管道懸索跨越工程的上部結(jié)構(gòu)施工分析

閆文朋

摘要：隨著天然氣的使用越來越普及，長(zhǎng)輸管道在施工建設(shè)中，難免會(huì)遇到山谷、河流等自然障礙，勢(shì)必增加管道工程施工的難度和復(fù)雜性，特別是在河流比較深的地勢(shì)，多采用雙塔懸索跨越式工程。此種結(jié)構(gòu)形式可以保證工程質(zhì)量，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是結(jié)構(gòu)的安裝施工頗具難度?；诖?，結(jié)合大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項(xiàng)目，從主塔固結(jié)、塔頂貓道錨固處理、循環(huán)牽引繩布置、主索架設(shè)、纜索吊機(jī)安裝、索夾吊索安裝、主梁安裝、風(fēng)纜錨固安裝幾個(gè)方面分析了管道懸索跨越工程的上部結(jié)構(gòu)安裝施工方法，有效減少了高空作業(yè)量，保證了施工的安全性及施工質(zhì)量，以期對(duì)同類工程施工建設(shè)有一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：懸索;上部結(jié)構(gòu);施工分析

中圖分類號(hào)： U443.38文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-5383（2020）04-0053-05

Analysis of Superstructure Construction of Pipeline Suspension Crossing Project

YAN Wenpeng

（China Railway 18th Bureau Group Construction and Installation Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300300，China）

Abstract：

With the increasing popularity ofnatural gas， the construction of long-distance pipeline will inevitably encounter natural obstacles such as valley and river， which will inevitably increase the difficulty and complexity of pipeline construction， especially in the deep river， the double tower suspension crossing project is often used. This kind of structure can guarantee the quality of the project， but the structure is more complicated， especially the installation and construction of the structure is quite difficult. Based on this， combined with the Baixi Pipeline Suspension Crossing Project of the Daxiangxi Natural Gas Pipeline Branch， the upper structure installation and construction methods of the pipeline suspension crossing project was analyzed from the following aspects：Main tower consolidation， catwalk anchorage treatment on the top of the tower， circulating traction rope arrangement， main cable erection， cable crane installation， cable clamp sling installation， main beam installation and wind cable anchorage installation. This method effectively reduces the amount of high-altitude operations and ensures the safety and quality of construction. It is hoped that there will be a certain reference and reference for the construction of similar projects.

Keywords：suspension; superstructure; construction analysis

近年來，長(zhǎng)輸管道工程施工項(xiàng)目比較多，在具體施工中經(jīng)常遇到地勢(shì)陡峭的峽谷、深度較大的河流，傳統(tǒng)開挖埋設(shè)施工方法無法滿足實(shí)際地形地貌的需求。此時(shí)，多采用雙塔懸索跨越施工方法。雙塔懸索跨越工程，跨越能力比較大，且管道受力情況比較小，非常適用于山地、河流等比較深且無法順利穿越的工程，具有非常廣泛的實(shí)用性。但此種工程上部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，施工難度比較大，施工工藝多變，技術(shù)含量比較高[1]。如：循環(huán)索設(shè)計(jì)安裝、管道的發(fā)送、懸索的調(diào)整等都是施工的重難點(diǎn)，需要采用先進(jìn)、適宜的施工工藝，才能保證各項(xiàng)施工任務(wù)高效、安全的完成?；诖?，以大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項(xiàng)目為例，分析、制定了適合工程特性的施工方案，取得了良好效果。希望對(duì)我國長(zhǎng)輸燃?xì)夤艿拦こ探ㄔO(shè)單位處理特殊地形施工問題，提供一定的參考和幫助。

1 工程概述

大湘西天然氣管道支干線項(xiàng)目（花垣—張家界段）起自大湘西天然氣管道（龍山—花垣段）花垣分輸清管站，止于青坪閥室，途經(jīng)花垣縣、保靖縣、古丈縣和永順縣，線路全長(zhǎng)約125 km。沿線河流大型跨越2處分別為白溪懸索跨越和酉水懸索跨越，高速公路穿越2處。本工程管道設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，管徑為 D323.9 mm，鋼級(jí)為L(zhǎng)360M，設(shè)計(jì)輸量

2.15×108 Nm3/a。全線設(shè)站場(chǎng)3座，分別為保靖分輸站、永順分輸站及青坪末站，設(shè)閥室5座，均為監(jiān)控閥室。

白溪跨越工程主跨280 m，水平長(zhǎng)度308 m，為大型跨越工程，采用懸索跨越方式通過白溪河。橋塔采用鋼管桁架橋塔，主梁采用鋼桁梁，跨越工程設(shè)計(jì)功能為天然氣管道過江通道，天然氣管道設(shè)計(jì)壓力為6.3 MPa，管道采用 D323.9×8 mm L360M直縫埋弧焊鋼管，如圖1所示。

