魏新峰1 吴超2 李冠卿3

1.中国石油天然气管道工程有限公司，2、3.中国石油西气东输管道公司

【摘要】螺旋地锚稳管措施与传统的压重块、平衡压袋等稳管措施相比具有安装方便、运输便捷、储存占地面积小、浮力控制能力强、安全系数大、应用成本低等优点。本文对在高水位软土地区采用螺旋地锚的管道受力进行了分析；提出了螺旋地锚安装间距由浮力控制安装间距和应力控制安装间距共同决定，两者取小值的计算方法；确定了常见管径和壁厚的螺旋地锚安装间距并指出管径较小时，安装间距由应力控制，管径较大时，安装间距由浮力控制。为螺旋地锚稳管措施在长输油气管道中大规模应用提供理论依据。

【关键词】螺旋地锚 稳管措施 安装间距 受力分析

长输管道在通过地下水位较高的软土地区时，常用的稳管措施有压重块、平衡压袋等。这些措施都是靠自身的重力来稳管，存在运输不便，吊装困难等缺点。螺旋地锚和其它稳管措施相比，具有安装方便、运输便捷、储存占地面积小、浮力控制能力强、安全系数大、应用成本低等优点。此措施在国外工程中应用较广泛，在国内工程中的应用较少，还没有成熟的理论和计算方法来确定螺旋地锚的安装间距。本文通过理论分析和计算，提出螺旋地锚安装间距的计算方法，以便为螺旋地锚在管道建设中的应用提供理论依据。

1 管道受力分析

通过地下水位较高的软土地区采用螺旋地锚的管道所受外力主要有：管道自重G，静水浮力FS，地锚提供的下拉力QU(本计算未考虑管顶覆土的影响，详见图1）。为保证管道安全，应满足以下两个条件：1. 浮力应小于抗浮力；2. 管道弯曲变形引起的应力应小于允许应力。

图1 管道受力分析图

2 安装间距计算

由受力分析可知，浮力应小于抗浮力可确定出一个地锚的安装间距L1，管道应力小于允许应力也可确定出一个地锚安装间距L2。

地锚的安装间距L主要由浮力控制安装间距L1 和应力控制安装间距L2共同决定，两者取小值。

（1）安装间距L1的计算：

式中：W1为管道抗浮力，N/m；L1为由浮力控制安装间距，m；Qu为每套螺旋地锚的设计拉力， N；G为单位长度管身自重，N/m；W为单位长度配重，N/m； Fs为单位长度管段静水浮力，N/m； rw为所穿水域水的重度，N/ m3； Ds为管身结构的外径，m；K1为稳定安全系数，取1.2。

（2）安装间距L2的计算：

式中σh为内压产生的环向应力，MPa；σa为内压与温度变化产生的轴向应力，MPa；Es为钢管弹性模量，取2.0×105，MPa；μ为钢管泊桑比，取0.3；α为钢管线膨胀系数，取1.5×10-5，m/(m•℃)； t1为管道安装闭合时的环境温度，℃；t2为管道输送介质的温度，℃；σe为当量应力，MPa；σs为钢管的最低屈服强度，MPa；M为钢管均布荷载最大弯曲力距，N•m；W为钢管截面系数，m3；I为钢管截面惯性矩；Ds为钢管外径，m；ds为钢管内径，m。K2为稳定安全系数，建议取值范围：1.2~1.5。

3 常见管径及壁厚安装间距

根据常见的管径及壁厚计算得出螺旋地锚的安装间距，详见下表：

通过对不同的材质、管径及壁厚进行计算可以得出，管径较小时（＜1016mm），安装间距由应力控制，管径较大时（≥1016mm），安装间距由浮力控制；材质及壁厚对其影响不大。

4 结束语

本文对高水位地区采用螺旋地锚的管道受力进行了分析；提出了螺旋地锚安装间距由浮力和应力共同决定的计算方法；得出管径较小时（＜1016mm），安装间距由应力控制，管径较大时（≥1016mm），安装间距由浮力控制的结论， 为螺旋地锚浮力控制技术在长输油气管道中应用提供了理论依据。螺旋地锚在不同地质条件下的应用还有待探讨。◢

参考文献：

[1] 潘家华.油气储运工程论文集[M].北京：石油工业出版社，1993：47-56.

[2] 叶德丰，韩学承，严大凡，等.GB50253-2003输油管道工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2007.

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[4] 李为卫，熊庆人，庄传晶，等.CDP-S-COP-PL-007-2011-2原油管道工程钢管通用技术条件[S].北京:石油工业出版社,2011.

《管道保护》2015年第3期（总第22期）