y剪切應力（假定為〇)。
[0046] 由此得到海管鋪設合格的預應力控制標準值為：
[0047] η ep σ F- σ e (6)
[0048] 其中，％使用系數，?凋服強度。也就是說，預挖的管道溝底在各個位置處的預 應力不應超過上述預應力控制標準值，以滿足用于鋪設管線的平整度要求。
[0049] 作為具體示例，對于西氣東輸二線香港支線，以上公式中各參數對應的值如下表 所示： CN 105179808 A 說明書 4/6 頁
[0051] 按照以上設計及管材物性參數，通過上述計算公式（1)-(6)計算所得香港支線海 管鋪設合格的控制標準值為85. 3MPa。
[0052] (5)獲得管道在溝底各個長度位置處的預應力
[0053] 例如，通過0FFPIPE軟件建立溝底平整度分析數值計算模型，0FFPIPE軟件的管道 跨度分析"Pipe span analysis option"模型，不僅可以獲得海管懸跨的高度和長度，而且 可以獲得管溝不平整所導致的管道預應力值。為提高模擬計算的準確性，保障安全施工，海 床土壤的垂向硬度（vertical soil deflection)的邊界條件保守地設為0;因管溝驗收合 格后方可鋪管，因此只考慮管道在海床上的分布情況，海床的相對深度（reference d印th) 邊界條件設為〇 ;管道張力邊界條件設為20kN。初始條件為通過現場檢測獲得的每隔10米 對應管道的橫向、縱向坐標值。通過打水砣測量各個位置處的溝底標高。以測量的溝底標 高為輸入條件，利用0FFPIPE軟件進行溝底不平整度分析，確定各個位置處的預應力是否 未超過上述預應力控制標準值，即，確定所挖管溝是否滿足鋪管的預應力要求。
[0054] 也就是說，通過上述模型，計算管溝平整度所引起的各個位置處的管道預應力值、 并與上述控制標準值相比較，從而確定每個位置的預應力是否滿足控制標準，進一步確定 所挖管溝是否適合鋪管，若不適合，采取相應的整改措施。
[0055] 下面簡要說明現場實施過程。
[0056] 在西氣東輸二線香港支線海底管道鋪設過程中，基本上挖溝500米進行一次驗 收，通過打水砣測量溝底標高。水砣由〇50X455mm圓鋼制作，可以穿透管溝的浮泥層，測 得管溝的實際標高。用水砣測量標高時由經驗豐富的測量工操作。以測量的溝底標高為輸 入條件，利用0FFPIPE軟件進行溝底不平整度分析，確定所挖管溝是否適合鋪管，對適合鋪 管的需及時進行鋪管作業，以減少管溝回淤的影響；對不適合的管溝需采用斗容較小的抓 斗船進行平整處理。
[0057] 以西氣東輸二線香港支線其中兩段500米管段為例，闡明溝底平整度是否合格的 判定方法，以確定該段管溝是否適合進行管道鋪設。測量的溝底標高如表1所示，模擬計算 對應的各點應力如表2所示。
[0058]
CN 105179808 A 說明書 6/6 頁
[0063] 表2對應的管道各點應力
[0064] 從表2可以看出，第一段中各點對應的應力均滿足步驟（4)中所確定的海管鋪 設合格的控制標準值85. 3MPa，因此本段管溝適合鋪管；而第二段中的270m、280m、310m、 32〇111、33〇111、46〇111、47〇111、48〇111八點對應的應力超過了85.310^，因此需進行相應的處理。
[0065] 最后應說明的是，顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并 非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做 出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引 申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【主權項】
