忠武輸氣管道跨越工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、忠武輸氣管道跨越工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)陳 文 國(guó) 3程 夢(mèng) 鵬(中國(guó)石油天然氣管道工程)陳文國(guó)程夢(mèng)鵬 :忠武輸氣管道跨越工程設(shè)計(jì)特點(diǎn) ,油氣儲(chǔ)運(yùn) ,2005 ,24 (7) 2123 。摘 要 介紹了忠武輸氣管道干線渝東及鄂西山區(qū)的地形特點(diǎn) ,通過(guò)比選確定了木龍河 、馬水 河 、螞蝗溪 、野三河跨越宜采用大 、中型懸索跨越結(jié)構(gòu) ;大溪溝 、黃水湖 1 號(hào)和黃水湖 2 號(hào)跨越宜采 用桁架跨越結(jié)構(gòu) 。針對(duì)這 7 處跨越設(shè)計(jì) ,從結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、橋面結(jié)構(gòu)和跨越主索的選材等方面進(jìn)行了優(yōu) 選與改良 。主題詞輸氣管道跨越設(shè)計(jì)桁架懸索特點(diǎn)表 1 忠武輸氣管道跨越形式跨度( m)一 、忠武輸氣管道跨越工程概況跨越地名跨越形

2、式跨越位置黃水湖 1 號(hào)黃水湖 2 號(hào) 馬水河 野三河木龍河 螞蝗溪 大溪溝桁架桁架 塔架式懸索 無(wú)塔架式懸索塔架式懸索 無(wú)塔架式懸索 桁架656520010020015080重慶市石柱縣重慶市石柱縣 湖北省恩施市 湖北省建始縣湖北省巴東縣 湖北省長(zhǎng)陽(yáng)縣 湖北省宜都縣忠武輸氣管道 (忠縣 武漢) 干線渝東及鄂西山區(qū)管道全長(zhǎng) 410 k m ,山體根本走向與管道干線線路 呈大角度斜交 ,山體地形破碎 ,溝壑縱橫交錯(cuò) ,岸坡 陡峭 。管道屢次通過(guò)深溝峽谷 , 由于河谷多呈“V 字形或“U 字形 ,河床與河岸高差為 80130 m ,因 此管道不宜采用穿越方式通過(guò) 。根據(jù)忠武輸氣管道 干線山區(qū)地形情

3、況 ,確定木龍河 、馬水河 、螞蝗溪 、野 三河 、大溪溝及黃水湖采取跨越形式通過(guò) ,其位置和 跨越形式見表 1 。二 、忠武輸氣管道跨越形式優(yōu)選目前單跨百米的管道跨越結(jié)構(gòu)形式分為斜拉管道瞬變過(guò)程中值的變化 ,從而解決了從定性到定量的認(rèn)識(shí)問題 。(3) 在熱油管道的實(shí)際運(yùn)行中 ,輸量和出站溫度 是不穩(wěn)定的 ,并且兩者的變化幅度及變化方向也是 不定的 ,這種綜合的影響能及時(shí)地表達(dá)在運(yùn)行參數(shù) 的變化上 (進(jìn)站溫度和總傳熱系數(shù)) ,給出的算例很好地說(shuō)明了這一點(diǎn) 。(4) 在求解管外土壤溫度場(chǎng)時(shí) ,將傳統(tǒng)的半無(wú)限 大土壤區(qū)域簡(jiǎn)化為有界矩形區(qū)域 ,從而簡(jiǎn)化了數(shù)值 計(jì)算過(guò)程 ,為埋地?zé)嵊凸艿婪欠€(wěn)態(tài)問題提供

