一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法

本发明涉及一种海底管道固定施工方法，具体涉及一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，属于管道固定施工。

背景技术：

1、海底能源管道裸置或埋置在海床上，在底流冲击力、海流对基床的冲蚀以及地震、管振等诱导管周地基土松动等作用下，海底管道在水平方向上的位置可能会发生变动，即横向滑移。滑移会对管道系统产生不利影响，产生管道截面应力增大、引起横向屈曲或管道破裂等危险工况，因此在工程上需要将管道的横向滑移控制在一定范围内，保持海底管的侧向稳定。另一方面，海底管道受到浮力作用，当管道靠自身重力不能保持稳定时，也必须采用适当的人工措施以保持管道系统的稳定。同时，在长期海流作用下容易发生管周土壤冲刷和海床演变，使得管道呈局部悬空状态，引起管道损坏。由于海底水流环境复杂，这种冲刷作用和演变规律难以预测，为保证海底管道的安全稳定运行，对海底管道进行固定往往是必不可少的。

2、目前，海底管道按照埋置方式可大致分为三种类型：第一、裸置管道；管道裸放在岩性地基或较硬土体地基的海床上时，波浪、海流的作用力可能直接引起管道侧向移动，仅依靠管道自身重力保持其侧向稳定性。第二、局部深埋管道；开挖较浅的沟槽，利用土体的侧向阻力使得管道受力平衡，依靠自然回填或不回填保持管道稳定。第三、全埋或深埋管道；此时管道不再受到波、流荷载的作用，依靠自身重力和顶部土体重量维持稳定。这三种埋置方法均存在一定的限制性，裸置管道和局部深埋管道均需要海床地基土质较好(甚至要求是岩石)，全埋或深埋管道所需的开挖和回填量较大，海底施工难度较高，不利于高效施工。而且，在海浪冲蚀、地震外载诱导作用下，这三种海底管道埋置方式的稳定性均会受到挑战。

3、而目前采用的增强海底管道稳定性的施工方法包括，第一、增重法；即通过增大钢材质量和管外设置加重层的方法，增大管道重量。尽管该方法最为方便且无需其他工程措施，只需在设计中考虑尺寸，但其缺点是成本较高，设置混凝土加重层施工不方便，仅在个别情况下或局部管段中使用。第二、压块法；在管道铺设完成后再将所需质量(如特制块状混凝土)加到管道上，但存在的问题是管道与压块在海流力作用下易脱开。第三、锚杆锚固稳定法；利用特制卡箍、锚杆和胶结材料将管道固定在岩性基础的海床上。第四、螺旋锚杆或锚桩锚固定位法；对于非岩性土，可在管道裸放时采用螺旋锚杆插入海床固定管道。这类方法在海底的施工难度较大，成本高，不适合大规模的管道加固使用。

4、因此，现有的海底管道固定施工方法受到成本、效率、安全性和施工效率等多方面的限制，且不能较好的防止底流冲刷。

技术实现思路

1、基于以上背景，本发明的目的在于提供一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，能够实现在较小开挖条件下保证海底管道的稳定性，并达到预防底流冲刷的效果。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，所述卡箍装置包括上卡箍、下卡箍、固定件、顶压件和多个锚杆部件，所述上卡箍的第一端与所述下卡箍的第一端铰接连接，所述上卡箍的第二端与所述下卡箍的第二端通过所述固定件可拆卸固定连接，所述顶压件设于所述上卡箍顶部，多个所述锚杆部件间隔分布于所述下卡箍底部，该方法包括以下步骤：

4、在海床地基开挖沟槽，所述沟槽的深度使所述卡箍装置的部分外廓能够露出于沟槽上方；

5、在沟槽中安装卡箍装置，使下卡箍外壁抵靠沟槽的槽壁，将上卡箍的第二端与下卡箍的第二端分离，并将上卡箍以上卡箍与下卡箍的铰接部位为中心沿第一方向转动，使上卡箍的第二端与下卡箍的第二端之间形成开口，将海底管道通过所述开口安装于下卡箍上，海底管道的底部外壁紧密抵靠每个锚杆部件的顶端，使至少两个锚杆部件底端的至少部分在海底管道的自重作用下被挤压入海床地基内；

