[发明专利]一种减少砂土海床中波浪作用影响的海底管道

说明书

本发明公开了一种减少砂土海床中波浪作用影响的海底管道，管道外部设置有渗透外壳，渗透外壳上均匀分布有若干个锚定部，锚定部上方连接压力部，压力部顶部穿出立杆并与浮力圈通过夹杆相连接，渗透外壳周边海床土体的孔隙水经锚定部中的渗透层、内排水通道吸入压力部内，并经压力部的侧排水通道排出压力部。锚定部两侧带有旋转压入的螺杆，浮力圈可以通过夹杆拆卸。本发明通过波浪带动浮力圈上下运动进而产生真空负压，促使海床土体孔隙水排出，减少孔隙水压力累积对土体承载力的弱化影响，工作无需额外装置提供能源；锚定部除提供自身重力压稳效果外，还可提供两侧锚杆的锚定压力，且螺杆穿透易液化层，增强管道抵抗海床液化的能力。

技术领域

本发明涉及海洋结构物基础工程领域，涉及砂质海床中波浪作用下海底管道的灾害响应防治。

背景技术

随着经济发展、生产规模的进一步扩大，近海油气开采成为目前重要的能源来源。然而海洋环境复杂多变，除了对开采作业带来众多挑战外，油气的管路运输也存在诸多问题。例如，剧烈波浪作用产生的波压力会作用至海床表面，对于渗透性较小的砂质海床，可能会导致孔隙水压力在海床中累积，甚至发生液化现象。随着孔隙水压力的上升，海床土体的承载力逐渐弱化，甚至完全丧失(液化)。当海床土体无法提供足够的承载力以抵抗管道荷载时，管道将发生位移，进而产生形变应力，严重时导致管道结构破坏。位于海洋环境中的油气管道，在工程使用期间几乎不可避免遭遇强烈的波浪作用，如何保证在该环境下管道稳定、不发生位移变形，是涉及近海油气工程正常开展的重要课题。

现有工程中，为了改善波浪作用下海底管道的稳定性，通常有加大埋深、地基处理等方式。虽然上述方法具有一定的效果，但是也存在不同的弊端。例如，加大管道埋深可以实现将管道埋设在可能的液化深度以下，避免了波致孔隙水压力的影响，但是由于沟槽壁需要放坡才能稳定，挖、填土的工程量将会大幅增加，相应的管道工程造价也会大幅上涨。地基处理是解决软弱地基承载力问题的常规方法，采用在海底管道周边土体开展注浆等地基处理措施，通过改变土性、隔绝孔隙水流动，避免了孔隙水压力上升。但是固化剂需要固结时间、成效缓慢，且改变了海床原始成分，对海床环境具有较大地影响。

为了应对强烈波浪作用下海底管道的稳定问题，有针对性地研发一种能拥有更多锚固力的管道具有重要的意义。

发明内容

本发明为解决波浪作用下砂质海床土体弱化造成的油气管道稳定问题，提出了一种新型的管道形式，可以利用波浪作用产生的水质点运动带动浮力圈上下运动，从而产生将管道周边土体孔隙水吸出的效果，避免孔隙水压力在管道周边累积，达到控制波浪作用下管道结构稳定的效果。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种减少砂土海床中波浪作用影响的海底管道，包括管道，所述管道外套设有渗透外壳，所述渗透外壳上均匀开设有若干个渗透孔，所述渗透外壳外均匀安装有若干个锚定部，所述锚定部下部开设有匹配渗透外壳的缺口，所述渗透外壳穿设在锚定部的缺口中，所述锚定部的顶部安装有压力部，所述压力部为中空柱体结构，所述压力部包括空心部分和实心部分，所述压力部的中心轴垂直于管道的中心轴，所述压力部中的中空部分滑动设置有立杆，所述立杆一端处于压力部中，所述立杆另一端伸出压力部，所述立杆位于压力部中的端部安装有压板，所述压板平行于压力部的底部，所述立杆远离压力部的端部安装有凸环，所述凸环上卡接有夹杆，所述夹杆上套设有浮力圈，所述夹杆与立杆在同一条竖直线上；

所述锚定部中开设有若干条内排水通道，所述内排水通道一端连通渗透外壳，所述内排水通道另一端从压力部的底部连通压力部的中空部分，所述中空部分底部安装有可闭合内排水通道的内排水阀，所述压力部中的实心部分开设有若干条侧排水通道，所述侧排水通道一端连通压力部的中空部分，所述侧排水通道另一端通向压力部外部，且所述侧排水通道通向外部的通道口安装有可闭合侧排水通道的侧排水阀。

进一步的，所述管道与渗透外壳之间还填充有用于限制海床泥沙进入内排水通道的渗透层。