油氣輸送管道懸索跨越結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀態(tài)檢測(cè)與評(píng)估分析

李魯明，王武斌

(1．中石化川氣東送管道分公司，湖北武漢430063;2．西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

1 工程概況

野三河油氣輸送管道懸索跨越場(chǎng)地位于湖北省恩施市建始縣與巴東縣交界，318國道野三河大橋東側(cè)。跨越處為典型的“V”字型峽谷，野三河峽谷東北西南走向，溝谷深切，地形較復(fù)雜，跨越處山谷寬約200m，谷深達(dá)120m。野三河懸索橋主跨240m，兩側(cè)錨跨分別為58m(西北岸)和34m(東南岸)。全橋共兩根主纜，每根主纜由10根索股組成，整圓后外徑約為141mm，兩端分別錨固于主索錨碇上，每股由61根直徑為5.1mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。主塔29m，橋面寬4.5m。管道為雙管，直徑1 016mm，壁厚21mm。野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)全貌如圖1所示。

圖1 野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)全貌

輸氣管道主索、吊索、風(fēng)拉索采用德國產(chǎn)鋼絲繩。主索、風(fēng)拉索鋼絲抗拉強(qiáng)度為1 570MPa，吊索鋼絲抗拉強(qiáng)度為1 670MPa。主索錨固墩采用重力式混凝土錨固墩，管道支座為滾動(dòng)支座?？缭浇Y(jié)構(gòu)當(dāng)前恒載為輸氣管道及橋面附屬結(jié)構(gòu)的自重，活載為風(fēng)荷載及溫度荷載。

2 外觀檢查與結(jié)果分析

外觀檢查是為了從總體上全面了解懸索跨越結(jié)構(gòu)的損傷、病害等情況。主要采用人工目測(cè)和卷尺、直尺等一般常用工具進(jìn)行。對(duì)結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)施的所有構(gòu)件或部位進(jìn)行系統(tǒng)的檢查，記錄所有缺損的部位、范圍和程度。

(1)懸吊系統(tǒng)及抗風(fēng)系統(tǒng)。主纜外層保護(hù)層局部破損、鋼絞線外露銹蝕;主纜索股點(diǎn)狀、片狀漏漆，表面油漆嚴(yán)重霉變;錨具局部漏漆、銹蝕，銹蝕面積約占10%;剛性吊桿外涂層油漆老化開裂剝落、嚴(yán)重銹蝕，約30%吊索錨杯、銷釘銹蝕。

(2)主塔系統(tǒng)。主塔鋼管焊接點(diǎn)油漆剝落、鋼管焊接點(diǎn)銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重;主塔桿件表面油漆老化，塔底連接構(gòu)造發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。

(3)橋面系統(tǒng)。主梁梁體存在一定的銹蝕現(xiàn)象，支座及擋板油漆剝落、鋼材銹蝕嚴(yán)重;西北岸支座墊板出現(xiàn)翹起現(xiàn)象，主梁縱向伸縮移位痕跡明顯，伸縮量2～3mm。個(gè)別管道與滾軸出現(xiàn)個(gè)別或連續(xù)脫離現(xiàn)象。

(4)錨碇系統(tǒng)。錨室環(huán)境密閉，濕度較大，有3個(gè)錨室存在嚴(yán)重積水現(xiàn)象，積水深度約10cm;錨室頂板存在嚴(yán)重滲水現(xiàn)象，錨室封閉門存在裂紋，雨水通過裂縫進(jìn)入錨室，加快了錨室主纜索股霉變及銹蝕。

3 線形量測(cè)與結(jié)果分析

本次測(cè)量采用高精度全站儀自由設(shè)站法進(jìn)行觀測(cè)。以西北岸錨固墩為原點(diǎn)，平行于懸索跨越結(jié)構(gòu)縱軸線為X軸，垂直于跨越結(jié)構(gòu)方向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸，建立三維坐標(biāo)系。全站儀自由設(shè)站法又稱為邊角后方交會(huì)，這種交會(huì)法的原理是:在待定點(diǎn)安置全站儀，測(cè)出待定點(diǎn)到已知控制點(diǎn)之間的距離和角度，根據(jù)方向觀測(cè)值和邊長觀測(cè)值建立方向誤差方程式與邊長誤差方程式，然后按最小二乘原理計(jì)算待定點(diǎn)的坐標(biāo)?？缭浇Y(jié)構(gòu)主纜線形監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 主纜實(shí)測(cè)線形與設(shè)計(jì)線形對(duì)比