4、了一種行之有效的解決方法 。參 考 文 獻(xiàn)張國(guó)忠 : 管道瞬變流動(dòng)分析. 石油大學(xué)出版社 ( 山東) ,1994 。 羅塘湖 ( 譯) :原油和油品管道的熱力與水力計(jì)算 ,石油工業(yè)出版 社 ( 北京) ,1986 ?？紫橹t : 有限單元法在傳熱學(xué)中的應(yīng)用 ( 第三版) , 科學(xué)出版社( 北京) ,1998 。1 ,2 ,3 ,( 收稿日期 :2004209221)編輯 :孟凡強(qiáng)3 065000 ,河北省廊坊市金光道 22 號(hào) ; : ( 0316) 2074381 。線路工程22 油氣儲(chǔ)運(yùn)2005 年索 、懸索 、斜拉索與懸索相結(jié)合三種 。1 、 斜拉索管橋斜拉索管橋是利用鋼絲繩通過(guò)橋塔支撐斜

5、向拉 著管橋的一種結(jié)構(gòu)形式 ,一般對(duì)稱布置 ,利用管道自 身平衡拉索的拉力 ,不需要主索錨固墩 ,減少根底混 凝土用量 ,適用于兩岸較為平坦 、河寬 、水深以及航道上需要較高凈空的情況 。該干線線路如果采用斜 拉索跨越 , 需在山谷中間建立 100 m 高的橋塔 , 在 河谷兩岸坡上設(shè)橋塔 ,其施工難度較大 ,施工工期無(wú) 法保證 。如果采用 斜拉 索與 懸 索相 結(jié)合 的管 橋 形 式 ,也存在同樣的問題 。2 、 懸索跨越懸索跨越形式受力簡(jiǎn)潔明確 ,結(jié)構(gòu)靈活 。該管 道跨越可以采取設(shè)塔架托起主索形式 ,或在兩岸構(gòu) 筑小型短巷道 ,使管道敷設(shè)高度降低后再與跨越連 接 ,這樣可以直接在兩岸岸邊的

6、穩(wěn)定地層內(nèi)設(shè)一矮塔 (甚至不設(shè)塔架) 將主索錨固于錨固墩上 ,從而減 少大量的工程量 ,避開深溝峽谷水流對(duì)修建管墩的 影響 ,將上下起伏變化大的不利地形條件變?yōu)橛欣?條件 。綜上所述 ,根據(jù)忠武輸氣管道工程跨越處的地形特點(diǎn) ,結(jié)合山區(qū)跨 越管 道 設(shè)計(jì) 的經(jīng) 驗(yàn) , 加之 木 龍 河 、馬水河 、螞蝗溪 、野三河跨越各單跨長(zhǎng)度均大于100 m ,且岸坡高差均在 100 m 以上情況 ,較適宜采 用大 、中型懸索跨越結(jié)構(gòu) 。大溪溝 、黃水湖 1 號(hào)和黃 水湖 2 號(hào)跨越單跨長(zhǎng)度均在 80 m 以下 ,而且岸坡高差均在 20 m 以內(nèi) ,可采用桁架跨越結(jié)構(gòu) 。資少 。圖 2 大溪溝倒三角桁架跨越木

7、龍河和馬水河跨越處呈“U 字形河谷 , 岸坡 陡峭 ,但河床兩岸地形較平坦 、開闊 ,較宜采取塔架 式懸索跨越 ( 見圖 3) ,主索錨固墩設(shè)于兩岸地形較 高處 ,可以充分利用 山 勢(shì)的 自然 高 差 , 減 少 主索 長(zhǎng) 度 。將錨固墩根底嵌固于微風(fēng)化基巖中 ,使墩根底 和基巖成一整體 ,墩體體積減少 ,施工時(shí)可將施工索 錨固墩設(shè)在高處 , 以 便 跨越 各結(jié) 構(gòu)或 材 料的 運(yùn)輸 。 兩側(cè)塔架盡量靠近岸邊 ,兩側(cè)風(fēng)索錨固墩設(shè)于兩岸 陡崖 ,既降低了塔架高度 ,又減少了跨越長(zhǎng)度 。圖 3 木龍河塔架式跨越螞蝗溪和野三河跨越處呈“V 字形河谷 , 宜采 取無(wú)塔架式懸索跨越 ( 見圖 4 ) ,

