管道防护装置的制作方法

1.本技术实施例涉及油气长输管道领域，特别涉及一种管道防护装置。


背景技术：

2.石油和天然气的传输方式通常为管道传输，而且随着石油和天然气能源的不断消耗，油气管网规模不断扩大，管道覆盖区域也更加广泛。而我国地形多样，地貌复杂，在山区敷设管道时不可避免地会穿越河流等地质条件复杂的区域。对于穿越山区河流的管道，由于山区河流容易发生山洪爆发等地质灾害，而山洪爆发使得水流的流速变大、冲击力变强，导致对河床冲刷力度变大，使得河床下降，从而造成管道埋深不足，继而发生管道悬空、露管等事故。因此，如何保护穿越河流的管道是当前关注的热点。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种管道防护装置，可以用来解决穿越河流的管道的工程结构中管道埋深不足等问题。所述技术方案如下：
4.一种管道防护装置，所述管道防护装置包括：地下防冲墙、护岸挡墙和护坦；
5.所述地下防冲墙埋设在待防护的目标管道所穿越的河道内，且位于所述目标管道的下游，所述地下防冲墙的长度方向与所述河道的走向垂直，所述地下防冲墙的端部与所述护岸挡墙连接，所述地下防冲墙的顶面不低于所述河道的河床面；
6.所述护岸挡墙的长度方向与所述河道的走向平行，所述护岸挡墙贴合所述河道的河岸，且所述护岸挡墙的顶面不低于所述河岸；
7.所述护坦埋设在所述河道内，且位于所述地下防冲墙的下游，所述护坦的侧面与所述地下防冲墙固定连接，所述护坦的端部与所述护岸挡墙连接，所述护坦的顶面不高于所述地下防护墙的顶面。
8.可选地，所述地下防冲墙包括防冲主墙、防冲趾墙和第一垫层；
9.所述防冲趾墙位于所述防冲主墙的底端靠近下游的一侧，所述第一垫层位于所述防冲主墙的底端，所述防冲主墙的顶面不低于所述河道的河床面，所述防冲主墙的底面的高度不高于所述河道的河道冲刷深度；
10.所述防冲主墙、所述防冲趾墙和所述第一垫层的端部均与所述护岸挡墙连接，所述防冲主墙的侧面还与所述护坦连接。
11.可选地，所述防冲主墙的材质为混凝土，所述防冲主墙的横截面为矩形或梯形，所述防冲主墙的顶面宽度不小于0.4米。
12.可选地，当所述防冲主墙的横截面为梯形时，所述防冲主墙的靠近下游的侧面的坡度大于或等于3.33且小于或等于5。
13.可选地，所述防冲主墙的材质为浆砌块石，所述防冲主墙的横截面为梯形，且所述防冲主墙的顶面宽度不小于0.8米。
14.可选地，所述防冲主墙的靠近下游的侧面的坡度大于或等于2.5且小于或等于4。
15.可选地，所述护岸挡墙包括：护岸主墙、护岸趾墙和第二垫层；
16.所述护岸趾墙位于所述护岸主墙的底端靠近河流的一侧，所述第二垫层位于所述护岸主墙的底端，所述护岸主墙的底面的高度不高于所述河道的河道冲刷深度，所述护岸主墙的顶面不低于所述河岸，所述护岸主墙与所述地下防冲墙的端部和所述护坦的端部连接。
17.可选地，所述护岸主墙的横截面为梯形，且靠近所述河流的侧面的坡度大于或等于3.33且小于或等于5。
18.可选地，所述护岸挡墙在长度方向上包括上游段、中间段和下游段；
19.所述上游段的长度方向和所述下游段的长度方向分别与所述中间段的长度方向形成的夹角均位于20
°
～45
°
的范围内，且所述上游段和所述下游段的自由端均埋设在所述河岸中。
20.可选地，所述地下防冲墙的端部与所述护岸挡墙的连接点位于所述中间段下游的1/3位置处。
21.可选地，所述管道防护装置还包括辅助防护装置；
22.所述辅助防护装置位于所述地下防护挡墙的上游，所述辅助防护装置的端部与所述护岸挡墙连接，所述辅助防护装置用于包裹所述目标管道。
