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 3程 夢 鵬(中國石油天然氣管道工程)陳文國程夢鵬 :忠武輸氣管道跨越工程設(shè)計(jì)特點(diǎn) ,油氣儲運(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 號和黃水湖 2 號跨越宜采 用桁架跨越結(jié)構(gòu) 。針對這 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 號黃水湖 2 號 馬水河 野三河木龍河 螞蝗溪 大溪溝桁架桁架 塔架式懸索 無塔架式懸索塔架式懸索 無塔架式懸索 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 湖北省長陽縣 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 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 ,岸坡 陡峭 。管道屢次通過深溝峽谷 , 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 。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 ,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程中值的變化 ,從而解決了從定性到定量的認(rèn)識問題 。(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明了這一點(diǎn) 。(4) 在求解管外土壤溫度場時(shí) ,將傳統(tǒng)的半無限 大土壤區(qū)域簡化為有界矩形區(qū)域 ,從而簡化了數(shù)值 計(jì)算過程 ,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)張國忠 : 管道瞬變流動分析. 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 ; : ( 0316) 2074381 。線路工程22 油氣儲運(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橋塔支撐斜

5、向拉 著管橋的一種結(jié)構(gòu)形式 ,一般對稱布置 ,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 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 號和黃 水湖 2 號跨越單跨長度均在 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 勢的 自然 高 差 , 減 少 主索 長 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 取無塔架式懸索跨越 ( 見圖 4 ) ,

8、這種跨越形式充分 利用了山勢的自然高差 ,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 ,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的 150 m 增至 200 m ; 野三 河跨越主索跨度將由原來的 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 號和 2 號實(shí)際跨越單跨長度僅為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)簡單 ,受力明確 ,而且施工方便 ,投第 24 卷第 7 期23 陳文國等 :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 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 ?，F(xiàn)場防腐本錢 。(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) 場進(jìn)行 ,張拉場地必須是能夠滿足張拉長度的平坦 場地 ,張拉過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)場后 ,可以直接按照設(shè)計(jì)進(jìn)行 安裝 ,不需對索進(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 ,延長了管道的 使用壽命 。(2) 防腐性能好 。目前 ,國內(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 ,無需再進(jìn)行現(xiàn)場拉索防 腐 ,不僅防腐質(zhì)量可靠 ,而且簡單易行 ,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 ,減少了主索長度 。(2) 根據(jù)河谷兩岸的地形特點(diǎn) ,采取

14、設(shè)塔架或無塔架式跨越形式 ,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)有滾動支座 ,方便了橋面結(jié)構(gòu)和跨越管 道的現(xiàn)場發(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?油氣儲運(yùn)?合訂本 19821995 年 (雙月刊) 45 元 /冊?油氣儲運(yùn)?合訂本 19962004 年 (月刊) 100 元 /冊?國外油氣儲運(yùn)?合訂本 198

15、61995 年 (雙月刊)45 元 /冊 ?油氣儲運(yùn)?雜志社第 24 卷第 7 期61 油 氣 儲 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、從事地下儲氣數(shù)值模擬及優(yōu)化分 析 、城市煤氣負(fù)荷預(yù)測和控制等研究工作 。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) 油氣儲運(yùn)專業(yè) ,獲碩士學(xué)位 ?，F(xiàn)在中國石油管道分公司管道科技研究中心儲運(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 氣儲運(yùn)專業(yè)攻讀博士學(xué)位 。高級工程師 ,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與微波技術(shù)專業(yè) ,現(xiàn)在中 石化集團(tuán)管道儲運(yùn)公司南京輸油處從事長輸管道 SCADA 系統(tǒng)的編程維護(hù)工作 。高級工程師 ,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 ,主要從事煉油技術(shù)及油品儲運(yùn)方面的 教學(xué)與科研工作 。工程師 ,1955 年生 ,1988 年畢業(yè)于原中國石油天然氣管道局職工學(xué)院儀表自動

18、化專業(yè) ,現(xiàn)任中國石 油管道公司沈陽輸油分公司生產(chǎn)科科長 。工程師 ,1966 年生 ,1988 年畢業(yè)于原中國石油天然氣管道局職工學(xué)院自動化儀表專業(yè) ,現(xiàn)在中石化 管道儲運(yùn)分公司濰坊輸油處東營首站從事原油運(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) 油氣儲運(yùn)專業(yè) ,現(xiàn)在新疆油田油氣儲運(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)?？茖W(xué)校焊接專業(yè)