8、這種跨越形式充分 利用了山勢(shì)的自然高差 ,可以不設(shè)塔架 ,將主索直接 錨固于錨固墩上 ,縮短了主索跨長(zhǎng) ,既減少了主索用 量 、縮小了錨固墩體積 ,又減少了工程投資 。假設(shè)將螞 蝗溪和野三河跨越改為塔架式懸索跨越 ,那么螞蝗溪 跨越主索跨度將由原來(lái)的 150 m 增至 200 m ; 野三 河跨越主索跨度將由原來(lái)的 100 m 增至 220 m ,工 程投資將增加 50 %100 % 。三 、忠武輸氣管道跨越工程特點(diǎn)1 、 跨越結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于黃水湖 1 號(hào)和 2 號(hào)實(shí)際跨越單跨長(zhǎng)度僅為65 m ,所以采用梯字形桁架跨越 (見圖 1) ,而大溪溝 實(shí)際跨越單跨長(zhǎng)度僅為 80 m ,采用倒三角桁架結(jié)

9、構(gòu) (見圖 2) 。圖 4 螞蝗溪無(wú)塔架式跨越2 、 橋面結(jié)構(gòu)的改良忠武輸氣管道跨越處多為“V 形或“U 形坡陡 溝深河谷 ,難以找到較寬敞的組裝焊接場(chǎng)地 ,不宜采 用將跨越管橋或管道組焊完成后整體吊裝或發(fā)送的圖 1 黃水湖 1 號(hào)梯字形桁架跨越黃水湖和大溪溝兩處水深均在 810 m 之間 ,中間不宜設(shè)根底或塔架 。設(shè)計(jì)采用梯形或倒三角形 桁架跨越 ,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,受力明確 ,而且施工方便 ,投第 24 卷第 7 期23 陳文國(guó)等 :忠武輸氣管道跨越工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)施工方案 。為此 ,對(duì)橋面結(jié)構(gòu)作了特殊的設(shè)計(jì) (見圖5) 。將橋面結(jié)構(gòu)按吊點(diǎn)間距設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)桁架 形式 ,用螺栓連接成整體橋面 ,

10、并在桁架中設(shè)有滾動(dòng) 支座 。這樣 ,既能使橋面結(jié)構(gòu)具有一定的剛度 、便于 現(xiàn)場(chǎng)按順序逐段吊裝 ,又便于管道順利發(fā)送與安裝 。 桁架兩側(cè)設(shè)有人行道 ,便于維修人員的操作 。現(xiàn)場(chǎng)防腐本錢 。(3) 施工精度高和施工工期短 。為了減少管橋 使用時(shí)鋼絲繩的徐變影響 ,掌握鋼絲繩的實(shí)際剛度 數(shù)值 ,必須按照規(guī)定的程序 ,對(duì)鋼絲繩實(shí)施予張拉工 作 ,并進(jìn)行丈量劃線和下料 ,以保證其能在較理想的 狀態(tài)下承受力 。張拉工作一般由安裝單位在施工現(xiàn) 場(chǎng)進(jìn)行 ,張拉場(chǎng)地必須是能夠滿足張拉長(zhǎng)度的平坦 場(chǎng)地 ,張拉過(guò)程中受人為操作和外界因素 (例如與土 的摩擦力 、大氣溫度變化等) 的影響 ,其準(zhǔn)確性就較 低 。而熱聚

11、乙烯鋼絲索采用先進(jìn)的工藝流程在工廠 內(nèi)生產(chǎn) ,成品索運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后 ,可以直接按照設(shè)計(jì)進(jìn)行 安裝 ,不需對(duì)索進(jìn)行張拉 、防腐 。由于索的制作與跨 越的其它工作可以同時(shí)進(jìn)行 ,因此大大縮短了工期 。(4) 工程投資較省 。就承重體系而言 ,影響投資 的原因有索系本身投資和索系防腐投資兩個(gè)方面 。同一懸索跨越 ,采用熱聚乙烯鋼絲索與采用熱縮膠聯(lián)輻射帶纏繞鋼絲繩作主索工程投資根本相當(dāng) ,而 采用進(jìn)口密閉鋼絲繩與熱聚乙烯鋼絲索相比 ,前者 工程投資是后者的 34 倍 。圖 5 橋面結(jié)構(gòu)示意圖3 、 跨越主索選材采用國(guó)產(chǎn)熱聚乙烯鋼絲索代替進(jìn)口鋼絲繩作跨 越主索 ,同進(jìn)口普通鋼絲繩 、密閉鋼絲繩相比 ,熱聚

