管道懸索跨越施工方案的改進(jìn)

楊永霞，孫媛媛

（1.長慶油田建設(shè)工程處，陜西西安710201；2.烏魯木齊石化公司煉廠，新疆烏魯木齊830019）

管道懸索跨越施工方案的改進(jìn)

楊永霞1，孫媛媛2

（1.長慶油田建設(shè)工程處，陜西西安710201；2.烏魯木齊石化公司煉廠，新疆烏魯木齊830019）

懸索跨越施工是油氣長輸管道施工的重點(diǎn)，不僅施工周期長，而且因有高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)很大。長慶油田姬惠輸油管道蘇堡子懸索跨越工程，處于黃土沖溝地帶，地形起伏較大，安全問題成為施工中的重中之重。針對(duì)該工程的難點(diǎn)，探索研究了一種完全避免高空作業(yè)的懸索跨越施工方法，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。文章介紹了索跨主索、吊索等相關(guān)尺寸的精確計(jì)算方法，對(duì)原有方案和改進(jìn)后的方案進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)改進(jìn)后方案的施工程序進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。實(shí)踐證明，該施工方法不但極大地降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了施工質(zhì)量，而且縮短了工期，顯著節(jié)約了施工成本。

長輸管道；懸索跨越；施工方法

0 引言

在長輸管道施工過程中，常遇到的施工難點(diǎn)是穿越、跨越，跨越又有桁跨和索跨兩種，索跨主要是針對(duì)管道敷設(shè)中遇到大的河流、溝澗而設(shè)計(jì)的。在索跨施工中，存在最大的施工困難就是施工安全問題。

在長慶油田姬惠輸油管道工程蘇堡子懸索跨越施工中，對(duì)以往的施工方法進(jìn)行了技術(shù)方面的研究改進(jìn)，采用了一種無高空作業(yè)的施工方法，安全、高效地完成了懸索跨越施工。

1 懸索跨越工程概況

長慶油田公司姬惠輸油管道工程蘇堡子Y61-Y62懸索跨越位于寧夏鹽池縣紅井子鄉(xiāng)蘇堡子村，是長慶油田公司輸油三處馮底坑集中處理站到惠安堡末站的一條主輸油管道工程，該處跨越管道設(shè)計(jì)為D 355 mm×7.9 mm的黃夾克管道，左支架H=7.8 m，右支架H=9.8 m，跨距90 m，質(zhì)量約8.5 t。

地形地貌為黃土沖溝，地形起伏較大，距溝底深40 m，坡度近90°，兩跨越樁高度相差4.8 m，左支架設(shè)計(jì)管道埋深6.3 m，懸索施工都要在管溝內(nèi)完成，隨時(shí)都有塌方的危險(xiǎn)，安全成為施工中的重中之重。

該跨越設(shè)計(jì)的兩根主索鋼絲繩為Φ 28×6×37＋I(xiàn)WR-1670，吊索鋼絲繩為Φ 9.3×6×19＋FC-1670。

2 施工相關(guān)計(jì)算

對(duì)于懸索跨越的施工，索跨主索、吊索等相關(guān)尺寸的精確計(jì)算是保證索跨一次性高質(zhì)量完成的主要因素，主索和吊索的規(guī)格，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)對(duì)其使用性能進(jìn)行了校核，各方面的性能均滿足要求，在施工時(shí)主要對(duì)可能影響施工質(zhì)量的各索具長度進(jìn)行計(jì)算，為施工做準(zhǔn)備。

利用AutoCAD繪圖軟件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)索跨中主索、吊索的長度計(jì)算是通過AutoCAD繪圖軟件進(jìn)行的，在軟件中按照比例繪制索跨示意圖，地錨的位置、支架的位置、吊索的間距以及垂直距離都按照設(shè)計(jì)圖紙嚴(yán)格進(jìn)行取值，繪制完成后，進(jìn)行長度的標(biāo)注，再按照比例進(jìn)行換算，得到的數(shù)據(jù)即為計(jì)算數(shù)值。

