中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)鋼梁設計與施工

方緒鐲

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司　武漢　430056)

中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)鋼梁設計與施工

方緒鐲

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司武漢430056)

摘要中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為跨度280 m的懸索橋，是我國首座采用無抗風索系剛性橋面的大跨懸索管道跨越結(jié)構(gòu)，取消抗風索系須增加主梁剛度，同時抗風性能也要滿足要求，因此橋面采用抗風性能良好的鋼桁加勁梁。鋼梁采用全焊接桁片結(jié)構(gòu)，桁高3 m，節(jié)間長度2.5 m，4個節(jié)間一個單元，形成10 m長的桁片式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了工廠模塊化制造，降低了現(xiàn)場施工難度，從而保證了焊接質(zhì)量，滿足了山區(qū)運輸條件及施工工期緊的要求。

關(guān)鍵詞懸索管道跨越無抗風索系鋼桁加勁梁主桁桁片式模塊化制造

中緬天然氣管道是我國“十一五”期間規(guī)劃的重大天然氣管道項目之一，與同期擬建的中緬原油管道共同構(gòu)成我國油氣進口的西南戰(zhàn)略通道。瀾滄江跨越工程即為中緬油氣管道工程(國內(nèi)段)4個大型河流穿跨越工程之一。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)是中緬天然氣管道工程的控制性工程，是我國首座3管(天然氣管道、原油管道、成品油管道)并行安裝的跨越橋梁。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)地處云南省保山縣和大理州交界的瀾滄江上，設計采用懸索橋一跨過江，跨度長度280 m，橋面高程1 363 m。各項工程建設指標和難度均屬我國管道建設史上的首次。

1主要技術(shù)標準

(1) 設計基準期：50年。

(2) 航道等級：IV級。

(3) 設計洪水頻率：1/100。

(4) 設計水位：+1 243 m。

(5) 活載：檢修荷載按《油氣輸送管道跨越工程設計規(guī)范》(GB 50459-2009)取2 kN/m2。

(6) 設計基準風速：按初設風洞試驗結(jié)論30.7 m/s(成橋狀態(tài))、27.02 m/s(施工狀態(tài))取用。

(7) 地震:根據(jù)《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》(GB50470-2008)規(guī)定，大型跨越應按50年超越概率2%的地震動參數(shù)進行抗震設計。根據(jù)初步設計地震評價部門給出的地震動參數(shù)，瀾滄江跨越位置超越概率50年2%地震峰值加速度為0.28g。

2主橋總體布置

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為2塔懸索橋，主纜計算跨度為：25 m+280 m+25 m，矢跨比為1/10，主纜錨固方式采用隧道錨。主塔結(jié)構(gòu)設計為門式結(jié)構(gòu)，由鋼塔柱及上、中、下橫梁組成，塔高(從承臺頂面算起)為34.5 m。塔柱間橫向中心距：在塔頂處10 m，承臺頂處13.8 m[1]。傳統(tǒng)的懸索跨越管道設計是加設抗風索系，并給抗風纜加設一定的預張力，以抵抗強風荷載的沖擊，但跨越的瀾滄江兩岸為懸崖峭壁，困難重重，因此設計取消了抗風索系，依靠跨越結(jié)構(gòu)自身剛度抵抗風荷載，采用抗風性能良好的鋼桁梁作為瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的主梁，跨度280 m。通過對瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的抗風性能進行目前世界上最大比例尺(1∶20)的全橋風動模型試驗，確?？缭浇Y(jié)構(gòu)在高山峽谷地貌下的結(jié)構(gòu)抗風穩(wěn)定性問題。并由此掀開我國大跨懸索管道跨越采用無抗風索系剛性橋面的新篇章[2]。瀾滄江懸索跨越結(jié)構(gòu)的立面及橫斷面布置見圖1。

a)　立面布置圖(單位：m)

b)　橫斷面布置圖(單位：mm)

3鋼桁加勁梁設計

主梁采用鋼桁加勁梁，由主桁、橫聯(lián)和上、下平面縱向聯(lián)接系等組成，在吊索節(jié)點處設主橫聯(lián)，在非吊索節(jié)點處設副橫聯(lián)，在端節(jié)點處設橋門架。管道支撐在主橫聯(lián)頂面橫撐桿上。鋼桁梁加勁梁為單跨簡支結(jié)構(gòu)，在主桁架端部設雙向活動拉壓支座和順橋向抗震擋塊，在橋門架底橫撐桿跨中設橫向抗風、抗震限位支座。

3.1　主桁設計

鋼桁加勁梁采用帶豎桿的華倫式桁架，由于跨越結(jié)構(gòu)受力小，須滿足取消抗風索系后的剛度要求，主桁設計時通過對鋼桁梁的結(jié)構(gòu)剛度及經(jīng)濟性進行綜合比較。采用桁高3.0 m，節(jié)間長2.5 m，桁寬10.0 m，吊索縱向中心距5.0 m。由于主桁桿件受力較小，弦桿、斜桿和豎桿均采用制造簡單、拼裝方便的H形截面。主桁架上、下弦桿高360 mm、寬404 mm，翼緣厚32 mm,在節(jié)點范圍加厚至36 mm,腹板厚28 mm；豎桿高360 mm、寬140 mm，翼緣和腹板厚度均為10 mm；端豎桿高404 mm、寬360 mm，翼緣厚32 mm,腹板厚20 mm；斜桿高360 mm、寬160 mm，翼緣和腹板厚度均為10 mm。見圖2。

