管道懸索跨越工程的上部結構施工分析

閆文朋

摘要：隨著天然氣的使用越來越普及，長輸管道在施工建設中，難免會遇到山谷、河流等自然障礙，勢必增加管道工程施工的難度和復雜性，特別是在河流比較深的地勢，多采用雙塔懸索跨越式工程。此種結構形式可以保證工程質量，但結構比較復雜，尤其是結構的安裝施工頗具難度。基于此，結合大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項目，從主塔固結、塔頂貓道錨固處理、循環牽引繩布置、主索架設、纜索吊機安裝、索夾吊索安裝、主梁安裝、風纜錨固安裝幾個方面分析了管道懸索跨越工程的上部結構安裝施工方法，有效減少了高空作業量，保證了施工的安全性及施工質量，以期對同類工程施工建設有一定的參考和借鑒。

關鍵詞：懸索;上部結構;施工分析

中圖分類號： U443.38文獻標志碼：A

文章編號：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，長輸管道工程施工項目比較多，在具體施工中經常遇到地勢陡峭的峽谷、深度較大的河流，傳統開挖埋設施工方法無法滿足實際地形地貌的需求。此時，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，具有非常廣泛的實用性。但此種工程上部結構非常復雜，施工難度比較大，施工工藝多變，技術含量比較高[1]。如：循環索設計安裝、管道的發送、懸索的調整等都是施工的重難點，需要采用先進、適宜的施工工藝，才能保證各項施工任務高效、安全的完成。基于此，以大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項目為例，分析、制定了適合工程特性的施工方案，取得了良好效果。希望對我國長輸燃氣管道工程建設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，途經花垣縣、保靖縣、古丈縣和永順縣，線路全長約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。本工程管道設計壓力6.3 MPa，管徑為 D323.9 mm，鋼級為L360M，設計輸量

2.15×108 Nm3/a。全線設站場3座，分別為保靖分輸站、永順分輸站及青坪末站，設閥室5座，均為監控閥室。

白溪跨越工程主跨280 m，水平長度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，跨越工程設計功能為天然氣管道過江通道，天然氣管道設計壓力為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 上部結構安裝施工要點及施工總體方案分析

2.1 上部結構安裝施工要點分析

本工程的跨越結構為典型雙塔一跨懸索跨越式結構，其中塔架的高度為32 m，根開8 m，頂部寬度為2 m，主跨的總長度為280 m，橋面總寬度為2 m，在兩岸分別設置了一座鋼塔架，為四柱鋼管塔架。主肢為Φ508×20-Q345B無縫鋼管，橫桿、斜腹桿材質均為Q325B無縫鋼管。塔架頂部設置檢修平臺，一側設有鋼爬梯。塔腳與橋墩采用預埋錨栓連接[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，風索矢跨比也是1/10，每根吊桿之間的距離為5 m。抗風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際需求。主纜為Φ5 mm平行鋼絲索，為保證主纜的強度和抗荷載力，主索由163根直徑為5 mm鍍鋅高強度鋼絲制作而成，其抗拉強度在1 670 MPa以上，強度的安全系數超過2.50，為保證主纜質量，在工廠預制成型。風索則由85根直徑為5 mm的鍍鋅高強度鋼絲組成，外側為2層PE防腐，其強度安全系數超過2.50，也在工廠預制而成[3]。

2.2 上部結構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目總體設計要求，為保證工程項目保質保量的完成，主索安裝采用貓道施工方案。貓道的鋼絲繩架設時采用了船舶拖拉方式[4]。在主索架設時采用了循環繩牽引架設的方法。索夾、吊索、鋼梁等結構安裝中，采用了纜載吊機吊運就位的方法。

3 雙塔懸索跨越工程的上部結構安裝施工

3.1 主塔固結

底節塔架安裝時，在吊機未摘鉤前，測量調整塔架垂直度滿足要求后安裝臨時固結，采用雙20a槽鋼焊接成鋼盒子與鉸支座焊接[5]。每個支座4根，每塔8根，全橋16根。臨時固結能夠保證主塔架拼裝過程安全，但克服不了主索架設過程產生的不平衡水平力，還需要進一步加固主塔架以保證主索架設安全。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長度8 230 mm鋼管作為支撐柱。每塔4根，全橋8根[6]。主索架設完成后，調整空纜線形之前需要拆除支座的臨時固結及塔柱架的支撐結構，保證塔架預偏量和空纜線形與設計圖紙及監控數據一致。

3.2 塔頂貓道錨固處理

塔頂貓道錨固處理的結構如圖2所示：

在進行塔頂貓道錨固處理過程中，為最大限度保證施工質量和安全性，需要嚴格控制鋼絲繩和平臺之間的關系，嚴禁把貓道鋼絲繩直接壓在平臺上方。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，避免發生鋼絲繩主塔移動。

3.3 循環牽引繩布置

在本工程施工中，貓道鋼絲繩為三段連續，采用船舶拖運方式架設：5 t卷揚機布置在錨碇上方，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，連接另一側過塔的Φ18鋼絲繩，翻過塔頂后，拉至錨碇錨固。循環牽引繩布置時，必須嚴格遵循以下原則：循環牽引系統鋼絲繩形成環形閉合牽引系統，鋼絲繩布置與橋軸線重合，卷揚機布置在東岸錨碇頂面，西岸錨碇頂面布置轉向滑車[7]。