2.1 主索長度計(jì)算

主索長度為索跨中間弧長、支架兩邊長度以及固定長度之和，如圖1所示，計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。

經(jīng)計(jì)算得兩地錨之間主索的凈長為134.84 m，加上兩邊的固定長度以及對(duì)下料余量的考慮，主索下料長度確定為140 m。

2.2 吊索長度計(jì)算

表1 主索及連系索長度計(jì)算數(shù)據(jù)

吊索的長度要按照索跨兩吊索上、下端之間的距離、吊索垂直距離進(jìn)行計(jì)算，吊索斷面見圖2。進(jìn)行分布，兩端吊索之間的距離較寬，中間較窄，但由于索跨成型后，吊索上端距離變化不大，因此，可以忽略上端寬度變化的影響，統(tǒng)一按照2 700 mm計(jì)算。

吊索實(shí)際凈長度=

上式中減去的140 mm為主索到吊索上端之間U型螺栓卡具的長度，為實(shí)際測量值。

吊索凈長度計(jì)算見表2（吊索編號(hào)按照圖1從左至右進(jìn)行）。

吊索下料時(shí)，按照規(guī)范，Φ 9.3×6×19＋FC

吊索下口寬度為管道抱箍兩吊耳之間的距離，統(tǒng)一為690 mm，吊索上端口在平面上按照拋物線-1 670鋼絲繩繩卡固定端長度為300 mm，兩端共增加長度600 mm。

表2 吊索凈長度計(jì)算數(shù)據(jù)

3 方案對(duì)比

按照設(shè)計(jì)要求，蘇堡子索跨施工時(shí)，吊索上端通過U型螺栓及夾塊固定在主索上，由于地形比較復(fù)雜，施工安全問題很突出，為了解決該問題，我們與業(yè)主和設(shè)計(jì)方聯(lián)系，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上提出了一種無高空作業(yè)的懸索跨越施工方案。為了更清晰地表達(dá)該方案的優(yōu)越性，在此對(duì)原有的施工方案一并進(jìn)行描述。

3.1 方案一

3.1.1主要思路

該方案的主要思路是設(shè)一根Φ 32.5×6×37的鋼絲繩，主操作繩長度150 m，在牽引安裝兩主索之前，以上文的計(jì)算為依據(jù)，在地面操作平臺(tái)上完成主索上夾塊、吊索的安裝工作，利用牽引繩牽引安裝主操作繩、主索，如圖3所示。

管道牽引之前，將抱箍按照設(shè)計(jì)間距安裝固定在管道上，管道空中跨越安裝由主操作繩完成，牽引完成后，由人工在空中進(jìn)行吊索下端與抱箍的固定連接以及管道撓度的調(diào)整。

3.1.2施工步驟

（1） 首先用一根Φ10mm、長100m的白棕繩從左支架到右支架牽引一根Φ 12.5×6×37的鋼絲繩作為牽引鋼絲繩，經(jīng)支架第一層橫梁中心用地錨固定。

（2） 采用已牽引到右端的牽引繩將主操作繩從左支架牽引到對(duì)面，主操作繩從支架第二層橫梁斜支撐梁中心通過，經(jīng)后地錨墩用10 t倒鏈?zhǔn)站o繩卡固定。

（3） 在左支架主操作繩上掛一個(gè)3t的U型卸扣卡環(huán)，把主索套在卡環(huán)里，用Φ 12.5×6×37的牽引鋼絲繩與主索頭連接進(jìn)行主索牽引，主索牽引完成后，兩端分別固定在地錨上。兩根主索用同樣的方法牽引。主索牽引前，要準(zhǔn)確計(jì)算出主索上每兩個(gè)吊索吊點(diǎn)之間（水平間距投影4 m）的主索長度，要與水平單根管道的直線4 m一致，主索和吊索安裝是跨越中的核心部分，施工難度大。主索長度為140m，要用人拉散開把勁放完，保證不打折、不扭絞，用鋼卷尺量出弧線的長度并做出明顯標(biāo)記，把夾塊和U型螺栓與主索定位卡緊，把預(yù)配好的吊索按照順序套入夾塊的U型環(huán)內(nèi)，并用繩卡固定。