23.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
24.在本技术实施例中，位于地下防冲墙下游的水流会形成紊流，从而会携带地下防冲墙下游的泥砂流动，造成地下防冲墙的地基不稳的情况，通过护坦的设置，增强了地下防冲墙下游地基的稳定性，保证了地下防冲墙的有效防护。另外，由于水流冲刷河床的同时还会冲刷河岸，可能导致河岸垮塌，容易造成地下防护墙端部不稳固的情况，且河道内的水流也很容易改变方向，从而使得地下防冲墙失去防护作用，因此，通过护岸挡墙的设计，不仅避免了水流对河岸的冲刷，还能提高地下防冲墙的稳固性，从而保证了地下防冲墙的有效防护。这样，在水流冲刷河床时，地下防冲墙能够对自身上游的泥砂进行阻挡，也即是能够对埋设目标管道的泥砂形成阻挡，从而避免了上游泥砂的流失，进而避免了河床面的下降，保证了目标管道的埋深。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本技术实施例提供的一种管道防护装置的结构示意图。
27.图2是本技术实施例提供的一种地下防冲墙和护坦的侧视结构示意图。
28.图3是本技术实施例提供的一种地下防冲墙、护岸挡墙和护坦的剖面结构示意图。
29.图4是本技术实施例提供的一种护岸挡墙的剖面结构示意图。
30.图5是本技术实施例提供的另一种管道防护装置的结构示意图。
31.附图标记：
32.1：地下防冲墙；2：护岸挡墙；3：护坦；4：管道；5：辅助防护装置；
33.11：防冲主墙；12：防冲趾墙；13：第一垫层；
34.21：护岸主墙；22：护岸趾墙；23：第二垫层。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
36.图1是本技术实施例提供的一种管道防护装置的俯视结构示意图，参见图1，该管道的防护装置包括：地下防冲墙1、护岸挡墙2和护坦3。地下防冲墙1埋设在待防护的目标管道4所穿越的河道内，且位于目标管道4的下游，地下防冲墙1的长度方向与河道的走向垂直，地下防冲墙1的端部与护岸挡墙2连接，地下防冲墙1的顶面不低于河道的河床面。护岸挡墙2的长度方向与河道的走向平行，护岸挡墙2贴合河道的河岸，且护岸挡墙2的顶面不低于河岸。护坦3埋设在河道内，且位于地下防冲墙1的下游，护坦3的侧面与地下防冲墙1固定连接，护坦3的端部与护岸挡墙2连接，护坦3的顶面不高于地下防护墙1的顶面。
37.本技术实施例中，位于地下防冲墙下游的水流会形成紊流，从而会携带地下防冲墙下游的泥砂流动，造成地下防冲墙的地基不稳的情况，通过护坦的设置，增强了地下防冲墙下游地基的稳定性，保证了地下防冲墙的有效防护。另外，由于水流冲刷河床的同时还会冲刷河岸，可能导致河岸垮塌，容易造成地下防护墙端部不稳固的情况，且河道内的水流也很容易改变方向，从而使得地下防冲墙失去防护作用，因此，通过护岸挡墙的设计，不仅避免了水流对河岸的冲刷，还能提高地下防冲墙的稳固性，从而保证了地下防冲墙的有效防护。这样，在水流冲刷河床时，地下防冲墙能够对自身上游的泥砂进行阻挡，也即是能够对埋设目标管道的泥砂形成阻挡，从而避免了上游泥砂的流失，进而避免了河床面的下降，保证了目标管道的埋深。
38.由于地下防冲墙1是为了防止河床面的下降，对埋设目标管道的泥砂形成阻挡，从而避免了上游泥砂的流失，所以地下防冲墙1顶面不能低于河道的河床面。由于护岸挡墙2是为了避免水流对河岸的冲刷，进一步提高地下防冲墙的稳固性，从而保证地下防冲墙的有效防护，因此，护岸挡墙2的顶面不低于河岸。由于护坦3是为了保护地下防冲墙1被水流掏蚀，增强地下防冲墙下游地基的稳定性，所以护坦3的顶面不高于地下防护墙1的顶面。