3.4 主索架設

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鍍鋅高強鋼絲組成，外擠雙層 PE 防腐。架設順序為：先進行西側邊跨架設施工，然后進行東側邊跨架設施工，最后進行中跨架設施工[8]。當主塔固結和支撐完成，錨碇錨固座安裝完成后，開始架設下游西岸邊跨主索、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。

主索調整采用絕對高程法測量，測量由于人員無法到位，采用天頂距方法采集數據控制。測量控制方法如下：

首先，沿大堤設立2個控制點（即置鏡點），精密測量其坐標及高程（XA、YA、ZA）。控制點設立應注意∠A≥450°。

其次，測量原理，設定待測點理論值為（XO、YO、ZO），如圖3所示，根據（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點至A的高度差：△hOA =ZO-ZA。

最后，測量實施，置站A和B點（置鏡2點的目的是為了校核，提高精度）。以A點為例詳述操作過程如下：

置鏡A點，后視原有控制點，撥水平角

∠A=arctg [（XO-XA）/（YO-YA）]，

調節水平制動，對準待測的鋼絲繩，讀出豎直角β，則OA兩點的高度差為hOA=tg β×[（XO-XA）2+（YO-

YA）2] 1/2，O點標高為：HO=HA+IA+△hOA。（其中：HA為置鏡點高程，IA為儀器高。）

HO與設計標高進行校對并調整，直至達到設計要求。

3.5 纜索吊機安裝

纜索吊機是安裝索夾、吊索和鋼梁架設的主要設備，纜索吊機最大吊裝重量3 t，承重索采用2-Φ24鋼絲繩，循環牽引鋼絲繩和起重鋼絲繩采用Φ22。纜索吊機主橫梁采用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，為保證纜索吊裝質量，還要在四周布設鋼絲網作為防護，避免發生安全事故。在具體起重過程中，整個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與纜索吊機一起行走。

3.6 索夾安裝

3.6.1索夾放樣

主索和風纜在工廠制作時必須按照監控要求進行索夾位置放樣并明確做好標志。測量采用標定過的長鋼尺，索夾放樣調整：溫度修正、彈性伸長量修正。

根據監控提供的索夾位置及索夾在不同的索溫條件下的參數修正值，采用全站儀進行放樣，先放出初樣，并找出中心點，然后在主纜頂精確放樣并做好標記。把索夾安裝位置在主纜上作出標記。索夾安裝在空纜狀態時進行放樣和安裝的，根據每個索夾夾角不同在主索頂放樣偏移量。索夾安裝時放樣測量如圖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，索夾測量放樣時應盡可能一次將全跨放樣完成，并進行誤差調整。索夾放樣完成后，再對每一個索夾放樣點進行復核。

3.6.3 索夾安裝

安裝順序：從跨中開始向主塔方向安裝，通過施工貓道運到跨中待安裝位置，根據索夾位置按設計要求剝除PE，安裝索夾，做好防腐。

3.6.4 索夾螺桿軸力導入

索夾分上下兩半，通過強度等級為10.9級

M20×100摩擦型高強螺栓將其緊固起來。

1）螺桿安裝及緊固：使用液壓拉伸器對索夾螺桿施加軸力，軸力導入過程中注意防止主纜索股鋼絲夾進索夾兩側企口縫內。拉伸器導入軸力至預定拉力，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定的順序，中間向兩邊、對稱進行。

2）索夾螺栓軸力控制：索夾螺桿應分次進行預緊，螺桿第一輪緊固力控制在設計緊固力的100%，然后按順序重復緊固直至所有索夾螺桿軸力滿足設計要求。隨時監控、檢查，發現軸力下降值超過設計值的30%時，應及時補足螺桿緊固力。索夾螺栓軸力情況分3個階段進行檢查、緊固。

3.7 吊索安裝

本工程選擇的吊索型號為PES5-13，上下均為叉耳分別與索夾、主梁銷接。吊索安裝分為長吊索和短吊索，采用人工在貓道上運輸直接安裝。每個編號索夾上的吊索長度不同，用倒鏈滑車對號入座安裝。具體現場安裝如圖5所示。

3.8 鋼梁架設

橋面寬2 m，采用桁架形式鋼梁，桁架層間距為40 cm，兩吊點之間還要合理設置榀桁架，以保證施工質量和安全性，本工程鋼梁結構如圖6所示。

3.9 風纜錨固及張拉

風纜下放采用分級保險逐段下放的方式實施，下放順序從跨中向兩端，利用循環牽引鋼絲繩在橋面欄桿外側頂部安裝轉向滑車，起動循環卷揚機使風纜脫離尼龍輪[10]。人工橫向推出橫梁端部，啟動卷揚機下放，風纜下放全部完成后，啟動西岸滑車組將錨頭牽引至風錨墩拉桿處，安裝錨固系統，解除滑車組，安裝頂架、連接桿、千斤頂，根據監控指令進行鎖定調整。

4 結語

綜上所述，本文結合工程實例，分析了管道懸索跨越工程的上部結構安裝施工過程，結果表明：針對大湘西天然氣管道支干線白溪懸索跨越項目跨度大、施工難度大、地形地貌復雜、地理條件差等工程特性，采用了主塔臨時固結、船舶拖運先導索過江、貓道輔助架設主纜、纜載吊機吊運安裝索夾吊索及鋼梁、梁外側托運下放安裝風纜等施工方法。此種施工方法，有效減少了高空作業量，保證了施工的安全性，也在一定程度減輕了勞動強度，保證了工程質量，值得類似工程項目推廣應用。

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