海底管线是保证油气田正常运转的生命线,从1950s年第一条海底管道的铺设以来,随着海上油气田开发的不断深入,对管道铺设水深的要求也在不断增加。尽管从世界范围来看,海底管线铺设已经达到接近3000m,但我国的现状仍然停留在水深小于150m的情况。为了开发我国南海丰富的深水油气资源,发展深水管道铺设技术就成了我国当前海洋技术的重点之一。深水铺管一般采用铺管船法,主要形式为S型铺设和J型铺设,尽管一度认为J型适应于深水铺设,但S型铺设具有的铺设速度快、同时适应深水和浅水水域等优点,随着近年来工程技术的不断进步,S型管线铺设的水深也在不断增加,目前铺设水深记录就是采用S型铺设方法(截至2005年)。可以预见,S型铺设将成为深水管道铺设技术的趋势。托管架为S型铺设中的关键设备,其主要作用是控制管道脱离船体的曲率,研究适用于深水的托管架,对于提升铺设水深、铺设速度、铺设安全都有很大的影响。以往针对S型铺设的研究中,往往将托管架理想化为边界条件处理,这一方面影响了铺设分析的准确性,另一方面也无法对托管架进行设计。本文首先给出了管线铺设在托管架设计中的重要意义,然后给出了托管架的三种形式,然后从管线铺设的基本方程出发,提取托管架设计的概念要素,给出了托管架设计的逻辑框图。最后针对我国目前正在建造的某深水托管架工程实例进行概念要素提取,运用ABAQUS有限元软件建立分析模型,详细讨论了概念要素变化对管线铺设的影响,最后为进一步建造深水托管架或升级现有托管架提出了建议。文章的最后给出了本文主要结论并展望了深水托管架设计的进一步可进行的工作。本文的研究工作属于863计划子课题“深水海底管道铺设托管架设计及专用设备国产化技术研究”(2006AA09A105-4)中的一部分。