[终审稿]【2011112301639】长输管道斜拉桥桁架分段发送施工技术研究.doc

长输管道斜拉桥桁架分段发送施工技术研究 张俊岭 刘晓实 吕达来 毕彩玉（中原油田建设集团公司）摘要：本工法适用于跨径100300米的江、河、湖泊、水库、大型沟谷等工程地质复杂地段的长输油气管道斜拉桥跨越施工。长输管道斜拉桥桁架分段发送施工技术与传统的悬索加顶推、水中脚手架相比，更为快捷、安全和经济适用，稳定性更好，不受两岸地势、场地大小、跨越高度的影响，经济效益、社会效益、环保效益显著，具有一定的推广价值。关键词：斜拉桥；桁架分段发送；快捷；安全；经济；环保；推广价值1工艺原理本工法主要是根据力学平衡原理，利用桥塔和临时悬索作为承重结构，通过计算模型算出绳索受力和牵引力大小，在安全状态下将桁架分段发出，在卷扬机和施工索作用下实现提升、平移、降落直至到达预定位置，然后进行空中组对、法兰连接。2、工艺流程及操作要点2.1工艺流程 工艺流程为：施工准备测量放线修筑施工便道和场地清理两岸塔架基础和锚固墩基础施工及验收承台施工两岸钢塔架预制吊装主索安装施工索安装桁架桥预制及分段发送斜拉索安装施工索拆除2.2 操作要点2.2.1主索安装（1）主索即吊装承重绳索。两岸的钢塔架吊装并进行临时固定后，在塔架顶端处安装两根吊装承重绳索，每套吊装承重绳索由承重钢丝绳、1 套32t滑车组、2 个10t导向单滑车及1台卷扬机组成。（2）利用一艘摆渡船和一根Ø15mm钢丝绳牵拉主索的活动端，通过卷扬机的不断收紧，使两根主索分别从两岸的钢架立柱上的挡管槽内穿过后连接到两岸的地锚上。2.2.2 施工索安装 （1）人工安全保护索安装首先在两岸架塔上用人工拉设一根钢丝绳，两端分别固定在两岸的锚固墩上，作为以后各工序操作中的人工安全保护索，施工时可将安全绳的挂扣链挂于安全保护索上。同时，该索也作为安装施工索时的辅助索。（2）桁架提升绳索设置桁架跨越吊装共需设置2 套桁架提升绳索，其作用为将预制完毕的桁架段分别连接到2套吊装承重绳索上，通过吊装城中绳索两端最后连接到跨越两岸的2 台卷扬机上，2台卷扬机通过提前埋设的钢丝绳与锚固墩以及北岸临时地锚连接固定。（3）牵引（回拽）绳索安装桁架跨越吊装共需设置1套牵引绳索及1套回拽绳索。牵引绳索作用为将在跨越北侧预制完毕的桁架段牵引到安装位置。为保证单滑车同步滑移，需要利用钢丝绳将第一、二、三个单滑车侧面的钢管进行串联。2.2.3桁架桥分段发送（1）桁架分段发送施工工艺的确定斜拉桥面采用钢桁架作为主梁。综合管长、桁架段长度、焊接安全性等因素，桁架分为11段预制（见图3）。每段长度不一，结构相同，都包括吊架弦杆，连接支撑、走道板和两侧护栏、两侧吊耳和用于与斜拉索连接的销轴。为减少两岸施工占地，跨越钢桁架采取分段发送，然后空中法兰组对连接的施工工艺进行安装。桁架段发送顺序为:桁架段1桁架段11桁架段2桁架段10桁架段3桁架段9桁架段4桁架段8桁架段5桁架段7桁架段6。跨越北岸桁架段1L=13.75m桁架段2L=13.9m桁架段3L=13.9m桁架段4L=12m桁架段5L=13.9m桁架6L=6.1m桁架段7L=13.9m桁架段8L=12m桁架段9L=13.9m桁架段10L=13.9m桁架段11L=13.75m跨越南岸图3 桁架分段布置图（2）吊装计算 吊装用绳索受力计算根据力矩平衡原理可以计算出吊装用绳索受到的拉力，吊装绳索受力安全系数应符合规范要求。 后背缆索受力计算根据三角函数计算得到安装完毕后的一侧后背缆索与垂直线的夹角；由于两侧后背缆索与铅垂线的夹角十分接近，在安装过程中按照后背缆索受力相对较大的南岸进行受力计算。HFF3F2F1锚固墩fhL1375013900139001375027650G 图 4 后备缆索受力示意图 （单位：mm）fcosL=G/2×27.65mFsin=fsin+HTg=L/h由以上公式可以计算得出后背缆索受力F的值。G1：桁架段1、2、3、4的总重 G1=26.775tf：F1、F2、F3的合力：合力f与铅垂线的夹角H：吊装桁架段5时吊装承重缆索的水平力F1：正式缆索1受到的轴向拉力F2：正式缆索2受到的轴向拉力F3：临时缆索所受的轴向拉力F：南岸后背缆索所受的轴向拉力 牵引力计算F1=0.15G=11760N F3=0.15G=11760NF= F1+ F2+ F3=28520N按照本技术措施，牵引系统选用5t卷扬机；所以，牵引系统能够满足牵引力要求。