5.2 管段计算

5.2.1 水域穿越管段埋深符合本规范第5.1.4条要求时，可不核算水平定向钻穿越管段的水下稳定性。

5.2.2 管段承受的作用与组合宜按本规范第4.3节的规定，根据实际发生的条件选取。

5.2.3 穿越管段回拖时，钻机最大回拖力可按下式计算值的1.5倍～3.0倍选取。

式中：
F_L——计算的拉力(kN)；

L——穿越管段的长度(m)；

f——摩擦系数，取0.3；

D——钢管的外径(m)；

γ_m——泥浆重度(kN/m³)，可取10.5～12.0；

γ_s——钢管重度(kN/m³)，取78.5；

δ——钢管壁厚(m)；

W_f——回拖管道单位长度配重(kN/m)；

K——黏滞系数(kN/m²)，取0.18。

5.2.4 穿越管段在扩孔回拖时，应按下列公式核算空管在泥浆压力作用下的径向屈曲失稳。

式中：
P_s——泥浆压力(MPa)，可按1.5倍泥浆静压力或回拖时泥浆的实际动压力选取；

σ_s——钢管屈服强度(MPa)；

F_d——穿越管段强度设计系数；

P_yp——穿越管段所能承受的极限外压力(MPa)；

P_cr——钢管弹性变形临界压力(MPa)；

E_s——钢管弹性模量(MPa)，取2.1×10⁵；

δ——钢管壁厚(mm)；

D——钢管外径(mm)；

μ——泊桑比，取0.3；

f0——钢管椭圆度(％)；

γ——泥浆重度(kN/m³)。

条文说明

5.2.1 由于水平定向钻敷设考虑了冲刷深度，也考虑地层稳定性，一般埋深较深，不会受动水作用，也不会发生静水浮力漂管事故，故本条规定可不核算管段的水下稳定。

5.2.2 这条规定是对穿越管段的力学核算与作用及组合制定的，水平定向钻敷设的穿越管段受力状况基本上与大开挖穿越管段相似，故规定的计算式相同。但要注意，在施工管段回拖时，应考虑拖拽力使管段存在拉应力，以及泥浆形成的外部压力，组合核算时应计入。

5.2.3 本条计算穿越管段回拖力是依据管段在泥浆中的浮力扣除自重后产生的摩擦力，再加上拖管前进时管段在泥浆中的黏滞力，形成必须要满足的回拖力。由于回拖时边界条件复杂，故在选择钻机时应有一定的安全裕量；根据国内外多年施工经验，一般按1.5倍～3.0倍的回拖力作为钻机选型的依据。根据Jeffrey S.Puckett在“Analysis of Theoretical Versus Actual HDD Pulling Loads”中的分析，泥浆的黏滞系数取0.025psi较为合适，将其单位转换为公制为0.175kN/m²。

5.2.4 根据近年来国内管道在水平定向钻穿越施工回拖中的经验，钢管发生外压下的径向屈曲失稳，可依据《材料力学》中的铁摩辛柯公式核算，本条列出了径向屈曲失稳的核算公式。本条与《化工容器设计》(作者王志文，化学工业出版社出版)取式不同，原因是化工容器设计中规定了初始圆筒椭圆度小于0.5％，管道行业实际使用的管材在制造、运输、施工后都超过此规定，故不宜采用。

我们将铁摩辛柯公式与现行行业标准《石油天然气工业-套管、钻杆和管线性能计算》SY/T 6328和美国的《套管、油管和钻杆使用性能通报》API Bul 5C2规定的计算方法作了分析对比，以Φ711×8.7mm L415钢管为例，在考虑了规定的安全系数后，允许的承载外压铁摩辛柯公式为0.448MPa，《石油天然气工业-套管、钻杆和管线性能计算》SY/T 6328公式为0.487MPa，API Bul 5C₂为0.59MPa。管道扩孔回拖时，可能遇到的不利因素较多，而且只有铁摩辛柯公式和海洋管道标准考虑了钢管屈服强度的影响，为安全计，本条采用铁摩辛柯公式。

本条采用的设计系数是参照《海底管道系统规范》SY/T 10037，材料与作用因素三项最大值，得安全系数为1.59；鉴于回拖过程中不可预见因素较多，取0.6的设计系数，其安全系数达1.67，高于《海底管道系统规范》SY/T 10037标准。

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