圖2　主桁截面(單位：mm)

鋼桁梁主桁設計時，通常有散裝節(jié)點桿件逐根拼接和整體節(jié)點部分桿件拼接。由于瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的特殊性，需要充分考慮山區(qū)運輸條件、施工難度及工期要求。為降低山區(qū)道路運輸大型構(gòu)件的難度、降低施工難度并加快施工進度,鋼桁梁結(jié)構(gòu)設計時采用廠內(nèi)預制、分片運輸、現(xiàn)場分片組裝成整節(jié)段吊裝方案。主桁設計時,桁架節(jié)點采用焊接整體節(jié)點，見圖3,并將單片主桁4個節(jié)間為1個單元,即形成每片主桁長10 m的桁片式結(jié)構(gòu)[3]，見圖4。工程實踐證明，該方案保證了結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量并且取得了良好的經(jīng)濟效益和時間效益。

圖3　焊接整體節(jié)點示意圖

圖4　桁片式結(jié)構(gòu)立面圖(單位：mm)

3.2　橫聯(lián)及橋門架設計

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)設置了主橫聯(lián)和副橫聯(lián)。主橫聯(lián)與副橫聯(lián)間隔設置，縱向間距均為5.0 m。輸油(氣)管道支撐在主橫聯(lián)頂面橫撐桿上。主、副橫聯(lián)頂面橫撐桿同時可作為橋面格柵板的支撐結(jié)構(gòu)。橫向連接系采用焊接工字形和角鋼截面。主、副橫聯(lián)橫撐桿與主桁節(jié)點之間通過M22高強度螺栓連接。斷面見圖5。橋門架布置形式同主橫聯(lián)一樣，因為受力需要，截面尺寸及板厚有所增大。

圖5　橫聯(lián)斷面圖(單位：mm)

3.3　縱向聯(lián)結(jié)系設計

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為加強主桁在橫向風力等荷載作用下的整體穩(wěn)定性，設置了縱向聯(lián)結(jié)系?？v向連接系分為上、下平縱聯(lián)，采用“交叉形”結(jié)構(gòu)。上平縱聯(lián)斜撐桿高212 mm、寬240 mm，翼緣板厚度12 mm,腹板厚度10 mm。下平縱聯(lián)斜撐桿高192 mm、寬200 mm，翼緣板厚度12 mm，腹板厚度10 mm。上、下平縱聯(lián)桿件翼緣與平聯(lián)節(jié)點板之間通過M22高強度螺栓連接?？v向聯(lián)結(jié)系布置見圖6。

圖6　縱向聯(lián)結(jié)系布置示意圖

4鋼桁加勁梁防腐

根據(jù)瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)橋址處環(huán)境，鋼梁采用長效防腐涂料防護體系，按《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》(TB/T1527-2011)第七套體系執(zhí)行。鋼梁在運輸、架設過程中應盡量避免損傷鋼梁結(jié)構(gòu)涂裝，對損傷的油漆應及時修補。

5鋼桁加勁梁制造及安裝

鋼梁采用工廠模塊化加工制造、現(xiàn)場組拼的方法，實現(xiàn)橋梁施工工廠化，結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量得到了保證。工廠化制造的主桁桁片及縱橫向聯(lián)結(jié)系等構(gòu)件在現(xiàn)場組拼成10 m一整節(jié)段，利用纜索吊機在主纜及吊索安裝到位之后從跨中往兩邊架設，見圖7。

圖7　鋼梁架設

6結(jié)語

中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)是我國首座大跨懸索管道跨越采用無抗風索系剛性橋面。鋼桁加勁梁設計時充分考慮運輸條件、施工難度及工期要求，采用了桁片式設計，實現(xiàn)了工廠模塊化施工，現(xiàn)場組拼，整節(jié)段吊裝，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益與時間效益。可為今后類似管道跨越結(jié)構(gòu)提供借鑒。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)于2012年10月24日正式貫通。

參考文獻

[1]中鐵大橋勘測設計院集團有限公司.中緬天然氣管道工程(國內(nèi)段)瀾滄江跨越施工圖設計[Z].武漢：中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，2011.

[2]中國石油天然氣管道工程有限公司.中緬天然氣管道工程(國內(nèi)段)大中型穿越工程、瀾滄江橋隧工程、瀾滄江懸索跨越工程說明書[Z].北京：中國石油天然氣管道工程有限公司，2011.

[3]杜萍,萬田保.銅陵公鐵兩用長江大橋主橋鋼梁設計[J].橋梁建設,2014,44(2)：6-11.

收稿日期：2015-09-17

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.011