39.其中，地下防冲墙1和护岸挡墙2之间，以及地下防冲墙1与护坦3之间均能够通过砌筑或浇筑的方式实现连接。当然，也能够通过其他方式实现连接，本技术实施例不做具体限定。
40.接下来，分别对地下防冲墙1、护岸挡墙2以及护坦3的结构进行详细说明。
41.地下防冲墙1
42.图2是本技术实施例提供的一种地下防冲墙1和护坦3的侧视结构示意图。参见图2，地下防冲墙1包括防冲主墙11、防冲趾墙12和第一垫层13。防冲趾墙12位于防冲主墙11的底端靠近下游的一侧，第一垫层13位于防冲主墙11的底端，防冲主墙11的顶面不低于河道的河床面，防冲主墙11的底面的高度不高于河道的河道冲刷深度。图3是本技术实施例提供的一种地下防冲墙1、护岸挡墙2和护坦3的剖面结构示意图。参见图3，防冲主墙11、防冲趾墙12和第一垫层13的端部均与护岸挡墙2连接，防冲主墙11的侧面还与护坦3连接。
43.其中，防冲主墙11、防冲趾墙12和第一垫层13分别与护岸挡墙2之间，以及防冲主
墙11与护坦3之间均能够通过砌筑或浇筑的方式实现连接。当然，也能够通过其他方式实现连接，本技术实施例不做具体限定。
44.对于防冲主墙11，为了实现对防冲主墙11上游泥砂的有效阻挡，避免河床面下降的情况，因此防冲主墙11的顶面不低于河道的河床面。另外，为了防止水流冲刷防冲主墙11的底端，从而造成防冲主墙11底部不稳固的情况，因此，防冲主墙11的底面的高度不高于河道的河道冲刷深度，也即是防冲主墙11的底面的深度大于或等于河道冲刷深度。
45.其中，河道冲刷深度可参考相关技术进行计算得到。作为一种示例，可根据河道水深、近岸垂线平均流速、泥砂的起动流速预先进行计算得到的。作为另一种示例，可根据洪水的爆发频率计算得到的。例如，洪水的爆发频率为50年一遇或100年一遇，根据不同的洪水爆发频率计算的河道冲刷深度不一样。
46.可选地，防冲主墙11的材质为混凝土或者浆砌块石，这样，通过密度较大的混凝土或者浆砌块石能够更好的保证防冲主墙的稳定性。当然，防冲主墙也可采用其他密度较大的材质得到，只要能够保证防冲主墙的稳定性，避免在水流冲刷下移动即可。
47.其中，当防冲主墙11的材质为混凝土时，防冲主墙11的横截面为矩形或梯形，防冲主墙11的顶面宽度不小于0.4米。当防冲主墙11的材质为浆砌块石时，防冲主墙11的横截面为梯形，且防冲主墙11的顶面宽度不小于0.8米。这样，通过限定防冲主墙的顶面宽度，避免了水流冲刷对防冲主墙顶面的破坏，另外，通过防冲主墙的形状和顶面宽度限定了防冲主墙的体积，从而保证了防冲主墙的整体质量，进一步保证了防冲主墙的稳定性。
48.另外，当防冲主墙11的材质为混凝土，且横截面为梯形时，防冲主墙11的靠近下游的侧面的坡度大于或等于3.33且小于或等于5。当防冲主墙11的材质为浆砌块石，且横截面为梯形时，防冲主墙11的靠近下游的侧面的坡度大于或等于2.5且小于或等于4。这样，通过防冲主墙11的下游侧面的坡度的限定，能够限定流体在防护主墙11的下游形成紊流的强度，从而减小流体对防冲主墙11下游的冲刷。
49.其中，防冲主墙11的靠近下游的侧面也称为跌水面，所以，防冲主墙11的靠近下游的侧面的坡度也称为跌水面的高宽比。即，当防冲主墙11的材质为混凝土，且横截面为梯形时，防冲主墙11的跌水面的高宽比为1:0.2～1:0.3。当防冲主墙11的材质为浆砌块石，且横截面为梯形时，防冲主墙11的跌水面的高宽比为1:0.25～1:0.4。