主纜實(shí)測(cè)線形與設(shè)計(jì)線形結(jié)果對(duì)比得出，主纜上、下游側(cè)實(shí)測(cè)線形與設(shè)計(jì)線形較為一致，實(shí)測(cè)線形標(biāo)高較設(shè)計(jì)線形較高，最大高程相差10.1cm。

4 索力測(cè)試與結(jié)果分析

索力測(cè)試采用頻率法進(jìn)行索力測(cè)試。頻率法是依據(jù)索力與索的振動(dòng)頻率之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系的特點(diǎn)，在已知索長度、兩端約束情況、分布質(zhì)量等參數(shù)時(shí)，將高靈敏度的拾振器綁在斜拉索上，拾取拉索在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過濾波、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換和頻譜分析即可測(cè)出斜拉索的自振頻率，進(jìn)而由索力與拉索自振頻率之間的關(guān)系獲得索力，這是一種間接方法?，F(xiàn)有儀器及分析手段，測(cè)定頻率精度可達(dá)到0.005Hz。

索的兩端為鉸支，則索力計(jì)算方程為:

式中:n為索自振頻率的階數(shù)(即拉索長度內(nèi)的半波個(gè)數(shù));fn為索的第n階自振頻率(s－1);l為拉索的自由或撓曲長度。

主纜索股內(nèi)力測(cè)試結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 西北岸主纜索股內(nèi)力分布

主纜索股內(nèi)力測(cè)試結(jié)果表明:西北岸上下游索股內(nèi)力較為均勻，最大差值為2.4kN;東南岸上下游索股內(nèi)力很均勻，大小基本相等。此外，東南岸以及西北岸索股上下游內(nèi)力總和差值在5%以內(nèi)，說明主纜受力處在一個(gè)較優(yōu)良的狀態(tài)。

圖4 東南岸主纜索股內(nèi)力分布

吊索內(nèi)力測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 上、下游側(cè)內(nèi)力分布

由吊索內(nèi)力實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比可知:吊索內(nèi)力呈現(xiàn)中間小兩頭大的分布趨勢(shì)，吊索索力上下游最大相差為18.5kN，但上下游索力總和基本相等，上游索力略高于下游。

5 懸索跨越結(jié)構(gòu)綜合評(píng)定

5.1 漆膜老化評(píng)定

根據(jù)文獻(xiàn)[2］評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)漆膜涂層的完好程度。鋼結(jié)構(gòu)漆膜涂層的老化評(píng)級(jí)內(nèi)容包括失光、變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落、長霉、斑點(diǎn)、泛金以及玷污等，分別評(píng)定為優(yōu)、良、中、差、劣六個(gè)等級(jí)。

5.2 鋼構(gòu)件銹蝕評(píng)價(jià)

根據(jù)文獻(xiàn)[2］評(píng)價(jià)鋼構(gòu)件的銹蝕情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果對(duì)鋼構(gòu)件銹蝕狀況進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，評(píng)定為未銹、微銹、中等銹蝕和嚴(yán)重銹蝕四個(gè)級(jí)別。其中，未銹定義為鋼材表面全部覆蓋氧化皮，幾乎沒有鐵銹;微銹定義為鋼材表面已發(fā)生銹蝕，且部分氧化皮已剝落;中等銹蝕定義為鋼材表面的氧化皮已因銹蝕而剝落或可以刮漆，且有少量點(diǎn)蝕;嚴(yán)重銹蝕定義為鋼材表面的氧化皮已因銹蝕全面剝落，已普遍發(fā)生點(diǎn)蝕。

5.3 綜合評(píng)價(jià)

[3］以及文獻(xiàn)[4］，對(duì)該懸索跨越結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。

懸索跨越結(jié)構(gòu)的總體技術(shù)狀況評(píng)分方法為:

式中:Dr為懸索跨越結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評(píng)分，值域?yàn)?～100分;WD、WSP、WSB為分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重。

結(jié)果表明:該懸索跨越結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)定值Dr=55.62，綜合判定該懸索跨越結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為“四類”—“差的狀態(tài)”(表1)。

表1 懸索跨越結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評(píng)分結(jié)果

6 結(jié)束語

長輸油氣雙管道跨越結(jié)構(gòu)維修難度大，是管道管理的重點(diǎn)。除加強(qiáng)跨越結(jié)構(gòu)巡護(hù)外，定期開展跨越結(jié)構(gòu)力學(xué)檢測(cè)和安全評(píng)估尤為重要。通過本次檢測(cè)與評(píng)估，及時(shí)了解了野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)在運(yùn)營期間其病害情況，評(píng)價(jià)了目前狀態(tài)下該懸索跨越結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況，為今后該橋的維修與加固提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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