ICS 75.180.10 E 94 SY 备案号：53476—2016 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 7060--2016 BZ1702346 海底管道稳定性设计 On-bottom stability design of submarine pipelines 2016— 01－ 07 发布 2016—06-01实施 国家能源局 发布 万方数据 bl ack SY/T7060—2016 目 次 前言 总则 1.1 引言 1.2 目的 1.3 与其他规范的关系 1.4 安全理念 1.5 符号 2 设计 失效概率 2.2 荷载组合 2.3 重量计算 2.4 抗力计算 2.5 设计准则 设计方法 3 3.1 总则 3.2 水中垂向稳定性 3.3 海床上和埋设的垂向稳定性 3.4 动态横向稳定性分析 3.5 通用横向稳定性方法 17 3.6 绝对横向稳定性方法 20 4 补充说明 ·24 自由悬跨 4.1 4.2 缓解措施 4.3 弧形铺设 4.4 海床稳定性 4.5 砂土液化 27 附录A (资料性附录) 黏土的稳定性曲线 ·29 附录B（资料性附录） 碳酸盐土壤 ·38 参考文献 40 万方数据 bl ack SY/T70602016 前言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则 起草。 本标准等同采用DNV-RP-F109On-bottom stabilitydesignof submarinepipelines（2007年版， 2009年修订）。 为便于使用，本标准计量单位以我国法定计量单位为主，英制单位的相应值标注在括号中。 本标准由海洋石油工程专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：中海油研究总院。 本标准主要起草人：曹静、贾旭、沙勇、周巍伟、李丽玮、黄俊、罗世勇、赵冬岩、孙国民、李 庆、冯现洪。 II 万方数据 bl ack SY/T 70602016 海底管道稳定性设计 1总则 1.1引言 本标准为海底管道在波流联合作用下的在位稳定性设计标准。本标准基于技术发展和工程经验。 本标准中采用的基本原理与大多数公认的规则相一致，反映了最新技术和研究成果。 在安全水平足够的前提下也可采用其他数据和方法。 1.2目的 本标准目的是为受波流联合作用的海底管道在位稳定性设计提供设计准则和指南。 1.3与其他规范的关系 本标准符合DNV-OS-F101《海底管道系统》（2000版），可作为国家法规相关内容的补充。 若本标准与DNV其他规范要求发生冲突，以最新修订的规范为准。 若本标准要求和非DNV规范要求发生冲突，以本标准要求为准。 1.4安全理念 本标准采用的安全理念与DNV-OS-F101中的第2章相一致。 采用荷载抗力系数设计法（LRFD）进行海底管道稳定性设计，确保海底管道不会由于水动力荷 载而产生过度位移。 对于绝对稳定性准则，使用基于可靠性的方法对安全系数进行校正，以达到可接受的失效概率。 对于其他设计准则，基于工程判断推荐安全等级，以获得与业界实践一致的安全水准。 1.5符号 1.5.1拉丁文符号 包括涂层的管外径截面积，A,=元D/4； Aw 水质点的轨道半径，Aw=KD/2元； b- 管子单位长度的浮力，b=Pwg元D2/4； d- 水深； dso 平均粒径； D 包括涂层的管子外径； 重力加速度，宜取9.81m/s²； 8- 传递函数； -土壤（黏土）强度参数，Gc "s Ge DYs Ys Gs 一土壤（砂）密度参数，（ gPw 1 万方数据 bl ack SY/T70602016 Fy 水平水动力（拖电和惯性）荷载； Fz 垂直水动力（升力）荷载： FR 被动土抗力，参考公式（3-23）； 有义波高； H- 最大波高； 等效砂粒粗糙度参数，K,=2.5dso K, ? 波数，规定为一 =k·tanh(k·d) ; 单一设计振荡与设计谱的周期比值，k=T/T，： ku 一单一设计振荡和设计谱的振动速度幅值比值，k,=U"/Us， ky 单一设计振荡与设计谱的稳定速度分量比值； K- -有效的KC数，K=U·T/D； K- 设计振荡的KC数，K"=U·TID； Ws 有效重量参数，L 0.5pwD.U Ws -与设计振荡相关的重量参数，L： 0.5pw·D.(U*+V") 设计波谱下的稳定流速与波浪振荡流速比值，M=VIUs； M- M"- 单一设计振动的稳定流速与振荡流速的比值，M=V/U"； M, n阶谱矩； Us N- 谱的加速度因子，N= gT. 