2 上部結(jié)構(gòu)安裝施工要點(diǎn)及施工總體方案分析

2.1 上部結(jié)構(gòu)安裝施工要點(diǎn)分析

本工程的跨越結(jié)構(gòu)為典型雙塔一跨懸索跨越式結(jié)構(gòu)，其中塔架的高度為32 m，根開8 m，頂部寬度為2 m，主跨的總長(zhǎng)度為280 m，橋面總寬度為2 m，在兩岸分別設(shè)置了一座鋼塔架，為四柱鋼管塔架。主肢為Φ508×20-Q345B無縫鋼管，橫桿、斜腹桿材質(zhì)均為Q325B無縫鋼管。塔架頂部設(shè)置檢修平臺(tái)，一側(cè)設(shè)有鋼爬梯。塔腳與橋墩采用預(yù)埋錨栓連接[2]。

主索總跨度為280 m，矢高為28 m，總矢跨比為1/10，每根吊桿之間的距離為5 m，風(fēng)索矢跨比也是1/10，每根吊桿之間的距離為5 m?？癸L(fēng)索下緣到通航水位之間的距離為51 m，可滿足水面通航的實(shí)際需求。主纜為Φ5 mm平行鋼絲索，為保證主纜的強(qiáng)度和抗荷載力，主索由163根直徑為5 mm鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲制作而成，其抗拉強(qiáng)度在1 670 MPa以上，強(qiáng)度的安全系數(shù)超過2.50，為保證主纜質(zhì)量，在工廠預(yù)制成型。風(fēng)索則由85根直徑為5 mm的鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲組成，外側(cè)為2層PE防腐，其強(qiáng)度安全系數(shù)超過2.50，也在工廠預(yù)制而成[3]。

2.2 上部結(jié)構(gòu)安裝施工的總體方案分析

按照大湘西天然氣管道支干線項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)要求，為保證工程項(xiàng)目保質(zhì)保量的完成，主索安裝采用貓道施工方案。貓道的鋼絲繩架設(shè)時(shí)采用了船舶拖拉方式[4]。在主索架設(shè)時(shí)采用了循環(huán)繩牽引架設(shè)的方法。索夾、吊索、鋼梁等結(jié)構(gòu)安裝中，采用了纜載吊機(jī)吊運(yùn)就位的方法。

3 雙塔懸索跨越工程的上部結(jié)構(gòu)安裝施工

3.1 主塔固結(jié)

底節(jié)塔架安裝時(shí)，在吊機(jī)未摘鉤前，測(cè)量調(diào)整塔架垂直度滿足要求后安裝臨時(shí)固結(jié)，采用雙20a槽鋼焊接成鋼盒子與鉸支座焊接[5]。每個(gè)支座4根，每塔8根，全橋16根。臨時(shí)固結(jié)能夠保證主塔架拼裝過程安全，但克服不了主索架設(shè)過程產(chǎn)生的不平衡水平力，還需要進(jìn)一步加固主塔架以保證主索架設(shè)安全。塔架加固在塔柱上安裝牛腿，牛腿為厚度20 mm的Q345鋼板制作，采用Φ325 mm×16 mm長(zhǎng)度8 230 mm鋼管作為支撐柱。每塔4根，全橋8根[6]。主索架設(shè)完成后，調(diào)整空纜線形之前需要拆除支座的臨時(shí)固結(jié)及塔柱架的支撐結(jié)構(gòu)，保證塔架預(yù)偏量和空纜線形與設(shè)計(jì)圖紙及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一致。

3.2 塔頂貓道錨固處理

塔頂貓道錨固處理的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

在進(jìn)行塔頂貓道錨固處理過程中，為最大限度保證施工質(zhì)量和安全性，需要嚴(yán)格控制鋼絲繩和平臺(tái)之間的關(guān)系，嚴(yán)禁把貓道鋼絲繩直接壓在平臺(tái)上方。而底板繩的固定則主要采用千斤繩用繩夾將主塔和底板板繩相互連接，避免發(fā)生鋼絲繩主塔移動(dòng)。