（4） 跨越段管道的組焊、探傷、防腐保溫在管道跨越牽引前完成并檢驗(yàn)合格，在管道前端管口焊接盲板和牽引吊耳，掛上牽引繩?？ǖ谝粋€(gè)管卡抱箍時(shí)要留出連頭余量，在管道上系尼龍吊帶并與主操作繩上的倒鏈連接，管道每前移4 m卡一個(gè)管卡抱箍，掛一次倒鏈，用倒鏈把管道吊起懸空在主操作繩上。在主操作繩上設(shè)10個(gè)3t卸扣，掛10個(gè)3t倒鏈進(jìn)行管道牽引，用裝載機(jī)在跨越管道的后端向前推，為防止管道向溝下滑落，在管道末端部分掛鋼絲繩并與裝載機(jī)連接，起到雙重作用，既能向前推又能向后拉。當(dāng)管道跨過溝中心2/3時(shí)，把裝載機(jī)轉(zhuǎn)到對(duì)面，在地錨上安裝導(dǎo)向滑輪，裝載機(jī)通過導(dǎo)向滑輪拉管道發(fā)送端的牽引繩將管道牽引過來。

（5） 管道牽引到位后，在兩支架間安裝兩根Φ 12.5×6×37、長度為100 m的鋼絲繩，兩端固定在支架第一個(gè)橫梁上，作為高空作業(yè)的安全索，在操作繩上掛安全帶，分兩個(gè)作業(yè)組，從管道的兩端用倒鏈配合卡吊索和管卡抱箍的連接。在固定連接過程中按照索跨弧度要求，邊固定邊進(jìn)行調(diào)整。

3.2 方案二

該方案是本次懸索跨越施工中實(shí)際應(yīng)用的方案。

3.2.1對(duì)夾塊的改進(jìn)

該方案主要是對(duì)吊索的固定方式進(jìn)行了改進(jìn)，是該索跨取得良好效果的關(guān)鍵因素。將主索上鋼絲繩夾塊U型螺栓雙帽松動(dòng)3絲5 mm，使夾塊在主索上能夠滑動(dòng)，增加一套與主索弧長相同的Φ 9.3×6×19連系鋼絲繩，稱為連系索。連系索兩端分別固定在支架頂部兩根橫梁上，它的作用和夾塊一樣，固定吊索的間距，使吊索在弧線上不滑動(dòng)。經(jīng)過改進(jìn)，管道上吊索、管卡抱箍安裝工作全部在地面完成，整體進(jìn)行管道的跨越牽引，完全避免了高空作業(yè)，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了多項(xiàng)工序，保證了跨越的安全、高效施工。

3.2.2施工程序

由于左支架一側(cè)地形比較平坦，操作空間大，故在施工中以左支架一側(cè)為主要的施工區(qū)域。

3.2.2.1操作繩牽引

將一根Φ 10 mm、長100 m的白棕繩下到溝底，由操作人員拉到對(duì)面溝沿，用這條白棕繩牽引一根Φ 12.5×6×37的操作鋼絲繩到塔架，兩端經(jīng)第一層橫梁中心用地錨固定，再以同樣的辦法用白棕繩牽引一根Φ 9.3×6×19的小鋼絲繩作為主索的牽引繩，牽引繩右端通過右支架橫梁固定在后錨墩上。

3.2.2.2安裝吊索與連系索

將兩根主索鋼絲繩Φ 28×6×37采用人拉散開，不打折不扭絞。

吊索與夾塊U型螺栓聯(lián)結(jié)，管卡U型環(huán)處設(shè)有雞心套環(huán)，按吊索鋼絲繩的長度繞過雞心套環(huán)，用三個(gè)繩卡固定，把上部吊索的第一個(gè)Y3-10繩卡改為Y4-12繩卡，將連系索與吊索固定相連。

