易滌非 鄧欣 唐少華

摘 要：依據(jù)DNV規(guī)范要求，海底管線交叉跨越處需要對(duì)原有管線進(jìn)行保護(hù)處理。本文針對(duì)常規(guī)海底管線跨越處理方法中存在的施工風(fēng)險(xiǎn)高、工作量大等難題，設(shè)計(jì)了一種新型的海底管線跨越保護(hù)裝置，較好的解決了這些問題。

關(guān)鍵詞：海底管線；跨越點(diǎn)；保護(hù)裝置

中圖分類號(hào)：TE32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

隨著國(guó)家對(duì)海洋油氣資源開發(fā)力度的加大，海上石油平臺(tái)不斷增多，海底管線越來越呈現(xiàn)縱橫交錯(cuò)的趨勢(shì)。依據(jù)DNV規(guī)范要求，海底管線交叉跨越處需要對(duì)原有管線進(jìn)行保護(hù)處理。在實(shí)際工程中，由于海洋環(huán)境復(fù)雜，海底管線跨越的常規(guī)處理方法存在較高的施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)施工工作量相當(dāng)繁重。針對(duì)以上難點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的海底管線跨越保護(hù)裝置，并將之運(yùn)用于實(shí)際工程中，取得了成功。

2 常規(guī)的海底管線跨越處理方法

目前，對(duì)于海底管線跨越處理的常規(guī)方法是在原有管線上方沿其管線軸線方向鋪設(shè)混凝土壓塊，在混凝土壓塊兩側(cè)疊放沙袋，以使混凝土壓塊頂部與海床之間形成緩坡過度?；A(chǔ)處理完畢后，在其上方鋪設(shè)新管線，由此達(dá)到對(duì)原有管線進(jìn)行保護(hù)的目標(biāo)。

由于混凝土壓塊的重力會(huì)通過土壤傳遞到原有管線上，特別是對(duì)于裸露的管線，混凝土壓塊的重力將會(huì)直接作用于管線上，這將對(duì)原有管線的安全造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于不停產(chǎn)施工的油氣田，如果施工控制不當(dāng)有可能引起管線泄漏或爆炸等嚴(yán)重后果。

同時(shí)，由于新鋪管線的實(shí)際路由與設(shè)計(jì)路由不可避免的會(huì)存在一定的偏差，因此兩管線的實(shí)際跨越點(diǎn)也是不確定的，但是跨越點(diǎn)的基礎(chǔ)處理必須在新鋪管線鋪設(shè)開始前完成，因此，為了保證新鋪管線落在已經(jīng)處理完的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)處理的范圍必須適當(dāng)放大才能滿足要求，一般一個(gè)跨越點(diǎn)需要數(shù)十塊壓塊，尤其是深水條件下，新鋪管線的路由偏差更大，則基礎(chǔ)處理的范圍更大，需要的壓塊數(shù)量更多。

通過以上分析我們可以看到，常規(guī)的海底管線跨越處理方法存在一下主要缺點(diǎn)：

（1）起保護(hù)作用的混凝土壓塊對(duì)原有管線的壓力，將會(huì)導(dǎo)致安裝的風(fēng)險(xiǎn)大大提高；（2）由于每塊混凝土壓塊的都需要單獨(dú)吊裝安裝，大量的混凝土壓塊吊裝將會(huì)導(dǎo)致較大海上工作量，從而增加施工成本。

3 新型的海底管線跨越保護(hù)裝置

3.1 技術(shù)方案

與傳統(tǒng)的跨越保護(hù)裝置相比，本設(shè)計(jì)的新型海底管線跨越保護(hù)裝置是一種全新的鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)裝置：（1）管線跨越保護(hù)裝置是由鋼材組成的長(zhǎng)條形整體結(jié)構(gòu)，其截面形狀為Ω型；（2）保護(hù)裝置由長(zhǎng)邊方向6根圓管、內(nèi)側(cè)頂部2根和底部2根圓管構(gòu)成倒U型結(jié)構(gòu)，而最外側(cè)的2根與內(nèi)側(cè)底部的2根圓管作為防沉板的框架，支撐設(shè)置在其底部的防沉板；（3）在短邊方向上適當(dāng)位置設(shè)置橫撐和斜撐，以將長(zhǎng)邊方向上的圓管連接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

該裝置通過整體吊裝安裝，倒扣在原有管線正上方，其幾何中心點(diǎn)與新老管線設(shè)計(jì)跨越點(diǎn)重合。安裝完畢后再鋪設(shè)新管線，裝置頂部及泥面處的兩側(cè)管件與新鋪管線接觸區(qū)域設(shè)置橡膠墊，以增大其摩擦力保證管線的側(cè)向穩(wěn)定性，同時(shí)保護(hù)新管線以免磨損。同時(shí)，裝置頂部設(shè)置限位扣以對(duì)新管線進(jìn)行限位，限位扣采用管卡進(jìn)行固定，在新管線鋪設(shè)完畢后再安裝。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

3.3 實(shí)施方案

管線跨越保護(hù)裝置是左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)：兩根頂部圓管1位于原有管線13的正上方，其外側(cè)包裹一層橡膠墊10，兩根頂部圓管1的距離以2 m為宜，通過頂部支撐4相連，頂部支撐4為圓管構(gòu)件；兩根底部?jī)?nèi)側(cè)圓管2分別位于兩根頂部圓管1的斜下方，分別通過斜坡支撐5相連，斜坡坡度以20°～30°為宜，斜坡支撐5為圓管構(gòu)件；底部外側(cè)圓管3與新鋪管線14接觸區(qū)域包裹一層橡膠墊11；底部外側(cè)圓管3與底部?jī)?nèi)側(cè)圓管2的底面標(biāo)高齊平，通過底部支撐6相連，底部支撐6為工字鋼，在其底部設(shè)置防沉板7，防沉板7寬度由計(jì)算確定，以滿足防沉要求，同時(shí)保證新鋪管線14自然下垂落在底部外側(cè)圓管3之上，其寬度一般不小于1.5 m；頂部圓管1上方安裝限位扣8，其位置由新鋪管線14的實(shí)際位置確定，因此限位扣8為后安裝，為滿足后安裝的要求，限位扣8通過管卡9固定；頂部圓管1、底部?jī)?nèi)側(cè)圓管2和底部外側(cè)圓管3兩端均設(shè)置封板12。