12、乙烯鋼絲索具有以下優(yōu)點(diǎn) 。(1) 鋼索彈性模量較大 。懸索跨越的主索一般 采用普通鍍鋅鋼絲繩 ,這種鋼絲繩的彈性模量較小 ,約為 1 . 1 105 M Pa 。熱聚乙烯鋼絲索的彈性模量為 1 . 95 105 M Pa ,近似于鋼材 。采用熱聚乙烯鋼 絲索作為懸索管道跨越的主索 ,在相同應(yīng)力作用下 , 主索的變形僅為鋼絲繩的一半 ,使管橋使用時(shí)產(chǎn)生 較小的徐變影響 ,提高了管橋的整體剛度 ,在變荷載 作用下 ,管道及橋面變形小 ,破壞小 ,延長(zhǎng)了管道的 使用壽命 。(2) 防腐性能好 。目前 ,國(guó)內(nèi)跨越索系防腐有熱 擠聚乙烯護(hù)套和烤纏熱縮膠聯(lián)輻射帶兩種 。熱擠聚 乙烯護(hù)套主要用于剛性較大的索

13、 ,例如高強(qiáng)鋼絲束 、 密閉鋼絲繩 ;烤纏熱縮膠聯(lián)輻射帶適用于各類索的 防腐 , 例如普通鋼絲繩 、密閉鋼絲繩 、高強(qiáng)鋼絲束 。 另外 ,熱聚乙烯鋼絲索采用聚乙烯護(hù)套防腐 。聚乙 烯護(hù)套是通過(guò)塑料擠出機(jī)直接被覆于成束的裸索上 作為防護(hù)層 ,使得管橋主承載索具有多層防護(hù) (鍍鋅 鋼絲加雙層 P E 防護(hù)) 措施 ,無(wú)需再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉索防 腐 ,不僅防腐質(zhì)量可靠 ,而且簡(jiǎn)單易行 ,大大降低了四 、結(jié)論(1) 忠 武 輸 氣 管 道 跨 越 設(shè) 計(jì) 充 分 利 用 了 山 區(qū)“V形或“U 形河谷的地形特點(diǎn) , 將主索錨固墩設(shè) 在兩岸地形較高處 ,減少了主索長(zhǎng)度 。(2) 根據(jù)河谷兩岸的地形特點(diǎn) ,采取

14、設(shè)塔架或無(wú)塔架式跨越形式 ,將兩側(cè)風(fēng)索錨固墩設(shè)于兩岸陡崖 處 ,既可以降低塔架高度 、減少跨越長(zhǎng)度 ,又降低了 施工難度 ,降低了投資 。(3) 橋面結(jié)構(gòu)按吊點(diǎn)間距設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)桁架形式 , 在桁架中設(shè)有滾動(dòng)支座 ,方便了橋面結(jié)構(gòu)和跨越管 道的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送與安裝 ,提高了山區(qū)河谷跨越施工的 可操作性和平安性 。(4) 采用國(guó)產(chǎn)鋼絲索代替進(jìn)口鋼絲繩 ,減少了工 程投資 ,縮短了工期 。( 收稿日期 :2004211217)編輯 :呂 彥書訊?油氣儲(chǔ)運(yùn)?合訂本 19821995 年 (雙月刊) 45 元 /冊(cè)?油氣儲(chǔ)運(yùn)?合訂本 19962004 年 (月刊) 100 元 /冊(cè)?國(guó)外油氣儲(chǔ)運(yùn)?合訂本 198