相鄰吊索之間連系索的長度與對(duì)應(yīng)的兩吊索之間主索的長度一致，必須是主管道水平間距4 m的吊索所對(duì)應(yīng)的弧長。

吊索下料后繞過雞心套環(huán)繩卡固定，拖拉機(jī)牽引主索時(shí)將吊索按照順序全部套入夾塊的U型螺栓里，并用棕繩捆綁在一起，固定在左支架一旁，在牽引主索時(shí)，只牽引主索，但是安裝上去的U型夾塊和吊索都滯留在左支架一側(cè)。

3.2.2.3主索牽引安裝

在左支架Φ 12.5×6×37操作繩上掛一個(gè)3 t的U型卸扣卡環(huán)，把主索套在卡環(huán)里，用Φ 9.3×6×19的牽引鋼絲繩與主索頭連接進(jìn)行主索牽引。

主索牽引到對(duì)面的支架位置后，從支架一側(cè)繞過支架，固定到支架后的地錨上。兩根主索不帶負(fù)荷，用倒鏈按照計(jì)算長度調(diào)整好撓度后進(jìn)行固定。

3.2.2.4管道牽引安裝

跨越段管道焊接、拍片、試壓、補(bǔ)口在左支架地形較好的地段完成。

牽引管道時(shí)，在兩根主索上對(duì)稱掛兩個(gè)3 t倒鏈，在管道前端系尼龍吊帶，將管道端部提起，便于管道安全牽引。

主管道前移用裝載機(jī)從后端向前推，管道每前移4 m，卡一個(gè)管卡抱箍和吊索。卡抱箍時(shí)，利用兩個(gè)3 t倒鏈，隨連接吊索的高度調(diào)整倒鏈的長度，管道的重量由兩根主索和吊索承擔(dān)，使所有吊索和管卡的安裝工作全部在地面和管溝里完成。

管道牽引前在管道下面墊軟膠皮，防止用吊車起吊時(shí)損壞保溫層。當(dāng)管道牽引過跨中2/3左右時(shí)，將裝載機(jī)移到右支架側(cè)，利用管端提前安裝的牽引繩對(duì)管道從右端進(jìn)行牽引，管道牽引到右岸后，通過倒鏈的作用將管道下到管溝里。

管道下溝后，通過連系索調(diào)整吊索在主索上的位置和間距，在地錨上對(duì)兩根主索分別用一個(gè)10 t倒鏈來調(diào)整主索的長度，以此調(diào)整跨越管段中間的起拱高度。

3.2.3施工中應(yīng)注意的問題

（1） 索跨主索、吊索長度的精確計(jì)算是保證索跨施工質(zhì)量的主要因素，在主索牽引之前，應(yīng)將主索上吊索和支架上的位置分別標(biāo)記出來。

（2） 在進(jìn)行吊索計(jì)算時(shí)，考慮了主索在平面空間的拋物曲線變化，吊索的計(jì)算長度與實(shí)際采用的長度有很大的差距，中間吊索的下料長度不足1 m，后經(jīng)過監(jiān)理、業(yè)主及施工人員分析，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為成型后的索跨兩主索之間的距離變化并不像設(shè)計(jì)圖中顯示的那樣明顯，因此在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)主索的曲線變化，兩主索間的距離按照支架寬度進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，實(shí)踐證明，該狀況下計(jì)算出的吊索下料長度是符合實(shí)際情況的，并且獲得了成功。

