洪水中悬跨管道加装防护索的力学行为及布索方案

埋设在河流中的油气管道在洪水的冲刷作用下，容易漂浮于洪水中而形成悬跨，洪水对裸露管道的冲击作用很大，管道易发生显著弯曲变形，其中部分管道由于强烈的洪水冲击而有可能断裂，进而造成严重的事故。目前常用的是打桩稳管法，可防止管线水平位移或产生过大的弯曲应力。打桩稳管法适用于岩基河床，岩基河床上打桩容易，稳定效果好；而对于冲刷性河床打桩稳定性差，稳管效果不好，加之在卵石河床上打桩也比较困难，故不宜采用。中国石油大学（北京）依托国家科技重大专项“连续管装备与应用技术”通过分析洪水漂浮管道的受力特点，建立线性力学分析模型和非线性有限元模型，提出了一种临时的水工保护设计，在管道冲刷形成悬跨后，及时在管道受冲击一侧通过夹具加装2条对称的临时防护索，防护索材料使用钢丝绳，布置方式如图6所示。并针对这种临时防护索的布置方式、截面面积选择进行研究，为悬跨管道在洪水载荷作用下的安全防护提供参考。

图6 悬跨管道的防护索布置模型示意图

防护索布置方式不同，管道的应力分布、大小均不同，所以需要找出最合适的防护索布置方式。通过算例分析不同悬跨长度、洪水流速下，防护索加装角度、位置对管道变形与应力的影响，得出防护索最佳的布置方式，即加装位置为管道悬跨长度的1/4处，方向与管道夹角为60°。……