3.3 循環(huán)牽引繩布置

在本工程施工中，貓道鋼絲繩為三段連續(xù)，采用船舶拖運(yùn)方式架設(shè)：5 t卷揚(yáng)機(jī)布置在錨碇上方，盤上150 m Φ18鋼絲繩，Φ18鋼絲繩從錨碇人工牽引翻過塔頂下放到江邊，待船舶拖拉鋼絲繩到江邊時(shí)，連接另一側(cè)過塔的Φ18鋼絲繩，翻過塔頂后，拉至錨碇錨固。循環(huán)牽引繩布置時(shí)，必須嚴(yán)格遵循以下原則：循環(huán)牽引系統(tǒng)鋼絲繩形成環(huán)形閉合牽引系統(tǒng)，鋼絲繩布置與橋軸線重合，卷揚(yáng)機(jī)布置在東岸錨碇頂面，西岸錨碇頂面布置轉(zhuǎn)向滑車[7]。

3.4 主索架設(shè)

主索為三段，邊跨中跨分離，主索主跨跨度為280 m，矢跨比為1/10。全橋共兩根主索，采用熱擠聚乙烯平行鋼絲索，每根主索由163根直徑為5 mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成，外擠雙層 PE 防腐。架設(shè)順序?yàn)椋合冗M(jìn)行西側(cè)邊跨架設(shè)施工，然后進(jìn)行東側(cè)邊跨架設(shè)施工，最后進(jìn)行中跨架設(shè)施工[8]。當(dāng)主塔固結(jié)和支撐完成，錨碇錨固座安裝完成后，開始架設(shè)下游西岸邊跨主索、下游東岸邊跨主索、上游西岸邊跨主索、上游東岸邊跨主索、下游中跨主索、上游中跨主索。

主索調(diào)整采用絕對(duì)高程法測(cè)量，測(cè)量由于人員無法到位，采用天頂距方法采集數(shù)據(jù)控制。測(cè)量控制方法如下：

首先，沿大堤設(shè)立2個(gè)控制點(diǎn)（即置鏡點(diǎn)），精密測(cè)量其坐標(biāo)及高程（XA、YA、ZA）?？刂泣c(diǎn)設(shè)立應(yīng)注意∠A≥450°。

其次，測(cè)量原理，設(shè)定待測(cè)點(diǎn)理論值為（XO、YO、ZO），如圖3所示，根據(jù)（XA、YA）、（XO、YO）。

算得水平角∠A=arctg [（XO-XA）/（YO-YA）]，

OA水平距離：DOA= [（XO-XA）2+（YO-YA）2] 1/2，

O點(diǎn)至A的高度差：△hOA =ZO-ZA。

最后，測(cè)量實(shí)施，置站A和B點(diǎn)（置鏡2點(diǎn)的目的是為了校核，提高精度）。以A點(diǎn)為例詳述操作過程如下：

置鏡A點(diǎn)，后視原有控制點(diǎn)，撥水平角

∠A=arctg [（XO-XA）/（YO-YA）]，

調(diào)節(jié)水平制動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)待測(cè)的鋼絲繩，讀出豎直角β，則OA兩點(diǎn)的高度差為hOA=tg β×[（XO-XA）2+（YO-

YA）2] 1/2，O點(diǎn)標(biāo)高為：HO=HA+IA+△hOA。（其中：HA為置鏡點(diǎn)高程，IA為儀器高。）

HO與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行校對(duì)并調(diào)整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.5 纜索吊機(jī)安裝

纜索吊機(jī)是安裝索夾、吊索和鋼梁架設(shè)的主要設(shè)備，纜索吊機(jī)最大吊裝重量3 t，承重索采用2-Φ24鋼絲繩，循環(huán)牽引鋼絲繩和起重鋼絲繩采用Φ22。纜索吊機(jī)主橫梁采用2根L=3 000 mm，16工字鋼，間距800 mm，用L75角鋼連接，在吊籃附著在纜索吊機(jī)上，吊籃平面尺寸為900 mm×2 400 mm，高度為1 200 mm，為保證纜索吊裝質(zhì)量，還要在四周布設(shè)鋼絲網(wǎng)作為防護(hù)，避免發(fā)生安全事故。在具體起重過程中，整個(gè)吊架承載力先作用在主纜之上[9]。因索夾阻礙直接在主索上行走困難，操作人員需在掛籃內(nèi)與纜索吊機(jī)一起行走。

3.6 索夾安裝

3.6.1索夾放樣

主索和風(fēng)纜在工廠制作時(shí)必須按照監(jiān)控要求進(jìn)行索夾位置放樣并明確做好標(biāo)志。測(cè)量采用標(biāo)定過的長(zhǎng)鋼尺，索夾放樣調(diào)整：溫度修正、彈性伸長(zhǎng)量修正。