6、拉动上卡箍的第二端，使其以上卡箍与下卡箍的铰接部位为中心沿与第一方向相反的第二方向转动，期间通过顶压件持续向海底管道施加下压力，使海底管道相对于下卡箍下沉并下压锚杆部件，使至少两个锚杆部件继续被挤压入海床地基，直到上卡箍的第二端与下卡箍的第二端相接，安装固定件使上卡箍的第二端与下卡箍的第二端固定；

7、通过顶压件继续向海底管道施加下压力，使锚杆部件继续被挤压入海床地基，直到顶压件达到预定位置；

8、将流态固化土注入沟槽，使流态固化土充满卡箍装置、海底管道以及沟槽之间的间隙以包裹海底管道和卡箍装置，并使流态固化土流至卡箍装置周围的海床地基上，待流态固化土硬化后，施工完毕。

9、作为优选，所述顶压件包括螺杆、第一弹簧、顶压支座和转把，所述转把与所述螺杆的顶端固定连接，所述螺杆与所述上卡箍的顶部通过螺纹连接，且所述螺杆贯穿所述上卡箍顶部，所述顶压支座与所述螺杆的底端活动连接，且顶压支座与螺杆底端沿螺杆轴线的相对位置固定，所述第一弹簧套设于螺杆外部，所述第一弹簧的顶端抵接于所述上卡箍的内壁，所述第一弹簧的底端抵接于所述顶压支座的顶部；

10、通过顶压件持续向海底管道施加下压力，具体包括：转动转把，使所述螺杆相对于所述上卡箍下移，直至所述顶压支座抵接所述海底管道顶部，继续转动转把，使顶压支座持续向海底管道施加下压力。

11、作为优选，所述锚杆部件包括锚杆、第二弹簧和转动支座，所述转动支座与所述锚杆的顶端铰接连接，所述锚杆贯穿所述下卡箍，且所述锚杆能够相对于所述下卡箍沿锚杆的轴线方向移动。

12、作为优选，拉动上卡箍的第二端，具体包括：

13、采用可调节长度的拉力链拉动上卡箍，将所述拉力链的一端连接上卡箍的第二端，将所述拉力链的另一端连接下卡箍的第二端，在通过顶压件持续向海底管道施加下压力期间，调节所述拉力链的长度，使其保持受拉状态。

14、作为优选，该方法还包括：在安装固定件使上卡箍的第二端与下卡箍的第二端固定之后，拆除所述拉力链。

15、作为优选，所述锚杆部件的数量为三个，其中一个锚杆部件竖直设于所述下卡箍的底部弧顶位置，另外两个锚杆部件以位于所述下卡箍的底部弧顶位置的锚杆部件为中心对称分布，且三个锚杆部件的轴线延长线均穿过所述上卡箍和所述下卡箍合围而成的环箍的中心。

16、作为优选，所述沟槽的截面呈v型。

17、作为优选，该方法还包括：在上卡箍的第二端与下卡箍的第二端相接时，其中两个对称分布的锚杆部件按照设定的长度被挤压入海床地基，另外一个锚杆部件按照设定的长度被挤压处于所述沟槽底部。

18、作为优选，两个对称分布的锚杆部件分别位于下卡箍底部两侧与v型沟槽的相接部位。

19、作为优选，所述流态固化土至少包裹所述海底管道的三分之二面积的外表面。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

21、本发明的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，通过设置多个锚杆部件增大卡箍装置与海床地基之间的锚固力，提高卡箍装置在海床地基上的稳定性，在海底管道固定于上卡箍和下卡箍之间的同时施加锚杆部件压入地基的压力，降低锚杆部件压入地基的施工难度，提高施工效率，通过灌注流态固化土，使其与沟槽、卡箍装置和海底管道紧密接触，在其硬化后进一步提高锚固力，防止底流冲刷；该海底管道固定施工方法弥补了现有海底管道固定、防冲刷方法的不足，可避免深埋管道大规模开挖和回填作业的施工量，具有适用土质范围广的优势，可根据土质情况灵活调节锚杆部件的数量和长度，解决海底管道固定困难、防冲刷效果差等问题。

