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1、海底管线导流技术研究1.2.1管线冲刷的力学原理在平放在海床上的海底管线在埋入海床不大的情况卜•，如果海流足够大（波浪或者潮流等因索生成），管线卜•部的泥沙就町能发生冲刷现象。过度的渗流生成的伶汕足管线底部泥沙开始冲刷的上耍原因，而渗流是山管线上游和下游的压力差产生的。图1・1渗流示意图当管线平放到海床上以后（图1・1）,管线上游和下游的压力差使管线下部泥沙屮产生渗流。加人來流流速，渗流流量不能平衡管线前后的压力建时，在管线泥沙密实度的薄弱点，管线后方的沙fulfil将会发生突起，沙了•和水的混介物将会在管线下方的沙了表面涌出，形成
2、管涌。在水工结构中，这种现象叫做渗流范围内产生的强化水流和高速旋转的旋涡都具有较高的挟带泥沙能力，在海床局部范国内形成冲刷坑。管汹沿着管线不是同步发生的，只是在管线底部泥沙密实度小的地方提前出现。所以管线开始冲刷以后，沿着管线出现很多冲刷坑，冲刷坑逐渐变大并沿着管线横向发展，冲刷坑之间的泥沙支撐面支撐着管线的全部重力（图1・2）。这时候管线可能出现两种现象:（1）如果水流足够人或者海底管线底部泥沙抗剪切能力差,冲刷坑的范围会越來越大，管线跨度间支拧管线的泥沙氏度就越來越小，管线的匝力施加在越來越小的支撐面上，当重力超出跨度间泥沙的承
3、受能力，泥沙向外滑动,管线下沉，管线将下沉到管线底部泥沙不被冲刷的深度才会停止。研究者通过试验研究和实测资料发现,由于管线周边流场、泥沙粒径级呢、泥沙空隙率不同，支撐部分泥沙的破坏形式也会有所差异,将产生各种自埋形式121：1）冲刷，下沉，回填，跨度间的管线实现门埋。2）泥沙的支撐面口J能因为液化而破坏，导致管线的自埋。3）—般的剪切破坏导致支撐面破坏的管线门埋。12）一随衿冲刷加耐厂冲刷坑的T范涮越來越大厂偵由于朮流作用不大或音泥沙抗剪切能力强，冲刷坑逐渐稳定，管线支撐浙的泥沙能够支撐管线的币:力，导致管线悬空。这是管线振动破坏的
4、匸要原因,是匸程实际中应该避免的,如果上述现象出现就需要对管线进行防护。图1-2管线卜•部冲刷的示意图⑵为了避免悬空后管线破坏，当海底管线出现大跨度的悬空后，一般采用下面方法进行保护卩卩（1）抛砂袋结合混凝土块覆盖法，即在悬空管道及其周边—定范围内抛填水泥砂袋堵塞管下过流，填充周边冲刷坑，以提高海床抗冲刷能力。（2）水下短桩支承法是在海底管道悬空段用短桩支承，减小位移及管线振动幅度，保护管线。由于管桩打入冲刷泥面以下一定深度，即使冲刷深度进一步加人，钢管桩仍然是稳定的。（3）挠件软管跨接法是指依据冲刷厉实际的海底现状,噸新设计、安装
5、立管与水平管的过渡段，川长度约为60m的挠性软管连接Z，能较好地适应地形变化，提高管线抗疲劳破坏的能力。但该技术必须在管道停产的怙:况卜•方可实施，对正常生产造成•定影响,同时挠性软管比钢质管道有更强的“专营性”，世界上仅仃少数厂家设计和生产，I大1此，一次性投资较高。这些描施虽然能够保护悬空麻的管线，但加人了管线的运营成心，所以使管线能够在海流作用下门然下沉才是节省成本的理想方法。平放到海底的管线,即使在海流的流速达不到自埋所要求的情况F,也可以通过在管线顶部添加导流材料來加犬）•i部冲刷从而避免匕述因冲刷强度不够而导致的管线悬空
6、破坏的现彖。利用导流技术实现riw.nijij已经w用到实际工程中，杭州湾海底管线就是运用管线顶部阻流器spoiler,利用海流作川，实现管线的天然卜•沉，达到口埋的效果。国外已经对spoiler做了人诡的研究I••作。添加顶部阻流器厉，管线周边流场、压力场将匝新分配，表现为管线匕游彳亍近流速减小，抑制迎流啲I：升流由压力势能转化成动能的内在机制，使边界层的分离点提询；管顶水流流速明显减小，压强增人。由于流场和压力场的变化，管线的受力和冲刷特性也将发生以下变化：管低水流流速增人，压强减小，水流对管线产工的竖向作用力山正的升力转变为负
7、的升力，使管线悬空以后，跨度间泥沙需耍承受的支持力增加，促使管线底部泥沙捉前破坏，仃助］：管线卜沉；管底通道的流速增大加强了水流对管线底部床面的冲刷，使冲刷坑增大、加深，冲刷速度加快。Bijker研究表明,添加spoiler后,不但可以有效的増加冲刷的深度和广度，而且町以加速冲刷过程,附加导流板的管线比没仃导流板的管线冲刷速度要快10倍⑸。4.!U<1522怙a155*411!Kcetet-caI咲8HU«wzio>»*<*•so，gW、»geSMI，砂*小ea“!C1c4lWk-51$auc■P・QI心柳SOSC1.0I■3UO<
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