荷载折减系数； rtot 管子沉降产生的荷载折减系数，； 'pen 挖沟产生的荷载折减系数； 渗透性海床产生的荷载折减系数； R, 一波谱方向性和扩散性产生的折减系数； 波谱扩散指数； Sg 管子比重，S=（ws+b）/b； 黏土的不排水剪切强度； s. 相对粒径密度； s, Snn 波浪谱密度； T 谱的平均上跨零周期，T,=2元/M。/M，： 设计谱谱峰周期； T, 参考周期，T=d/g； T- 单一设计振荡周期； Uw- 波浪诱导的水质点速度； Us- 垂直管道的设计波谱振荡速度（有效振幅）； Uso 与管道成θ角的方向上，设计波谱的振荡速度（有效振幅）， U" 垂直管道的单一设计振荡速度幅值； 2 万方数据 bl ack SY/T7060—2016 V- 垂直管道的对应于设计波谱的稳流速度； V- 垂直管道的对应于设计振荡的稳流速度； 单位长度管道的水下重量； Ws 管子的横向位移； y Y- 无量纲管子横向位移，Y=y/D； 海床以上标高； Z- 海床以上的参考高度； 海底粗糙度参数； Zo 沉降深度； Zp 挖沟深度。 1.5.2 希腊文符号 a- 广义菲利普常数； 摩擦系数； 遮蔽参数； 流向与管子之间的夹角； 6w 波向与管子之间的夹角； Pw 水的质量密度，通常情况下海水取1025kg/m²； 'sc 安全系数； 安全系数； Yw 单位土壤的干重，对于黏土可以取18000N/m²， Y's 7's 水下单位土壤的重量，对于砂土通常在7000N/m²（非常松散）～13500N/m3（非常密实） 之间； 非黏性土的摩擦角； Pc 设计底部速度谱的振荡数，T=T/T； 水流对海床的剪切力，参考公式（4-3）； ts 波频率，W=2元/T； Wp 波峰频率，W,=2元/T。 2设计 2.1失效概率 水动力荷载引起的过大横向位移考虑为一种正常使用极限状态（SLS)，其安全等级在SY/T 10037—2010中给出。 如果位移导致管道产生较大的应力和应变，宜根据SY/T10037一2010的规定进行设计。 2.2荷载组合 特征荷载工况应能反映某一特定设计周期内管道最可能的极端响应。 对于长期运行条件和持续时间超过12个月的临时阶段，使用100年重现期条件。也就是说，一 年内发生概率超过10-2的荷载被称作“典型荷载”。当波和流联合分布概率的详细信息无法得到时， 可以近似采用以下两种组合工况的最不利工况： 1）100年重现期波浪和10年重现期海流的组合。 3 万方数据 bl ack SY/T7060—2016 2）10年重现期波浪和100年重现期海流的组合。 对于3天至12月之间的临时阶段，可以采用10年重现期作为实际季节性环境条件。可以近似采 用以下两种组合工况的最不利工况： 1）10年重现期的季节性波浪与1年重现期的季节性海流的组合。 2）1年重现期的季节性波浪与10年重现期的季节性海流的组合。 需要注意的是，环境数据应能覆盖临时工况开始和结束时所产生的不确定性，例如延期。 对于少于3d的临时阶段，极限荷载工况可以通过气象预报来确定。 注：荷载条件是指与临近海床水流的流速相关的。最大的波浪诱导水质点速度通常并不与最大波及其相关周期相 应，而是与波高略小、周期较长的波相应。这种现象在深水海域尤为显著。 2.3重量计算 管道的重量取决于钢管壁厚和涂层的厚度。如腐蚀、冲蚀和磨损较严重，需考虑其对管道重量的 影响。 管道内介质重量采用介质最小密度计算。 2.4抗力计算 包括库仑摩擦力和被动土压力两部分在内的抗力需要基于管道的公称重量进行计算。 2.5设计准则 不考虑管端约束的条件，管道的横向稳定性的设计准则可以表示为： Y(L,K, M, N,t,Gs,Gc) ≤1.00 Yallowable 式中Yallowable表示管道所允许的横向位移与管道直径的比值。如果其他极限状态没有考虑，如最 大弯曲和疲劳，临时工况及运营工况的管道横向总位移量应不超过管径的10倍。当考虑位移准则时， 可以考虑小于设计风暴引起的累计损伤。 对于大位移工况，宜采用分析工具进行详细的动态分析，宜特别考虑弯曲和疲劳问题。 3.5中给出的设计曲线是基于动态分析得到的最大位移，该动力分析是通过改变种子值获得随机 相位变动来获得的，因此是不需要考虑额外的安全系数要求的上限值。需要说明的是该分析是忽略了 管道弯曲和轴向刚度的影响的一维分析，对在接近约束端位置或是允许较大位移，还可以进行二维 （或三维）的分析。 3设计方法 3.1总则 本章提供了管道的垂向与横向稳定性设计方法和接受准则。给出了管道垂向稳定性的设计公式， 即海水中下沉。为保证管道放置海床上或埋设海床中的垂向稳定性，将以通用条款提出设计方法。 对于横向在位稳定性分析，详细给出三种设计方法： 动态横向稳定性分析方法。 基于动态分析和模拟结果数据库的通用横向稳定性方法。 一绝对静态横向稳定性方法。 动态横向稳定性分析需要基于时域的管道响应模拟，包括由不规则海况和土壤抗力引起的水力 4 万