（3）桁架段的发送 桁架段1安装过程在50t汽车吊的配合下完成提升绳索与桁架段1的连接工作；调整提升绳索的卷扬机，使桁架段水平并离开平台；通过牵引绳索的牵引作用使桁架段不断向跨越对岸移动，调整桁架段的高度，使其始终保持水平状态；当桁架段1达到安装位置后，调整1套提升绳索的4台卷扬机使桁架段1水平回落，完成桁架段1与桁架南侧支座的连接工作。拆除提升绳索与桁架段1的连接绳索，从而完成桁架段1的安装工作。利用回拽绳索将两套提升绳索回拽到北岸，准备进行第2段桁架（即桁架段11）的吊装跨越工作。 桁架段1发送到安装位置后，立即安装临时斜拉索并对桁架的水平度和垂直度进行测量，当测量结果在允许偏差范围内后，方可进行阻挡机构的焊接工作。 桁架段11 的安装过程与桁架段 1 安装大体相同，牵引到位后与桁架段 1 进行组对，然后连接桁架段11上的正式拉索，拆除桁架段 1 上的临时固定绳索。 桁架剩余段数的安装与桁架段1、11的设置情况完全一致，采取交错发送方式，具体发送过程不再赘述。 桁架段6发送过程 桁架段6最后发送。吊运到与桁架段5、7的组对位置后完成桁架段之间的组对工作。2.2.7 斜拉索安装确定斜拉索安装位置，在桁架分段发送安装的同时安装斜拉索。斜拉索的安装与张拉是斜拉桥施工的关键所在。挂索施工的基本步骤为：放索牵索体系转换张拉。施工完成后，挂索及转换均有斜拉索厂家完成。3 劳动组织 本工法的劳动组织按141米跨径桁架分段发送施工方案考虑，见表1。表1 劳动组织序号岗 位人数资格要求1技术总工12技术员23HSE监督员2持有HSE安全工程师证4质检员2持有安装专业质检员证5桁架发送总指挥16桁架发送副指挥27起重工20持有特殊工种作业证8安装工129电焊工12持有特殊工种作业证10架子工811高空作业人员10持有特殊工种作业证4 材料与设备表2 机具设备配备一览表序号名称规格型号数量单位1汽车吊2台2挖掘机2台3全站仪1套4水准仪1套5经纬仪J22套6电焊机ZX7-400C6台7火焊工具3套89卷扬机13台9滑车HQD4-326个12HQLZK1-1060个10对讲机15km6部11望远镜16倍3个12千斤顶6台13手拉葫芦个14钢丝绳米15卡扣个5 质量要求5.1钢塔架、桁架的预制、组装、焊接质量要求严格按照钢结构工程施工及验收规范(GB50205-2001)执行。吊架弦杆接头采用全焊透一级焊缝，并采用100%超声波探伤，合格后再进行100%的X射线检验。5.2输气管道连头焊接、钢塔架焊接、斜拉索与桁架段连接销轴焊接均采用上向焊方式。为保证销轴强度，对其焊接部位焊接后进行消氢、热处理，表面温度达到600。6 安全与环境保护措施6.1 遵守国家安全、环境和职业健康的规定，确保高空作业、桁架发送跨越施工方案的逐级审查和严格执行。6.2 作业前应做好各项准备工作，有合格的防护设施。特种作业人员必须持证上岗，劳保防护用品穿戴齐全、使用正确。6.3 发送前，必须按规范进行全面安全检查，检查合格无误后由吊装发送总指挥发布吊装令。吊装发送时实行吊装令会签制度，确保吊装安全。6.4 施工人员应严格执行HSE管理制度，文明施工，现场清洁有序，安全警示标志齐全，各种原料堆放整齐、合理。禁止施工对周围环境造成的污染和破坏，杜绝环境污染事故的发生。7效益分析以陕西石头河水库长输管道大跨径斜拉桥项目为例，桁架发送与满堂架施工控制措施对比如下：表3 桁架发送与满堂架控制措施对比表序号可比内容发生费用（单位：元）桁架发送悬索加顶推满堂架1场地开挖、地貌恢复、赔偿、环保费用103万128万1610万2吊装机械台班费用40万70万105万3人工、材料费219万236.355万528万4施工费用100万119万700万5合计费用462万553.355万2943万6有效工期28天88天105天7作业安全较安全较安全较安全 8应用实例2009年11月28日，中原油田建设集团公司在陕西省石头河跨越工程项目建设中，采用长输管道大跨径斜拉索桁架发送工法，替代了传统的斜拉索加顶推和满堂架施工措施，在28天内完成了141米长、70吨重的桁架吊运发送组对任务。2011年，该项技术又成功地应用到汉江输气跨越项目中，建成了一座跨径210米的斜拉索桁架管桥，架设管道426×10，工程安全、高效、优质、环保，降低了施工成本。【作者简介】张俊岭：工程师，1986年毕业于重庆石油学校油田应用化学专业，现在中原油田建设集团公司生产技术科负责质量管理与施工技术工作。(0393)4887964、13513946019、wenyi1000126.com 7