一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，包括：假定钢圆筒嵌入深度，确定钢圆筒稳定性计算三维模型，并将钢圆筒稳定性三维计算模型转化为二维计算模型；对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行基于简化毕肖普法的整体稳定性分析；对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗隆起分析；对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗倾覆分析；根据拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行土反力分析；若上述分析结果达不到工程安全要求，则需重新拟定嵌入深度进行分析。重复上述步骤即可找到满足钢圆筒防护结构岩土稳定性要求的最小嵌入深度，并保留安全余量，确定最终的嵌入深度。确定最终的嵌入深度。确定最终的嵌入深度。

【技术实现步骤摘要】
一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，属于海洋工程及海上油气生产


技术介绍

[0002]对于渤海通航区油气资源的开发，为考虑通航的安全和便利性，海洋油气水下生产系统得到了广泛的应用，由此一种新型的水下防护设施——钢圆筒防护结构将运用于工程实际中。钢圆筒防护结构与其内部所有油气开采设施都不高于海床面，以此来保护生产设备不受通航区行船落锚、渔网拖挂等第三方活动的破坏。
[0003]为保证泥面下钢圆筒防护结构在安装以及在位使用期间的安全性和有效性，泥面下钢圆筒防护结构的嵌入深度的设计至关重要。嵌入深度过小则会导致钢圆筒发生内部土体隆起、整体倾覆等破坏，而嵌入深度过大则会极大增加钢圆筒振沉施工的难度。因此需要在工程设计中给出合理的钢圆筒嵌入深度设计值，并由此确定钢圆筒最终的振沉深度和筒体高度。但当前对于水下钢圆筒防护结构的嵌入深度设计尚没有工程经验和规范依据，属于技术上的空白，与水下钢圆筒防护结构相似的陆上基坑工程有相应的基坑嵌入深度确定方法，但是由于钢圆筒处于水下泥面下的环境条件，因此陆上基坑工程对应的设计方法不能直接采用。因此需要提出一种较为成熟的针对水下钢圆筒嵌入深度的设计方法。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，该方法可以满足泥面下钢圆筒在岩土方面的稳定性，可用于指导工程实践中钢圆筒防护结构的设计。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，包括如下步骤：
[0007]S1：根据工程勘察报告确定土层参数和钢圆筒防护结构的土层条件，并假定钢圆筒嵌入深度，确定钢圆筒防护结构的总高度，结合包括钢圆筒直径、壁厚在内的参数确定钢圆筒稳定性计算三维模型，将钢圆筒稳定性计算三维模型转化为钢圆筒稳定性计算二维模型；
[0008]S2：基于简化毕肖普法和钢圆筒稳定性计算二维模型对钢圆筒防护结构进行整体稳定性分析，整体稳定性安全系数为K
s
；
[0009]S3：对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗隆起分析，抗隆起安全系数为K
t
；
[0010]S4：对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗倾覆分析，抗倾覆安全系数为K
q
；
[0011]S5：根据拟定的嵌入深度计算作用在钢圆筒防护结构上的分布土反力，由此计算作用在钢圆筒防护结构嵌固段上的内侧土反力合力P
s
，并与作用在钢圆筒防护结构嵌固段上的被动土压力合力E
p
相比较；
[0012]S6：重复第二处理单元至第五处理单元可找到满足钢圆筒防护结构岩土稳定性要
求的最小嵌入深度，并在此基础上保留安全余量，确定最终的嵌入深度。
[0013]所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，优选地，将钢圆筒稳定性计算三维模型转化为钢圆筒稳定性计算二维模型，具体过程如下：
[0014]先将钢圆筒防护结构内部环向加筋肋结构等效为弹性支撑，再将钢圆筒防护结构的环向效应等效为沿深度方向分布的支撑弹簧，藉此完成钢圆筒稳定性计算三维模型向二维计算模型的转化。
[0015]所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，优选地，整体稳定性安全系数为K
s
为抗滑力矩与滑动力矩的比值，进行稳定性判别时，按照支护结构重要性等级选取安全系数K
s0
，要求基坑整体稳定性安全系数K
s
＞K
s0
。
[0016]所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，优选地，抗隆起安全系数K
t
为抗隆起力与隆起力的比值，按照支护结构重要性等级选取安全系数K
t0
，抗隆起安全系数K
t
需要大于K
t0
，故K
t
＞K
t0
时，该嵌入深度能满足抗隆起稳定性要求，若K
t
＜K
t0
时，则需要进一步增加嵌固深度并回到步骤S2重新计算。
[0017]所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，优选地，抗倾覆安全系数K
q