50.对于防冲趾墙12，在确定防冲主墙11的底面的埋深时，可能由于预先计算的河道冲刷深度偏小，从而出现防止防冲主墙11的底面埋深不足的问题，这样会存在水流冲刷防冲主墙11底部的问题。而结合上述防冲趾墙12的设计，在防冲主墙11和防冲趾墙12作为整体时，能够间接增加防冲主墙11的埋深，从而解决上述问题。
51.其中，防冲趾墙12除了设置在防冲主墙11的底端靠近下游的一侧，当然防冲趾墙12也能够设置在防冲主墙11的底端靠近上游的一侧，本技术实施例对此不做具体限定。
52.而当防冲趾墙12设置在防冲主墙11的底端靠近下游的一侧时，防冲趾墙12不仅能够间接增加防冲主墙11的埋深，还能够对防冲主墙11形成支撑，避免防冲主墙11在水流的冲击下发生倾斜。
53.可选地，防冲趾墙12的材质为混凝土或浆砌块石，当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做具体限定。
54.可选地，防冲趾墙12的横截面为矩形，且矩形的高为0.5米，宽为0.2米。当然，防冲
趾墙12的横截面的高和宽还可为其他数值，本技术实施例对此不做具体限定。
55.对于第一垫层13，在河道埋设防冲主墙11时，可能存在地基不稳的情况，从而在水流的冲击下会发生倾斜。因此，结合上述描述，通过设置第一垫层13实现对防冲主墙11的支撑，避免防冲主墙11发生倾斜的情况。为了增加防冲主墙11的承重能力，加固底层结构，解决防冲主墙11的基础力层不稳的问题，在防冲主墙11底端铺设第一垫层13。
56.可选地，第一垫层13为水泥砂浆垫层，该厚度为0.2米，且强度等级不低于m10(10mpa)。当然，第一垫层13的厚度也可为其他数值，本技术实施例对此不做具体限定。
57.护岸挡墙2
58.图4是本技术实施例提供的一种护岸挡墙2的剖面结构示意图。结合图3和图4，护岸挡墙2包括：护岸主墙21、护岸趾墙22和第二垫层23。护岸趾墙22位于护岸主墙21的底端靠近河流的一侧，第二垫层23位于护岸主墙21的底端，护岸主墙21的底面的高度不高于河道的河道冲刷深度，护岸主墙21的顶面不低于河岸，护岸主墙21与地下防冲墙1的端部和护坦3的端部连接。
59.其中，护岸主墙21分别与地下防冲墙1和护坦3之间均能够通过砌筑或浇筑的方式实现连接。当然，也能够通过其他方式实现连接，本技术实施例不做具体限制。
60.对于护岸主墙21，为了实现提高地下防冲墙1的稳固性，避免水流对河岸的冲刷，防止河岸的垮塌，护岸主墙21的顶面不低于河岸。另外，为了防止水流冲刷护岸主墙21的底端，从而造成护岸主墙21底部不稳固的情况，因此，护岸主墙21的底面的高度不高于河道的河道冲刷深度，也即是护岸主墙21的底面的深度大于或等于河道冲刷深度。
61.其中，河道冲刷深度的相关解释内容可以参考描述防冲主墙时对河道冲刷深度的相关解释内容，本技术实施例对此不再赘述。
62.可选地，护岸主墙21的材质为混凝土或浆砌块石，当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做具体限定。
63.可选地，护岸主墙21的横截面为梯形，且靠近河流的侧面的坡度大于或等于3.33且小于或等于5。这样，通过护岸主墙21的靠近河流的侧面的坡度的限定，能够限定流体在护岸主墙21靠近河流的侧面形成紊流的强度，从而减小流体对护岸主墙21靠近河流的侧面的冲刷。