15、61995 年 (雙月刊)45 元 /冊(cè) ?油氣儲(chǔ)運(yùn)?雜志社第 24 卷第 7 期61 油 氣 儲(chǔ) 運(yùn)作者介紹趙蕓1979 年生 ,2001 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院機(jī)械專業(yè) ,獲學(xué)士學(xué)位 ; 2005 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè) ,獲碩士學(xué)位 ,現(xiàn)在四川石油管理局地質(zhì)勘探開發(fā)研究院工作 。1979 年生 ,2005 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè) ,獲碩士學(xué)位 ,現(xiàn)在四川省成都市天然氣經(jīng)濟(jì) 研究所工作 。1979 年生 , 2002 年畢業(yè)于石油大學(xué) (山東) 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程系 ,現(xiàn)在石油大學(xué) (北京) 攻讀碩士學(xué)位 。 教授 ,1962 年生 ,哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士后 ,現(xiàn)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)

16、從事地下儲(chǔ)氣數(shù)值模擬及優(yōu)化分 析 、城市煤氣負(fù)荷預(yù)測(cè)和控制等研究工作 。1976 年生 ,2000 年畢業(yè)于石油大學(xué) ( 山東) 熱能工程專業(yè) ,獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位 ,2003 年畢業(yè)于石油大 學(xué) (北京) 油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè) ,獲碩士學(xué)位 。現(xiàn)在中國(guó)石油管道分公司管道科技研究中心儲(chǔ)運(yùn)工藝研究 所工作 。1978 年生 ,1999 年畢業(yè)于石油大學(xué) (山東) 化學(xué)工程專業(yè) ,獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位 ,現(xiàn)在石油大學(xué) (北京) 油 氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)攻讀博士學(xué)位 。高級(jí)工程師 ,1967 年生 ,1990 年畢業(yè)于西南交通大學(xué)航地系工程地質(zhì)和水文地質(zhì)專業(yè) ,現(xiàn)在中國(guó)石 油天然氣管道工程從事管道線路工程設(shè)計(jì)工作 。工程師 ,

17、1969 年生 ,1991 年畢業(yè)于華中理工大學(xué)電子與信息工程系電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè) ,現(xiàn)在中 石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司南京輸油處從事長(zhǎng)輸管道 SCADA 系統(tǒng)的編程維護(hù)工作 。高級(jí)工程師 ,1964 年生 ,1985 年畢業(yè)于天津大學(xué)腐蝕與防護(hù)專業(yè) ,現(xiàn)為天津大學(xué)材料學(xué)院在讀博士 生 。副教授 ,1965 年生 ,1989 年畢業(yè)于石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè) ,1997 年畢業(yè)于石油大學(xué) ( 北京) 有機(jī)化 工專業(yè) ,獲碩士學(xué)位 ?，F(xiàn)為茂名學(xué)院化學(xué)工程研究所副所長(zhǎng) ,主要從事煉油技術(shù)及油品儲(chǔ)運(yùn)方面的 教學(xué)與科研工作 。工程師 ,1955 年生 ,1988 年畢業(yè)于原中國(guó)石油天然氣管道局職工學(xué)院儀表自動(dòng)

18、化專業(yè) ,現(xiàn)任中國(guó)石 油管道公司沈陽(yáng)輸油分公司生產(chǎn)科科長(zhǎng) 。工程師 ,1966 年生 ,1988 年畢業(yè)于原中國(guó)石油天然氣管道局職工學(xué)院自動(dòng)化儀表專業(yè) ,現(xiàn)在中石化 管道儲(chǔ)運(yùn)分公司濰坊輸油處東營(yíng)首站從事原油運(yùn)銷計(jì)量管理工作 。副教授 ,1964 年生 ,2004 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣井工程專業(yè) ,獲博士學(xué)位 ,現(xiàn)在西南石油學(xué)院 從事計(jì)算數(shù)學(xué) 、油層保護(hù)及計(jì)算流體力學(xué)的研究工作 。工程師 ,1972 年生 ,1996 年畢業(yè)于石油大學(xué) (山東) 油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè) ,現(xiàn)在新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)公司從事 原油和天然氣的生產(chǎn)運(yùn)行管理工作 。工程師 ,1965 年生 ,1988 年畢業(yè)于河北省承德石油高等技術(shù)專科學(xué)校焊接專業(yè)