经验交流▏海底管线的防护方法
随着海上石油的大量开采，海底管线作为海洋工程中的重要组成部分，因具有输送最快捷、最安全、最经济可靠等特点得到了广泛应用，成为石油输送的“海上生命线”，截至目前，大约有数十万公里的海底管线铺设在世界各地，我国较长的海底管线是崖城13-1气田工程，海底输气管线长达778km。然而海底管线所处的环境一般比较恶劣，通常是波浪、海流、泥沙输移共同作用下引起局部冲刷导致管线悬空振动，最终疲劳损坏，造成大量的环境污染及经济损失。因此海底管线的冲刷防护受到越来越多的重视。
在专家学者对管线的冲刷、悬空、振动及作用力等进行大量研究的基础上，探讨了一些管线悬空防护的方法，具体如下：
⒈ 水下固定支承法
针对埕岛油田浅海滩涂地带海底管线的冲刷悬空问题，孟凡生等[15]采用水下固定支撑法，通过降低管线的横向和纵向振动幅度达到防护目的。该方法一般分为两步，一是工厂化预制固定装置，同时完成固定装置的加工、防腐；二是通过水下打桩将桩管和固定装置打入到位，而后由潜水员下水进行固定实现管线的安装。该方法优点是施工简单，不影响管线生产，且可靠性高；缺点是每个短桩只能提供有限距离的保护，整体保护的范围相对较小，不适用于管线大面积悬空的情况，且大量钢桩的打入，会影响海床面的流场，从长远来看可能会加大冲刷。
⒉ 抛石防护法
侯静等采用抛石保护法首次对我国深水海底悬空管线进行了防护，其基本原理是将大颗粒的沙石覆盖到管线上，增大周围泥沙的起动流速，实现床面的保护。工程分三段：首先需对管线的路由进行勘测，确定抛石的区域、粒径及工程量；其次，确定采石场组织生产，并对石料进行冲击试验；最后组织施工并对抛石截面进行验收。该方法的优点是取材及施工简单，不需要进行防腐，不影响正常生产，防护的范围比较广；缺点是受不确定影响较多，可靠性不高。
⒊ 柔性材料防护
目前，柔性材料防护主要有三种方法，一是在管线的上方覆盖“仿生草”其基本原理是减缓管线周围的水流流速，减小对床面的冲刷，同时将水流中携带的大量泥沙沉积到管线周围保护床面，从而实现对管线的防护。二是采用相同的原理在管线上方安装悬浮帘，使其在水中悬浮并来回摆动，进而减缓水流流速，实现泥沙淤积。三是在管线下方安装柔性导流板，减小管线上下游的压力差，实现对床面的保护。
该方法的优点是，施工简单，从根本上解决冲刷问题，防护效果较好，不影响管线正常生产；缺点是对柔性材料的要求较高，不能根除桩脚处涡流区的悬跨问题，受管线及潮流方向影响较大。
⒋ 人为埋入法
该方法通过机械或者水下机器人在海床上挖掘沟渠，将海底管线直接安装在沟渠内，然后将其掩埋。使管线直接置于海床面以下一定深度，所处的环境比较稳定，从根本上为防止床面的冲刷，达到了管线防护的目的。该方法的优点是，效果好，不影响生产，缺点是施工难度大，工程量大。
⒌ 刚性导流板防护
孙洪生通过在管线上方安装刚性导流板（Spoiler）的方法实现管线的自埋，其基本原理是管线上方的导流板加速了下方床面的冲刷，同时在管线的竖直方向上产生向下的力将管线压入冲刷坑内，然后自埋至1～1.5倍管径深度。该方法于1988年应用于英国北海，2003年应用于我国杭州湾。
该方法的优点在于施工简单、降低施工费用且自埋效果好；缺点是增加了管线的振动，对使用条件要求较高，不具有使用的普遍性。
本文提出了多种防护措施，但因管线所处的环境是海流、波浪、海床三者共同作用，其复杂程度要远高于实验和数值模拟的工况，且当今采用的防护方法存在不同程度的缺陷，因此，对复杂海况下的管线冲刷及防护问题还需进一步做深入研究。
【作者简介】本文作者杨立鹏，男，1982出生，山东烟台人，博士，青岛董家口经济区管委工程师，研究方向为港口、海岸及近海工程；本文来自《中国水运》（2017年第11期），摘取文中部分内容，参考文献略，用于学习与交流，版权归作者与出版社共同拥有。
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