4 現(xiàn)場(chǎng)安裝

新型跨越保護(hù)裝置的預(yù)制完全按照設(shè)計(jì)圖紙施工建造。海上安裝時(shí)，采用長(zhǎng)基線LBL水下定位系統(tǒng)進(jìn)行精確定位安裝，確保管線跨越保護(hù)裝置準(zhǔn)確就位。新鋪海管跨越保護(hù)裝置時(shí)，通過USBL水下定位系統(tǒng)和水下機(jī)器人ROV實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得海管順利鋪設(shè)通過管線跨越保護(hù)裝置中心點(diǎn)，與詳細(xì)設(shè)計(jì)基本一致。

該海底管線跨越保護(hù)結(jié)構(gòu)海上安裝完成僅用了4天，而如果采用以往常規(guī)安放混凝土壓塊或在兩側(cè)安放混凝土墊墩，再通過堆填沙袋形成過渡緩坡的方式，海上施工周期至少需要20天，采用該管線跨越保護(hù)裝置大大縮短了海上安裝時(shí)間，節(jié)省了大量的安裝費(fèi)用。

5 工程實(shí)例

該新型海底管線跨越保護(hù)裝置已成功運(yùn)用于中國(guó)南海實(shí)際工程中，對(duì)于其安裝及在位使用時(shí)有可能遇到的問題做了如下校核工作：

5.1 強(qiáng)度校核

對(duì)于新型海底管線跨越保護(hù)裝置的吊裝工況和在位時(shí)受波流沖擊工況，依據(jù)DNV規(guī)范要求，選用海洋工程設(shè)計(jì)通用軟件SACS校核這兩種工況下結(jié)構(gòu)桿件強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果顯示所有桿件名義校核UC最大值為0.75<1.0，滿足強(qiáng)度要求。

5.2 土壤承載力計(jì)算

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查得到的土壤參數(shù)、跨越保護(hù)裝置在位工況下所受的波流力計(jì)算數(shù)據(jù)，計(jì)算了管線跨越保護(hù)裝置安裝處土壤的極限承載力，以校核該處土壤承載力能否滿足管線跨越保護(hù)裝置承載要求。

根據(jù)API RP 2A規(guī)范，計(jì)算過程及相關(guān)公式如下：

為防止基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)荷載條件下發(fā)生破壞，規(guī)范要求基礎(chǔ)具有足夠的安全裕度，對(duì)于給定的破壞模式，安全系數(shù)fs如下：承載力破壞，fs=2.0；滑動(dòng)破壞，f's=1.5。

根據(jù)計(jì)算校核結(jié)果：

實(shí)際土壤豎向承載力的安全系數(shù)fs=6.64 > 2.0，滿足規(guī)范要求；

實(shí)際水平方向抗滑移安全系數(shù)為f's=2.46>1.5，滿足規(guī)范要求。

因此所設(shè)計(jì)的新型跨越保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)滿足相應(yīng)規(guī)范要求及使用要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

鑒于常規(guī)海底管管線跨越模式的諸多缺點(diǎn)，為滿足實(shí)際工程需要，本文設(shè)計(jì)了一種新型的海底管線跨越保護(hù)裝置，并得到如下結(jié)論：

（1）本文詳細(xì)說明了新型海底管線跨越保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)及安裝過程，探討了常規(guī)海底管線跨越模式的諸多不足之處，為新型海底管線跨越保護(hù)裝置提供了研究方向；

（2）依據(jù)規(guī)范并結(jié)合工程所處海域環(huán)境資料，對(duì)于新型海底管線跨越保護(hù)裝置所處的吊裝、在位工況進(jìn)行了結(jié)構(gòu)校核，校核結(jié)果表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求及使用要求。同時(shí)，對(duì)于跨越裝置在位時(shí)在波流和自重載荷共同作用下，所處海域土壤能否滿足承載力要求作了詳盡的計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明新型跨越保護(hù)裝置能夠較好的使用在該海域；

（3）通過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，可以看到新型海底管線跨越保護(hù)裝置具有節(jié)約油田開發(fā)成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造安裝周期短和廣泛適用性等特點(diǎn)，此種管線跨越保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和成功應(yīng)用，能夠?yàn)榻窈笸惞こ痰膶?shí)施提供一定技術(shù)支持和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] API Spec 5L Specification for Line pipe， 2004.

[2] API RP 2A – “Recommended Practices of Planning， Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design” – 21st Edition December 2000.

[3] DNV OS F101 Submarine Pipeline Systems， 2000（Reprint with amendments and corrections as of October 2005） .

[4] Code for design of building foundation GB5007-2002 .

[5] Bowles. Foundation analysis and design. （3rd Edition）[M]. Mc Graw-Hill Book Co. New York.1982.

[6] 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南 第六篇[M].海底管道設(shè)計(jì).

[7] 趙天奉.雙層海底管道跨越設(shè)計(jì)的垂向屈曲研究[J].中國(guó)海上油氣， 2010（3）.

[8] 羅延生，方華燦.綜合模糊評(píng)判模型在選擇海床土壤特性參數(shù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)海上油氣（工程），1999（3）.