（3） 吊索與連系索固定連接時(shí)，因增加了受力條件，繩卡的規(guī)格應(yīng)作調(diào)整，通過查標(biāo)準(zhǔn)手冊確定。

（4） 在主管道牽引過程中，因主管道發(fā)生扭轉(zhuǎn)，給管道抱箍的安裝造成一定的困難，經(jīng)分析，管道扭轉(zhuǎn)的原因主要有兩個(gè)方面：一是支架的水平高度并不是絕對(duì)的一致，總是存在誤差，必然引起管端兩倒鏈高度的誤差，使管道發(fā)生扭轉(zhuǎn)；二是牽引過程中前端的兩個(gè)倒鏈滑動(dòng)速度不一致。

（5） 管道從左支架牽引到右支架后，離地面高度有6m左右，而倒鏈的最大伸長只有3m，給管道下溝帶來一定的困難，在今后施工過程中應(yīng)該改進(jìn)，將管道前端一個(gè)倒鏈用幾個(gè)串接的倒鏈代替，使串接的倒鏈最大伸長能保證管道安全下到管溝內(nèi)。

4 工程實(shí)際應(yīng)用效果

4.1 工期對(duì)比

長慶油田建設(shè)工程處姬惠輸油管道施工項(xiàng)目部在蘇堡子索跨施工中采用第二種方案進(jìn)行施工，原定蘇堡子索跨施工周期為10 d，經(jīng)過與設(shè)計(jì)人員溝通并對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)，該工程施工只用了4 d就順利完成，比計(jì)劃提前了6 d。按照以往索跨施工經(jīng)驗(yàn)和地形條件分析，若采用第一種方案，完成該處索跨施工需要12 d。

4.2 成本對(duì)比

在兩種方案的成本對(duì)比方面，主要從人工、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)和材料成本方面進(jìn)行了比較。在本文中，人工、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)取費(fèi)參照《陜西省施工機(jī)械臺(tái)班參考價(jià)目表》進(jìn)行，由于兩種方案的工期相差很大，所以導(dǎo)致人工、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)相差很大。在材料成本方面，由于第一種方案需要增加一根150 m長的Φ 32.5×6×37鋼絲繩，占用第一種方案成本的65%，所以直接拉開了兩種方案的材料成本差距。

綜合人工、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用和材料成本費(fèi)用分析對(duì)比，采用第二種方案較第一種方案可以節(jié)約60%以上的成本費(fèi)用。

5 結(jié)束語

改進(jìn)后的無高空作業(yè)懸索跨越施工方案在工程中的實(shí)際應(yīng)用，取得了極大的成功，在提高施工質(zhì)量、施工安全性、縮短工期方面都有了很大的突破。

[1] SY0470-2000,石油天然氣管道跨越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] GB50369-2006，油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] SY6279-2008，大型設(shè)備吊裝安全規(guī)程[S].

[4] 吳香然，龐伯賢.管道懸索跨越的主索下料和安裝[J].石油工程建設(shè)，2010，（1）：22-24.

Abstract:Cable-stayed pipeline crossing construction is the difficult focal work in the long distance oil and gas pipeline construction.It needs a long construction period and takes a big risk because of aloft work.The Subaozi cable-stayed crossing project of Changqing Oilfield Ji-Hui oil transportation pipeline is located in the region of loess gully with large hypsography variation,so that the safety problem is essential to construction work.In view of the difficult points,a new construction method is researched which absolutely avoids aloft work，and then it is used in the cable-stayed pipeline crossing construction.The exact dimension calculation of the main cables and slings is introduced.The improved scheme is compared with the original one and its construction procedure is described in detail.The results show that the method not only reduces the construction safety risk and ensures the construction quality,but also shortens working period and saves construction cost to a large degree.

Key words:long-distance pipeline;cable suspension crossing

（36）Improvement of Construction Scheme for Cable-stayed Pipeline Crossing

YANG Yong-xia（Engineering Construction Division of Changqing Oilfield,Xi’an 710201，China），SUN Yuan-yuan

TE973.94

B

1001－2206（2011）02－0036－04

楊永霞（1984-），女，甘肅蘭州人，助理工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）材料成型及控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面工程建設(shè)技術(shù)管理工作。

2010-06-21；

2011-01-10