64.其中，护岸主墙21的靠近河流的侧面也称为迎水面，所以，护岸主墙21的靠近河流的侧面的坡度也称为迎水面的高宽比。即，当护岸主墙21的横截面为梯形时，护岸主墙21的迎水面的高宽比为1:0.2～1:0.3。
65.对于护岸趾墙22，在确定护岸主墙21的底面的埋深时，可能由于预先计算的河道冲刷深度偏小，从而出现防止护岸主墙21的底面埋深不足的问题，这样会存在水流冲刷护岸主墙21底部的问题。而结合上述护岸趾墙22的设计，在护岸主墙21和护岸趾墙22作为整体时，能够间接增加护岸主墙21的埋深，从而解决上述问题。
66.其中，护岸趾墙22除了设置在护岸主墙21的底端靠近河流的一侧，当然护岸趾墙22也能够设置在护岸主墙21的底端远离河流的一侧，本技术实施例对此不做具体限定。
67.而当护岸趾墙22设置在护岸主墙21的底端靠近河流的一侧时，护岸趾墙22不仅能够间接增加护岸主墙21的埋深，还能够对护岸主墙21形成支撑，避免护岸主墙21在水流的冲击下发生倾斜。
68.可选地，护岸趾墙22的材质为混凝土或浆砌块石，当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做限定。
69.可选地，护岸趾墙22的横截面为矩形，且矩形的高为1.0米，宽为0.4米。当然，护岸趾墙22的横截面的高和宽还可为其他数值，本技术实施例对此不做具体限定。
70.对于第二垫层23，在河岸埋设护岸主墙21时，可能存在地基不稳的情况，从而在水流的冲击下会发生倾斜。因此，结合上述描述，通过设置第二垫层23实现对护岸主墙21的支撑，避免护岸主墙21发生倾斜的情况。为了增加护岸主墙21的承载能力，加固底层结构，解决护岸主墙21的基础力层不稳的问题，在防冲主墙21底端铺设第二垫层21。
71.可选地，第二垫层23为水泥砂浆垫层，该厚度为0.2米，且强度等级不低于m10(10mpa)。当然，第二垫层23的厚度也可为其他数值，本技术实施例对此不做具体限定。
72.可选地，如图1所示，护岸挡墙2在长度方向上包括上游段、中间段和下游段。上游段的长度方向和下游段的长度方向分别与中间段的长度方向形成的夹角均位于20
°
～45
°
的范围内，且上游段和下游段的自由端均埋设在河岸中。
73.其中，为了有效地降低护岸挡墙2因水流冲刷而发生垮塌风险，将护岸挡墙2的上游段和下游段的自由端均埋设在河岸中，使得护岸挡墙2的上游段和下游段的自由端不会受到水流的冲刷，从而提高了护岸挡墙2的稳定性。并且，为了提高地下防冲墙1的稳固性，将地下防冲墙1的端部与护岸档墙2连接。
74.为了实现地下防冲墙1对较大范围的上游的泥沙进行有效的阻挡，以保护比较大范围的河床不被冲刷下降。并且地下防冲墙1和护岸档墙2连接点要求受力平衡，使得护岸挡墙2能够有效地提高地下防冲墙1的稳固性。所以通常将地下防冲墙1连接在护岸档墙2的中间段下游的1/3位置处。当然，也可以将地下防冲墙1连接在护岸档墙2的中间段下游的其他位置处，本技术实施例不做具体限定。
75.可选地，护岸挡墙2的上游段和下游段的长度不小于2米，护岸挡墙2的中间段的长度不小于6米。
76.护坦3
77.参见图2，护坦3的横截面为矩形，护坦3的宽度不小于4米，且厚度不小于1米。
78.可选地，护坦3的材质为石笼、混凝土或浆砌石。当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做具体限定。
79.可选地，当护坦3的材质为石笼时，护坦3的宽度不小于4米，厚度不低于1米。
80.可选地，当护坦3的材质为混凝土时，护坦3的宽度不小于1米，厚度不低于0.4米。