为钢圆筒防护结构内侧被动土压力对最下一道环肋的弯矩和钢圆筒防护结构外侧主动土压力对最下一道环肋的弯矩的比值，按照支护结构重要性等级选取安全系数K
q0
，抗倾覆安全系数K
q
需要大于K
q0
，故K
q
>K
q0
时，该嵌入深度能满足抗倾覆稳定性要求；若K
q
<K
q0
时，则需要进一步增加嵌固深度并回到步骤S2重新计算。
[0018]所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，优选地，若P
s
＜E
p
，则该嵌入深度满足土反力要求；若P
s
≥E
p
，则需要进一步增加嵌入深度并回到S2重新计算。
[0019]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0020]1、本专利技术方法通过将钢圆筒环向加筋肋和环向效应带来的增强效应等效为弹性支撑，实现了钢圆筒在稳定性分析问题上向基坑稳定性分析的类比与简化，保证了计算原理有规范依据支撑。
[0021]2、本专利技术方法从建立了综合考虑整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性与土反力验算的钢圆筒在位稳定性理论计算分析方法，充分考虑了钢圆筒在位可能发生的岩土破坏形式。
[0022]3、本专利技术方法在国内外尚无规范标准和工程实际设计经验可循的情况下，建立了一种便于工程应用的实用计算方法，明确了水下钢圆筒嵌入深度的设计控制标准和基本原则，促进了我国海洋石油开发技术的进步与创新，研究成果可广泛应用于海上石油开发领域特别是水下油气生产系统中。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一实施例提供的水下生产系统钢圆筒防护结构的嵌入深度确定方法流程图；
[0024]图2为本专利技术该实施例提供的钢圆筒基坑由三维模型转化为二维示意图，其中a为三维模型示意图，b为二维模型示意图；
[0025]图3为本专利技术该实施例提供的简化毕肖普法计算整体稳定性示意图；
[0026]图4为本专利技术该实施例提供的整体稳定性计算时土条划分方法示意图；
[0027]图5为本专利技术该实施例提供的最危险滑动面搜索流程示意图，其中a为粗略搜索最危险滑动面过程示意图，b为精细搜索最危险滑动面过程示意图；
[0028]图6为本专利技术该实施例提供的钢圆筒底端平面下土的抗隆起稳定性验算原理图；
[0029]图7为本专利技术该实施例提供的钢圆筒抗倾覆验算示意图，其中a为抗倾覆验算前示意图，b为抗倾覆验算时的示意图；
[0030]图8为本专利技术该实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据工程勘察报告确定土层参数和钢圆筒防护结构的土层条件，并假定钢圆筒嵌入深度，确定钢圆筒防护结构的总高度，结合包括钢圆筒直径、壁厚在内的参数确定钢圆筒稳定性计算三维模型，将钢圆筒稳定性计算三维模型转化为钢圆筒稳定性计算二维模型；S2：基于简化毕肖普法和钢圆筒稳定性计算二维模型对钢圆筒防护结构进行整体稳定性分析，整体稳定性安全系数为K
s
；S3：对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗隆起分析，抗隆起安全系数为K
t
；S4：对拟定嵌入深度的钢圆筒防护结构进行抗倾覆分析，抗倾覆安全系数为K
q
；S5：根据拟定的嵌入深度计算作用在钢圆筒防护结构上的分布土反力，由此计算作用在钢圆筒防护结构嵌固段上的内侧土反力合力P
s
，并与作用在钢圆筒防护结构嵌固段上的被动土压力合力E
p
相比较；S6：重复S2
‑
S5可找到满足钢圆筒防护结构岩土稳定性要求的最小嵌入深度，并在此基础上保留安全余量，确定最终的嵌入深度。2.根据权利要求1所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，其特征在于，将钢圆筒稳定性计算三维模型转化为钢圆筒稳定性计算二维模型，具体过程如下：先将钢圆筒防护结构内部环向加筋肋结构等效为弹性支撑，再将钢圆筒防护结构的环向效应等效为沿深度方向分布的支撑弹簧，以此完成钢圆筒稳定性计算三维模型向二维计算模型的转化。3.根据权利要求1所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，其特征在于，整体稳定性安全系数为K
s
为抗滑力矩与滑动力矩的比值，进行稳定性判别时，按照支护结构重要性等级选取安全系数K
s0
，要求基坑整体稳定性安全系数K
s
＞K
s0
。4.根据权利要求1所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，其特征在于，抗隆起安全系数K
t
为抗隆起力与隆起力的比值，按照支护结构重要性等级选取安全系数K
t0
，抗隆起安全系数K
t
需要大于K
t0
，故K
t
＞K
t0
时，该嵌入深度能满足抗隆起稳定性要求，若K
t
＜K
t0
时，则需要进一步增加嵌固深度并回到步骤S2重新计算。5.根据权利要求1所述的水下钢圆筒防护结构嵌入深度的确定方法，其特征在于，抗倾覆安全系数K
q
为钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书兆，尹汉军，沈晓鹏，李达，付殿福，陶奕辰，张晖，梁文洲，李伟，李艳忠，申辰，朱晓蔚，陈邦敏，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：