天然氣管道大跨度懸吊保護在西安地鐵施工中的應(yīng)用

蘇無疾呂曉曄陳李淵巨鵬煒

1西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安710016

2西安市政道橋建設(shè)有限公司，陜西 西安710014

天然氣管道大跨度懸吊保護在西安地鐵施工中的應(yīng)用

蘇無疾1呂曉曄2陳李淵1巨鵬煒1

1西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安710016

2西安市政道橋建設(shè)有限公司，陜西 西安710014

由于西安市中軸線道路提升改造，地鐵二號線市圖書館站施工臨時改遷至車站東側(cè)的天然氣管道，因回遷不能滿足道路施工工期，定為不回遷，施工車站東側(cè)附屬設(shè)施時進行懸吊保護。該管道懸吊最大跨度達38m，為確保地鐵施工安全，經(jīng)反復論證、計算，確定了懸吊保護方案，該方案在施工過程中得到成功運用，為今后西安地鐵施工提供借鑒。

天然氣管道；大跨度；懸吊；地鐵施工

1、概述

西安地鐵市圖書館站位于西安市北郊未央路與鳳城二路十字路口，沿未央路呈南北走向布置。車站總長208m，市圖書館站為雙層雙跨及雙層三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),島式站臺。車站負一層是站廳層，負二層是站臺層。車站共設(shè)出入口及通道四個，風亭兩組。

市圖書館站于2007年8月15日開始圍護結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁的施工，圍護結(jié)構(gòu)采用φ800mm的鉆孔灌注樁及內(nèi)部鋼支撐圍護方案。2008年2月18日開始土方開挖，車站采用局部蓋挖、大面明挖順作法施工； 2008年4月開始主體結(jié)構(gòu)施工，經(jīng)過五個月于2008年9月26日順利封頂。同期開展的未央路經(jīng)開區(qū)段道路改造工程全長4.3公里。工程開工時間2009年3月，并于2009年9月雙向貫通。

西安地鐵二號線市圖書館站東側(cè)有一趟南北走向天然氣管道，是主體結(jié)構(gòu)施工時臨時遷移的管道，由于中軸線道路提升改造，將臨遷變?yōu)橛肋w；管道中心距車站結(jié)構(gòu)邊墻外邊線水平距離約5m，埋深1～2m。天然氣管道與東側(cè)附屬結(jié)構(gòu)平面位置為十字交叉，影響1號、2號鳳亭和Ⅳ號出入口施工，經(jīng)雙方協(xié)商，反復論證，決定施工期間將其懸吊保護。

1號風亭設(shè)計為放坡開挖，開口線寬38.32m、結(jié)構(gòu)線寬17.5m（管道位置處），即需懸吊的天然氣管道長38.32m。2號風亭設(shè)計為放坡開挖，開口線寬32.94m、結(jié)構(gòu)線寬21.3m，即需懸吊的天然氣管道長32.94m。Ⅳ號出入口設(shè)計為明挖施工，天然氣管道位于人防擴大段，開口線寬9.2m，即需懸吊的天然氣管道長9.2m。

2、天然氣管道參數(shù)及需保護內(nèi)容

經(jīng)與天然氣公司核實，位于“市圖書館站”東側(cè)的天然氣管道為DN400（φ426×7），管內(nèi)天然氣為中壓氣態(tài)，管道需保護的內(nèi)容主要有以下幾個方面：

1)、管道撓度變形不超過20mm；

2)、需采取防碰撞保護措施，防止管道被意外碰撞。

天然氣管道外露空氣中，國慶節(jié)前氣溫變化影響不大，可以不予考慮。

3、保護方案設(shè)計

1號、2號風亭設(shè)計為放坡開挖支護。我們采用在天然氣管道兩側(cè)附屬混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)人工挖孔、設(shè)置鋼立柱并加斜支撐，縮短懸吊保護梁的跨度。將懸吊保護梁跨度由38.32m和32.94m縮短為13.93m和17.12m。

本保護方案結(jié)合目前實際情況，采用“加工簡單、安裝方便、施工快速”的“型鋼梁”實施懸吊，架設(shè)在兩端的鋼筋混凝土支座上；鋼立柱采用人工挖樁先行架設(shè)，根據(jù)不同部位天然氣管道的高度調(diào)節(jié)立柱高度，將天然氣管道設(shè)置在組合型鋼梁的內(nèi)部，再利用U型吊環(huán)對天然氣管道進行固定。

型鋼梁采用兩條焊接工字鋼（h=800、ho×iw=768×8、b×t=300×16），焊接工字鋼在頂部和底部每隔1.5m用20mm厚鋼板連接一道，將兩條型鋼梁連接為一體。型鋼梁與兩端混凝土支座預(yù)埋鋼板焊接為一體。U型吊環(huán)與天然氣管道外壁接觸面采用橡膠墊等柔性材料進行保護，防止破壞天然氣管道防腐保護層。

1）懸吊梁驗算：

每延米管自重：72.33kg

管內(nèi)氣體重量：經(jīng)咨詢天然氣公司相關(guān)技術(shù)人員，管內(nèi)為氣態(tài)、不予考慮。

焊接工字鋼梁每延米自重：123.6*2=247.2kg

考慮安全系數(shù)1.5。

計算得：每延米均布荷載q=4.79kN/m

1號、2號風亭按最大跨均布荷載、三等跨連續(xù)梁驗算，不考慮管道自身強度計算型鋼梁的最大撓度：

1號風亭:

