油氣公共管廊混凝土框架裝配式螺栓連接關(guān)鍵技術(shù)研究

劉偉

（中交隧道工程局有限公司華北分公司，北京100020）

1 引言

管廊總段存在非常多的管架結(jié)構(gòu)，其裝配過程具有單項工程少，尺寸統(tǒng)一以及結(jié)構(gòu)簡單等特點，可以最大限度地發(fā)揮裝配過程的優(yōu)勢。某項目主要針對油氣公共管廊的混凝土框架裝配式螺栓連接技術(shù)進行研究與開發(fā)，形成了一套比較完整的施工技術(shù)，使油氣公共管廊在關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上提升了施工效率，進一步為施工過程提供了安全保障。

2 項目概況

嵐山油氣公共管廊一期工程全線長度約為22.5km，全線結(jié)構(gòu)可以分為一般段、跨越段以及穿越段，除了需要在現(xiàn)有公路、河流以及鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施上交叉使用跨越和穿越結(jié)構(gòu)，其余部分屬于一般段結(jié)構(gòu)，長度約為18.7km，在全線長度中占83%，一般段結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計功能的不同可以分為滑動架、固定架以及補償架等形式，每種形式結(jié)構(gòu)除了高程外結(jié)構(gòu)，其尺寸具備一致性。

3 研究目的及意義

現(xiàn)有的油氣運輸以及化學(xué)物質(zhì)運輸大多使用道路、地下管線、鐵路以及其他運輸方式，但是由于油氣易燃、易爆、有毒、安全風(fēng)險高，道路與鐵路運輸?shù)娜萘坎蛔阋约叭菀讚矶?，地下管廊運輸難以監(jiān)控、容易腐蝕、難以維護以及安全隱患比較高。而石油和天然氣公共管廊在安全和環(huán)境保護方面存在優(yōu)勢，這將是石油、天然氣以及化學(xué)運輸，尤其是港口疏散以及化學(xué)園區(qū)未來交通運輸?shù)木唧w發(fā)展方向[1]。

當(dāng)前，油氣公共管廊建設(shè)通常采用地上鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式非常簡單，單體重復(fù)率高，尺寸統(tǒng)一，已經(jīng)建成的管廊大多使用支架現(xiàn)澆施工工藝。由于管廊屬于線性工程，支架使用的頻率非常低，施工效率也較低，轉(zhuǎn)場次數(shù)較多，造成施工措施費占比較高，而且由于框架結(jié)構(gòu)的尺寸較小，使用混凝土現(xiàn)澆工藝的質(zhì)量控制難度較大，無法對其整體施工質(zhì)量進行保證，特別是在北方地區(qū)的冬季進行施工，由于受到氣溫的影響，使工程不能進行或者施工過程中費用較高，效率低以及工程質(zhì)量比較差等。

螺栓機械連接存在的優(yōu)勢：在現(xiàn)場，只需要使用較少的施工人員和機械設(shè)備即可完成連接，而且不需要進行臨時支撐，而是使用對螺母進行緊固，然后可以把吊裝設(shè)備移動至下一工作面，灌漿完成螺栓連接之后就和現(xiàn)澆連接具備一致的堅固性。

螺栓連接可以準確地對柱子定位，加快安裝過程，縮短工期，大大提高了施工的安全性和施工效率。由于油氣公共管廊框架的結(jié)構(gòu)形式以及尺寸高度具備一致性，工程線路比較長，構(gòu)件預(yù)制考慮使用游牧式的具體加工方式，按照現(xiàn)場具體情況完成施工段落的劃分，段落內(nèi)設(shè)置的小型預(yù)制構(gòu)件廠，完成預(yù)制構(gòu)件后，預(yù)制場會遷移到下一段落，循環(huán)施工，可以使預(yù)制構(gòu)件的具體運輸成本降低[2]。

4 主要內(nèi)容及技術(shù)經(jīng)濟指標

4.1 油氣公共管廊混凝土框架裝配式螺栓連接器的研發(fā)