技术特征：

1.一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述卡箍装置包括上卡箍(1)、下卡箍(2)、固定件(3)、顶压件(4)和多个锚杆部件(5)，所述上卡箍(1)的第一端与所述下卡箍(2)的第一端铰接连接，所述上卡箍(1)的第二端与所述下卡箍(2)的第二端通过所述固定件(3)可拆卸固定连接，所述顶压件(4)设于所述上卡箍(1)顶部，多个所述锚杆部件(5)间隔分布于所述下卡箍(2)底部，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述顶压件(4)包括螺杆(401)、第一弹簧(402)、顶压支座(403)和转把(404)，所述转把(404)与所述螺杆(401)的顶端固定连接，所述螺杆(401)与所述上卡箍(1)的顶部通过螺纹连接，且所述螺杆(401)贯穿所述上卡箍(1)顶部，所述顶压支座(403)与所述螺杆(401)的底端活动连接，且顶压支座(403)与螺杆(401)底端沿螺杆(401)轴线的相对位置固定，所述第一弹簧(402)套设于螺杆(401)外部，所述第一弹簧(402)的顶端抵接于所述上卡箍(1)的内壁，所述第一弹簧(402)的底端抵接于所述顶压支座(403)的顶部；

3.根据权利要求1所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述锚杆部件(5)包括锚杆(501)、第二弹簧(502)和转动支座(503)，所述转动支座(503)与所述锚杆(501)的顶端铰接连接，所述锚杆(501)贯穿所述下卡箍(2)，且所述锚杆(501)能够相对于所述下卡箍(2)沿锚杆(501)的轴线方向移动。

4.根据权利要求1所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：拉动上卡箍(1)的第二端，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：该方法还包括：在安装固定件(3)使上卡箍(1)的第二端与下卡箍(2)的第二端固定之后，拆除所述拉力链(9)。

6.根据权利要求1所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述锚杆部件(5)的数量为三个，其中一个锚杆部件(5)竖直设于所述下卡箍(2)的底部弧顶位置，另外两个锚杆部件(5)以位于所述下卡箍(2)的底部弧顶位置的锚杆部件(5)为中心对称分布，且三个锚杆部件(5)的轴线延长线均穿过所述上卡箍(1)和所述下卡箍(2)合围而成的环箍的中心。

7.根据权利要求6所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述沟槽(7)的截面呈v型。

8.根据权利要求7所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：该方法还包括：在上卡箍(1)的第二端与下卡箍(2)的第二端相接时，其中两个对称分布的锚杆部件(5)按照设定的长度被挤压入海床地基(6)，另外一个锚杆部件(5)按照设定的长度被挤压处于所述沟槽(7)底部。

9.根据权利要求8所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：两个对称分布的锚杆部件(5)分别位于下卡箍(2)底部两侧与v型沟槽(7)的相接部位。

10.根据权利要求1所述的一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，其特征在于：所述流态固化土(11)至少包裹所述海底管道(8)的三分之二面积的外表面。

技术总结
本发明提供一种流态固化土联合卡箍装置的海底管道固定施工方法，该方法包括以下步骤：在海床地基开挖沟槽；在沟槽中安装卡箍装置，将海底管道通过开口安装于下卡箍上；拉动上卡箍的第二端，期间通过顶压件持续向海底管道施加下压力，使海底管道相对于下卡箍下沉并下压锚杆部件，直到上卡箍的第二端与下卡箍的第二端相接，安装固定件使上卡箍的第二端与下卡箍的第二端固定；通过顶压件继续向海底管道施加下压力，使锚杆部件继续被挤压入海床地基，直到顶压件达到预定位置；将流态固化土注入沟槽，待流态固化土硬化后，施工完毕。本发明能够实现在较小开挖条件下保证海底管道的稳定性，并达到预防底流冲刷的效果。

技术研发人员：涂园,闻敏杰,付世晓,梅国雄,吴文兵,宋磊建,张萌萌,孟宇,崔晓轩
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23