1. 一種長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，包括如下步驟： 步驟1、對欲鋪設管線的海底位置進行預挖溝，形成管道溝槽； 步驟2、計算欲鋪設管線在管道溝槽的各個軸向位置處的預應力值； 步驟3、將計算出的各個軸向位置處的預應力值分別與預應力標準閾值進行比較；以 及 步驟4、根據比較結果，確定管道溝槽中的預應力值超過預應力標準閾值的軸向位置， 并進行整改施工。2. 根據權利要求1所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中，在所述步驟1 中，管道頂面以上采用大型抓斗挖泥船進行粗挖，底層0. 5至1米采用具有定深功能的小型 抓斗挖泥船進行精挖，挖泥方式采用分區、分段、分條進行，每層開挖2米厚泥層，抓斗挖泥 船每100米為一分段長度，每12米為一分條寬度。3. 根據權利要求1所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中，在所述步驟2 中，通過OFFPIPE軟件，建立溝底平整度分析數值計算模型，將海床土壤的垂向硬度的邊界 條件設為〇,將海床的相對深度邊界條件設為〇,將管道張力邊界條件設為20kN，以測量的 管道溝槽的溝底標高為輸入條件，獲得欲鋪設管線在管道溝槽的各個軸向位置處的預應力 值。4. 根據權利要求1至3中的一個所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中， 所述預應力標準閾值是通過以下步驟獲得的： 根據以下公式，計算環向應力：其中，P1為管道內壓，P 靜水壓力（海域的水壓），D為管道公稱直徑，t為鋼管最小 壁厚， 根據以下公式計算溫度應力：其中，α為管材線膨脹系數，E為鋼材彈性模量，At為最大或最小運行溫度與安裝溫 度之間的溫度差， 根據以下公式計算內壓作用生成的應力：其中，u為泊松比，山為鋼管內徑， 根據以下公式，計算出路由彎曲應力：其中，D為管道外徑，E為鋼材彈性模量，R為路由彎曲半徑， 根據以下公式，得到軸向應力：接下來，根據以下公式，計算等效應力：其中，Txy為剪切應力， 根據以下公式，得到所述預應力標準閾值：其中，為使用系數，σ F為屈服強度。5. 根據權利要求3所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中，通過抓斗式 挖泥船進行所述步驟1，所述抓斗式挖泥船包括抓斗機和抓斗，其中，抓斗機配備傳動系統 和控制系統，傳動系統包括內設的柴油機及傳動裝置，用于驅動抓斗的升降和開閉；控制系 統包括升降斗滾筒、開閉斗滾筒和變幅滾筒，滾筒均設有離合器和剎車，所述變幅滾筒通過 鋼纜與起重吊桿連接，用于控制起重吊桿的長度， 在進行預挖溝時，將抓斗升至欲挖位置泥層的水面上方，通過控制系統開閉斗滾筒，將 抓斗完全打開，再依靠抓斗自重，將抓斗插入泥層一定深度， 然后，提升連接抓斗的鋼纜，閉合抓斗，以挖掘和抓取泥沙， 最后，控制系統升降斗滾筒、并開閉斗滾筒，將裝滿泥沙的抓斗提升出水面一定高度， 并旋轉連接抓斗及控制系統的起重吊桿，將挖掘的泥沙卸入靠駁挖泥船的船舷旁的泥駁， 抓斗返回至欲挖位置泥層的水面上方，完成一個作業循環。6. 根據權利要求3所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中，通過打水砣 測量溝底標高，水砣由〇50X455mm圓鋼制作，可以穿透管道溝槽的浮泥層。7. 根據權利要求5所述的長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其中，在進行預挖 溝時，管道頂面以上的部分采用大型抓斗挖泥船進行粗挖，底層以上0. 5m~Im的部分采用 具有定深功能的小型抓斗挖泥船進行精挖，每層開挖2米厚泥層，每100米左右為一分段長 度，每12米為一分條寬度，初挖后邊坡形成鋸齒狀，未挖泥層已在開挖過程中受到擾動，擾 動土在重力作用下自然坍塌成1:1邊坡，后局部找坡，最后形成1:4與1:7的邊坡。
【專利摘要】本發明涉及一種長距離海底管線預挖溝后鋪管施工方法，其包括如下步驟：步驟1、對欲鋪設管線的海底位置進行預挖溝，形成管道溝槽；步驟2、計算欲鋪設管線在管道溝槽的各個軸向位置處的預應力值；步驟3、將計算出的各個軸向位置處的預應力值分別與預應力標準閾值進行比較；步驟4、根據比較結果，確定管道溝槽中的預應力值超過預應力標準閾值的軸向位置，并進行整改施工。
【IPC分類】F16L1/16
【公開號】CN105179808
【申請號】
【發明人】高兆鑫, 付春麗, 趙海, 高海峰, 杜書鑫, 曹秋媛
【申請人】中國石油集團海洋工程（青島）有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月23日