大口径X80管道沉管应力响应规律与临界深度分析

“十四五”期间,国内大口径高钢级长输管道建设将进入高峰期。沉管下沟是大口径管道铺设的主要施工方式之一,当管道完全沉管施工时,所需管沟开挖长度、特别是管道应力状态难以估计,可能造成管沟开挖长度不足或局部应力过大等情况,难以保证施工进度与质量。应用非线性有限元方法,以D1219 mm大口径X80直管段管道为研究对象,分析不同土壤、管道壁厚、支墩位置、有无支墩及下沟深度5项影响因素对直管段管道沉管敷设完全沉管时悬空长度与管顶应力状态的影响规律。结果表明:不同土壤类型对管道完全沉管敷设时悬空长度与管顶应力状态有一定影响,但影响较小;当管沟深度在5 m以内时,壁厚与支墩位置变化时,悬空长度和管顶应力的变化趋势相同,且完全沉管时悬空长度与最大拉应力基本一致;相同管沟深度完全沉管时,管道悬空长度与管顶最大应力在有支墩情况下大于无支墩情况;沉管敷设管沟越深,悬空长度与管顶应力越大。对于D1219 mm X80管道,无支墩情况下,双侧单向与双侧背向沉管临界深度分别为6.74 m和6.80 m;有支墩情况下,双侧单向与双侧背向沉管临界深度分别为6.25 m和6.31 m。分析结果可为管道铺设施工作业提供参考。

纵向连续冷弯管管段沉管下沟的可行性

【目的】沉管下沟是管道埋地敷设的主要方式之一,用连续冷弯管代替热煨弯头可以实现埋地管道纵向转弯,管道的最大应力是评判纵向连续冷弯管沉管下沟安全施工的关键指标。【方法】选取管径1 219 mm、壁厚22mm的X80管道为例,采用有限元方法建立纵向连续冷弯管管段沉管下沟数值模型,分析下沟过程中管道应力的变化规律,探讨下沟深度、连续冷弯角度、管沟开挖方向等对管道应力的影响。【结果】连续冷弯管的存在会加大下沟过程中管道的最大应力,且最大应力位置位于冷弯管起始边界附近;下沟过程中,管道上坡、下坡时产生的最大应力分别为压应力、拉应力,且同一上坡、下坡角度下的两种应力绝对值基本相当;从坡面向平面进行管沟开挖将会加大管道最大应力,且管道应力随下沟深度、连续冷弯角度的增加而增大。通过对管径1 219 mm、壁厚22 mm的X80管道的纵向连续冷弯管沉管下沟应力进行计算,得出在冷弯角度26°、下沟深度5 m内,管道的最大应力满足油气输送管道沉管下沟施工要求。为控制管道应力,可在冷弯管区域前、后100 m范围内进行分层开挖。【结论】管道下沟过程中应力受多个沉管参数的影响,依据下沟过程中最大应力的变化趋势,采取有效的控制措施即可实现纵向转弯管道的连续冷弯管管段沉管下沟施工。