ωmax=0.677*ql4/100EI=（0.677*4.79*191224）/(100*206*103*177737*104*2)

=5.92＜20mm

2號風亭:

4號出入口:

強度不需要驗算，撓度滿足要求。

2）柱頂橫梁驗算

撓度滿足。

3）立柱驗算

N/ψA=38.9*1000/(0.8*105*100)=4.63MPa＜215，立柱穩(wěn)定性滿足要求。

λ=H/i=826/14.78=55.9，細長比滿足要求。

4）柱基礎(chǔ)驗算

天然地基基礎(chǔ)承載力按150kPa計算，每個立柱基礎(chǔ)面積為1.766m2，每個立柱可以承受264.9KN，地基承載力滿足要求。立柱基礎(chǔ)混凝土底部設(shè)置φ16＠150mm鋼筋網(wǎng)。

5）節(jié)點連接說明

節(jié)點連接除距離天然氣管道近采用螺栓連接外，其余全部采用焊接，所有焊接必須確保焊縫質(zhì)量。在天然氣管道附近焊接時，采用木板等導熱性能低的材料做隔離擋板，嚴禁采用導熱性能高的鐵皮、鋼板等做隔離擋板。

4、施工方法及安全注意事項

1）人工挖孔、架設(shè)立柱：為了確保后續(xù)孔內(nèi)有足夠作業(yè)空間，人工挖孔孔徑設(shè)計為1.5m，挖孔采用鋼筋混凝土護壁，每次挖孔深度不得超過1m，澆筑的護壁混凝土達到設(shè)計強度后方可下挖；挖孔結(jié)束后澆筑立柱基礎(chǔ)混凝土、埋設(shè)立柱支座鋼板，鋼立柱按現(xiàn)場實測天然氣管道高程進行下料、整體加工、一次吊裝，作業(yè)人員在孔內(nèi)交立柱與支座鋼板焊接牢固，焊接時孔內(nèi)必須供給新鮮空氣，確保作業(yè)人員焊接安全。鋼立柱設(shè)置在人工挖孔靠近天然氣管道的一側(cè)。

2）懸吊梁兩端混凝土支座基礎(chǔ)施工：懸吊梁兩端基礎(chǔ)開挖時必須確保天然氣管道的安全，基礎(chǔ)挖到位后必須夯實，澆筑混凝土墊層、鋼筋綁扎，預(yù)埋支座鋼板、澆筑基礎(chǔ)混凝土，兩端預(yù)埋鋼板位置要正確、平整。

3）懸吊梁加工、安裝：根據(jù)懸吊長度在懸吊場地內(nèi)下料、焊接，梁兩端基礎(chǔ)及立柱施工完成后用吊車吊裝就位，再進行連接、加固，并設(shè)置懸吊環(huán)，架設(shè)懸吊梁時用磚或方木在天然氣管道下部設(shè)置臨時支撐點，間距不大于2m。

4）U型吊環(huán)加工制作：U型吊環(huán)要按照天然氣管道外徑定型加工，確保天然氣管道與U型吊環(huán)緊接觸，并在吊環(huán)與天然氣管道之間設(shè)置柔性材料、填充吊環(huán)與天然氣管道之間的縫隙。U型吊環(huán)的螺帽要設(shè)置彈簧墊片。

5）其它方面：天然氣管道懸吊保護完成后，在懸吊頂部用5mm鋼板覆蓋。立柱與懸吊梁的斜支撐及立柱之間的聯(lián)系橫桿在基坑開挖到相應(yīng)的高程部位后及時安裝。人工挖孔的鋼筋混凝土護壁在基坑開挖過程中隨開挖的下降逐漸破除，采用人工、風鎬破除，不得采用挖掘機直接挖除。

6）安全注意事項：懸吊保護支架加工、安裝、連接等過程中需對管道進行保護，不得破壞管道防腐保護層。鋼支撐安裝、基坑開挖過程中不得碰撞懸吊支架和立柱。所有焊縫必須符合要求，所有連接必須牢固。在懸吊架兩側(cè)地面設(shè)置禁止通行標志，禁止人員從懸吊架上行走。若天然氣管道露在外面，必須設(shè)置防撞裝置。

7）安全監(jiān)測：基坑在開挖過程中，對天然氣管道進行布點監(jiān)測，每天監(jiān)測一次，如遇特殊情況增加監(jiān)測頻率，以確保整個施工過程天然氣管道的安全。

5、結(jié)語

整個施工過程中，經(jīng)監(jiān)測，管道最大擾度為3.53mm，確保了施工安全，大跨度天然氣管道的懸吊保護得到成功應(yīng)用，為今后西安地鐵施工提供了依據(jù)，同時縮短了道路改造工期，確保了2009年國慶節(jié)前完成中軸線施工的工期。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50157-2003.地鐵設(shè)計規(guī)范 [S].北京：中國計劃出版社.2003

[2]中華人民共和國建設(shè)部.GB50009-2001.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社.2001

[3]中華人民共和國建設(shè)部.GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.027