大口徑管道沉管下溝非線性動力學分析研究

王志強

(大慶油田工程建設有限公司, 黑龍江大慶，163416）

1 前言

目前，我國能源供給正發生深刻的變革，天然氣在我國一次能源消費的比例持續上升，天然氣管道將迎來建設高峰期，天然氣管道正向著大口徑、高強度、大壁厚、高壓力方向發展，其中中俄東線管道工程已使用X80高鋼，外徑1422mm、12Mpa高壓力的天然氣管道。大口徑管道穿越水田、湖泊等水網地段時，由于重量大、強度高、外徑大，下溝過程易發生管道不穩定等安全事故，目前主要采用沉管法，基于超靜點梁模型，將管道受力狀態簡化為受均布載荷的梁，計算出管道的下溝長度值和撓度值，判斷出管道是否具備沉管下溝條件[1],[2]。由于簡化梁模型，未能對沉管下溝過程進行定量判斷，未考慮管墩高度對下溝的影響，以及下溝后管道應力變化情況，在下溝過程中存在一定的安全風險。本文建立大口徑長輸管道、現場管墩和地面等三維實體模型，對大口徑長輸管道沉管下溝過程進行非線性動力學數值模擬，獲得開始下溝至下溝穩定的各階段應力變化值，找出了應力最大部位，對下溝過程進行定量判斷，提高了大口徑管道沉管下溝技術能力，

2 沉管下溝力學模型建立

管道沉管下溝是在管道中心線兩側開挖管溝，利用管道自身重力作用自然降落到管溝設計標高的過程[3]。對大口徑管道沉管數值模擬前，需要計算出管道下溝端的最小長度，作為下溝過程的初始設定數據，下溝深度由非線性動力學分析校核。……