嵐山油氣公共管廊的一期工程采用鋼筋混凝土框架施工，施工過程中，將數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合，研發(fā)了一種和框架受力要求相適應(yīng)、成本較低并且施工方便的螺栓連接器，在保障安全和質(zhì)量的前提下，提升了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量[3]。

4.2 油氣公共管廊混凝土框架裝配式螺栓連接的關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 工藝流程

仔細檢查螺栓的摩擦面以及鋼板的連接面是否存在雜物，及時清理接觸面上的雜物和鐵銹；調(diào)整安裝孔的位置，并適當(dāng)利用鋼鉆或打孔機校正孔位，以保障可以自由插入螺栓。首先利用螺栓進行安裝測試，以檢查組件的位置是否準確；檢查完成后，正確安裝；擰緊高強度螺栓，完成組件的調(diào)整，最終擰緊。

4.2.2 摩擦表面的處理

為了不耽誤現(xiàn)場的具體施工進度，需要在工廠加工車間完成螺栓摩擦面上一些細小缺陷的處理。在現(xiàn)場施工中，一旦出現(xiàn)螺栓的預(yù)處理與現(xiàn)場施工要求不符合的情況，需要及時更換無法利用的螺栓，以保障摩擦系數(shù)滿足實際安裝要求。為了進一步提高摩擦表面的摩擦系數(shù)，通采用的方法為噴砂或用砂輪磨削。

在工廠加工的摩擦面，要保障摩擦面清潔并且不存在氧化問題。通常情況下，摩擦表面一定要呈現(xiàn)出赤銹色現(xiàn)象，最終達到最佳效果。另外，應(yīng)在加工工件時進行防潮處理，以防止摩擦表面由于氧化和生銹問題對螺栓的性能造成影響。

4.2.3 螺栓長度的選擇

不同類型的高強度螺栓截取的螺栓長度需要和緊固連接板的厚度、墊圈的厚度、螺母的厚度等相適應(yīng)，并且還要考慮增加墊圈的高度。

4.2.4 螺栓到孔

為保障高強度螺栓可以自由插入孔中，預(yù)留的孔直徑應(yīng)比高強度螺栓的直徑大15～30mm，以避免接觸面積過小而對緊固效果造成影響，并且孔內(nèi)部不應(yīng)存在毛刺壁。另外，由于設(shè)計以及其他原因，會出現(xiàn)孔不與連接件重疊的問題，面對這種情況，需要在安裝前利用鉆頭或者鉸刀對孔實施擴孔或修理。

4.2.5 接頭組裝

螺栓連接的原理：首先，連接處的鋼板或型鋼需要光滑無雜質(zhì)，孔周圍不能存在毛刺，摩擦面不出現(xiàn)變形以及溝紋等質(zhì)量問題。執(zhí)行螺栓連接操作時，需要檢查它們之間的實際間隙尺寸。如果間隙不大于1mm，則不需要實施處理：如果間隙在1～3mm，需要按照1∶10 的比例把上邊進行拋光成斜面；如果間隙大于3mm，在其下側(cè)需要增加一個支撐板，并且該支撐板需要用相同工藝實施一定的處理。

5 經(jīng)濟及社會效益預(yù)測

在保障質(zhì)量和安全的前提之下，要提升鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的具體施工功效，并申請專利。管廊鋼筋混凝土框架的具體預(yù)制構(gòu)件節(jié)段劃分、現(xiàn)場道路運輸、結(jié)構(gòu)尺寸等要和實際情況相結(jié)合，確定預(yù)制構(gòu)件的具體加工制作方式以及預(yù)制場地設(shè)置等方案，總結(jié)并歸納了一套和線性油氣公共管廊工程相適應(yīng)的游牧式預(yù)制構(gòu)件加工方式，對后續(xù)管廊鋼筋混凝土框架施工具備非常重要的指導(dǎo)意義。

6 結(jié)語

總之，和傳統(tǒng)的運輸與施工方式相比較，油氣公共管廊和裝配式工藝具備非常明顯的優(yōu)勢，國家以及政府層面對公共管廊以及裝配式工藝實施了大力的鼓勵以及推廣，因此，改技術(shù)具有非常廣闊的市場需求以及發(fā)展前景。