81.可选地，当护坦3的材质为浆砌石时，护坦3的宽度不小于2米，厚度不低于1米。
82.为了更好地对地下防冲墙1进行保护，护坦3与地下防冲墙1的长度相等。
83.需要说明的是，通过护坦3的宽度和厚度的限定，能够防止水流通过护坦3掏蚀地下防冲墙1下游的地基，增强了地下防冲墙1下游地基的稳定性，保证了地下防冲墙的有效防护。
84.本技术实施例中，在通过地下防护墙1、护岸挡墙2和护坦3对目标管道4进行防护时，参见图5，该管道防护装置还包括辅助防护装置5。辅助防护装置5位于护岸挡墙2的上游，辅助防护装置5的端部与护岸挡墙2连接，辅助防护装置5用于包裹目标管道4。
85.当河道内铺设目标管道4时，目标管道4的位置附近的河床受到外界水流的扰动，
导致目标管道4附近的河床受到水流的冲刷而容易流失。为了增加目标管道4的安全系数，在目标管道4上设置了辅助防护装置5。
86.可选地，辅助防护装置5可以为过水面的结构。当然，辅助防护装置5还可以为箱涵、u形槽和硬覆盖等三种防护结构的一种或多种，本技术实施例不做具体限定。其中，过水面和硬覆盖是将原河床内易遭受冲刷的土质置换为密度较大的其他材质，使其在受到水流冲刷时不容易流失，进一步保护目标管道4。箱涵是由一个或多个方形或矩形断面组成，其构成材质密度较大，对原河床起到了加强固定的作用。u形槽则是由倒置的u形面和一个或多个方形或矩形断面组成，其构成材质密度较大，对原河床起到了加强固定的作用。
87.其中，过水面、箱涵、u形槽和硬覆盖材质为混凝土或预制混凝土。当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做具体限定。过水面和硬覆盖材质还可以为浆砌石或石笼。当然，也可为其他密度较大的材质，本技术实施例对此不做具体限定。
88.辅助防护装置5作为目标管道4的辅助防护保护措施，能够增加目标管道4的安全系数。尤其是对于水力坡降较大的山区河道中铺设的目标管道4，辅助防护装置5对目标管4的保护作用更加显著。但是，对于水力坡降较小的山区河道中铺设的目标管道4，辅助防护装置5对目标管道4的保护作用很小，因此也可以不用在目标管道4上铺设辅助防护装置5。本技术实施例对此不做具体限定。
89.其中，水力坡降是指河流水面单位距离的落差。常用百分比、千分比等比率表示。如河道上a、b两点的距离为100公里，b点的水位比a点高20米，则用20米除以100公里，则水力坡降为万分之二。通常来说，对于山区河道中铺设的目标管道4水力坡降较大是指当水力坡降大于10
‰
。当然，也可以为其他水力坡降值，本技术实施例对此不做具体限定。
90.在本技术实施例中，位于地下防冲墙下游的水流会形成紊流，从而会携带地下防冲墙下游的泥砂流动，造成地下防冲墙的地基不稳的情况，通过护坦的设置，增强了地下防冲墙下游地基的稳定性，保证了地下防冲墙的有效防护。另外，由于水流冲刷河床的同时还会冲刷河岸，可能导致河岸垮塌，容易造成地下防护墙端部不稳固的情况，且河道内的水流也很容易改变方向，从而使得地下防冲墙失去防护作用，因此，通过护岸挡墙的设计，不仅避免了水流对河岸的冲刷，还能提高地下防冲墙的稳固性，从而保证了地下防冲墙的有效防护。这样，在水流冲刷河床时，地下防冲墙能够对自身上游的泥砂进行阻挡，也即是能够对埋设目标管道的泥砂形成阻挡，从而避免了上游泥砂的流失，进而避免了河床面的下降，保证了目标管道的埋深。
91.以上所述仅为本技术实施例的较佳实施例，并不用以限制本技术实施例，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。