根據(jù)監(jiān)控提供的索夾位置及索夾在不同的索溫條件下的參數(shù)修正值，采用全站儀進(jìn)行放樣，先放出初樣，并找出中心點(diǎn)，然后在主纜頂精確放樣并做好標(biāo)記。把索夾安裝位置在主纜上作出標(biāo)記。索夾安裝在空纜狀態(tài)時(shí)進(jìn)行放樣和安裝的，根據(jù)每個(gè)索夾夾角不同在主索頂放樣偏移量。索夾安裝時(shí)放樣測(cè)量如圖4所示。

3.6.2 精度控制

在夜間溫差較小的情況下，用全站儀在主纜上放樣出O點(diǎn)，索夾測(cè)量放樣時(shí)應(yīng)盡可能一次將全跨放樣完成，并進(jìn)行誤差調(diào)整。索夾放樣完成后，再對(duì)每一個(gè)索夾放樣點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。

3.6.3 索夾安裝

安裝順序：從跨中開始向主塔方向安裝，通過施工貓道運(yùn)到跨中待安裝位置，根據(jù)索夾位置按設(shè)計(jì)要求剝除PE，安裝索夾，做好防腐。

3.6.4 索夾螺桿軸力導(dǎo)入

索夾分上下兩半，通過強(qiáng)度等級(jí)為10.9級(jí)

M20×100摩擦型高強(qiáng)螺栓將其緊固起來。

1）螺桿安裝及緊固：使用液壓拉伸器對(duì)索夾螺桿施加軸力，軸力導(dǎo)入過程中注意防止主纜索股鋼絲夾進(jìn)索夾兩側(cè)企口縫內(nèi)。拉伸器導(dǎo)入軸力至預(yù)定拉力，并鎖緊螺母。采用帶加力桿套筒扳手緊固。所有螺桿緊固都必須按照規(guī)定的順序，中間向兩邊、對(duì)稱進(jìn)行。

2）索夾螺栓軸力控制：索夾螺桿應(yīng)分次進(jìn)行預(yù)緊，螺桿第一輪緊固力控制在設(shè)計(jì)緊固力的100%，然后按順序重復(fù)緊固直至所有索夾螺桿軸力滿足設(shè)計(jì)要求。隨時(shí)監(jiān)控、檢查，發(fā)現(xiàn)軸力下降值超過設(shè)計(jì)值的30%時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)足螺桿緊固力。索夾螺栓軸力情況分3個(gè)階段進(jìn)行檢查、緊固。

3.7 吊索安裝

本工程選擇的吊索型號(hào)為PES5-13，上下均為叉耳分別與索夾、主梁銷接。吊索安裝分為長(zhǎng)吊索和短吊索，采用人工在貓道上運(yùn)輸直接安裝。每個(gè)編號(hào)索夾上的吊索長(zhǎng)度不同，用倒鏈滑車對(duì)號(hào)入座安裝。具體現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖5所示。

3.8 鋼梁架設(shè)

橋面寬2 m，采用桁架形式鋼梁，桁架層間距為40 cm，兩吊點(diǎn)之間還要合理設(shè)置榀桁架，以保證施工質(zhì)量和安全性，本工程鋼梁結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3.9 風(fēng)纜錨固及張拉

風(fēng)纜下放采用分級(jí)保險(xiǎn)逐段下放的方式實(shí)施，下放順序從跨中向兩端，利用循環(huán)牽引鋼絲繩在橋面欄桿外側(cè)頂部安裝轉(zhuǎn)向滑車，起動(dòng)循環(huán)卷揚(yáng)機(jī)使風(fēng)纜脫離尼龍輪[10]。人工橫向推出橫梁端部，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)下放，風(fēng)纜下放全部完成后，啟動(dòng)西岸滑車組將錨頭牽引至風(fēng)錨墩拉桿處，安裝錨固系統(tǒng)，解除滑車組，安裝頂架、連接桿、千斤頂，根據(jù)監(jiān)控指令進(jìn)行鎖定調(diào)整。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了管道懸索跨越工程的上部結(jié)構(gòu)安裝施工過程，結(jié)果表明：針對(duì)大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項(xiàng)目跨度大、施工難度大、地形地貌復(fù)雜、地理?xiàng)l件差等工程特性，采用了主塔臨時(shí)固結(jié)、船舶拖運(yùn)先導(dǎo)索過江、貓道輔助架設(shè)主纜、纜載吊機(jī)吊運(yùn)安裝索夾吊索及鋼梁、梁外側(cè)托運(yùn)下放安裝風(fēng)纜等施工方法。此種施工方法，有效減少了高空作業(yè)量，保證了施工的安全性，也在一定程度減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了工程質(zhì)量，值得類似工程項(xiàng)目推廣應(yīng)用。

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