油氣輸送管道懸索跨越結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀態(tài)檢測與評估分析

李魯明，王武斌

(1．中石化川氣東送管道分公司，湖北武漢430063;2．西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

1 工程概況

野三河油氣輸送管道懸索跨越場地位于湖北省恩施市建始縣與巴東縣交界，318國道野三河大橋東側(cè)。跨越處為典型的“V”字型峽谷，野三河峽谷東北西南走向，溝谷深切，地形較復(fù)雜，跨越處山谷寬約200m，谷深達(dá)120m。野三河懸索橋主跨240m，兩側(cè)錨跨分別為58m(西北岸)和34m(東南岸)。全橋共兩根主纜，每根主纜由10根索股組成，整圓后外徑約為141mm，兩端分別錨固于主索錨碇上，每股由61根直徑為5.1mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。主塔29m，橋面寬4.5m。管道為雙管，直徑1 016mm，壁厚21mm。野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)全貌如圖1所示。

圖1 野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)全貌

輸氣管道主索、吊索、風(fēng)拉索采用德國產(chǎn)鋼絲繩。主索、風(fēng)拉索鋼絲抗拉強(qiáng)度為1 570MPa，吊索鋼絲抗拉強(qiáng)度為1 670MPa。主索錨固墩采用重力式混凝土錨固墩，管道支座為滾動支座。跨越結(jié)構(gòu)當(dāng)前恒載為輸氣管道及橋面附屬結(jié)構(gòu)的自重，活載為風(fēng)荷載及溫度荷載。

2 外觀檢查與結(jié)果分析

外觀檢查是為了從總體上全面了解懸索跨越結(jié)構(gòu)的損傷、病害等情況。主要采用人工目測和卷尺、直尺等一般常用工具進(jìn)行。對結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)施的所有構(gòu)件或部位進(jìn)行系統(tǒng)的檢查，記錄所有缺損的部位、范圍和程度。

(1)懸吊系統(tǒng)及抗風(fēng)系統(tǒng)。主纜外層保護(hù)層局部破損、鋼絞線外露銹蝕;主纜索股點(diǎn)狀、片狀漏漆，表面油漆嚴(yán)重霉變;錨具局部漏漆、銹蝕，銹蝕面積約占10%;剛性吊桿外涂層油漆老化開裂剝落、嚴(yán)重銹蝕，約30%吊索錨杯、銷釘銹蝕。

(2)主塔系統(tǒng)。主塔鋼管焊接點(diǎn)油漆剝落、鋼管焊接點(diǎn)銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重;主塔桿件表面油漆老化，塔底連接構(gòu)造發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。

(3)橋面系統(tǒng)。主梁梁體存在一定的銹蝕現(xiàn)象，支座及擋板油漆剝落、鋼材銹蝕嚴(yán)重;西北岸支座墊板出現(xiàn)翹起現(xiàn)象，主梁縱向伸縮移位痕跡明顯，伸縮量2～3mm。個別管道與滾軸出現(xiàn)個別或連續(xù)脫離現(xiàn)象。

(4)錨碇系統(tǒng)。錨室環(huán)境密閉，濕度較大，有3個錨室存在嚴(yán)重積水現(xiàn)象，積水深度約10cm;錨室頂板存在嚴(yán)重滲水現(xiàn)象，錨室封閉門存在裂紋，雨水通過裂縫進(jìn)入錨室，加快了錨室主纜索股霉變及銹蝕。

3 線形量測與結(jié)果分析

本次測量采用高精度全站儀自由設(shè)站法進(jìn)行觀測。以西北岸錨固墩為原點(diǎn)，平行于懸索跨越結(jié)構(gòu)縱軸線為X軸，垂直于跨越結(jié)構(gòu)方向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸，建立三維坐標(biāo)系。全站儀自由設(shè)站法又稱為邊角后方交會，這種交會法的原理是:在待定點(diǎn)安置全站儀，測出待定點(diǎn)到已知控制點(diǎn)之間的距離和角度，根據(jù)方向觀測值和邊長觀測值建立方向誤差方程式與邊長誤差方程式，然后按最小二乘原理計(jì)算待定點(diǎn)的坐標(biāo)。跨越結(jié)構(gòu)主纜線形監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 主纜實(shí)測線形與設(shè)計(jì)線形對比

主纜實(shí)測線形與設(shè)計(jì)線形結(jié)果對比得出，主纜上、下游側(cè)實(shí)測線形與設(shè)計(jì)線形較為一致，實(shí)測線形標(biāo)高較設(shè)計(jì)線形較高，最大高程相差10.1cm。

4 索力測試與結(jié)果分析

索力測試采用頻率法進(jìn)行索力測試。頻率法是依據(jù)索力與索的振動頻率之間存在對應(yīng)關(guān)系的特點(diǎn)，在已知索長度、兩端約束情況、分布質(zhì)量等參數(shù)時，將高靈敏度的拾振器綁在斜拉索上，拾取拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號，經(jīng)過濾波、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換和頻譜分析即可測出斜拉索的自振頻率，進(jìn)而由索力與拉索自振頻率之間的關(guān)系獲得索力，這是一種間接方法。現(xiàn)有儀器及分析手段，測定頻率精度可達(dá)到0.005Hz。

索的兩端為鉸支，則索力計(jì)算方程為:

式中:n為索自振頻率的階數(shù)(即拉索長度內(nèi)的半波個數(shù));fn為索的第n階自振頻率(s－1);l為拉索的自由或撓曲長度。

主纜索股內(nèi)力測試結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 西北岸主纜索股內(nèi)力分布

主纜索股內(nèi)力測試結(jié)果表明:西北岸上下游索股內(nèi)力較為均勻，最大差值為2.4kN;東南岸上下游索股內(nèi)力很均勻，大小基本相等。此外，東南岸以及西北岸索股上下游內(nèi)力總和差值在5%以內(nèi)，說明主纜受力處在一個較優(yōu)良的狀態(tài)。

圖4 東南岸主纜索股內(nèi)力分布

吊索內(nèi)力測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 上、下游側(cè)內(nèi)力分布

由吊索內(nèi)力實(shí)測結(jié)果對比可知:吊索內(nèi)力呈現(xiàn)中間小兩頭大的分布趨勢，吊索索力上下游最大相差為18.5kN，但上下游索力總和基本相等，上游索力略高于下游。

5 懸索跨越結(jié)構(gòu)綜合評定

5.1 漆膜老化評定

根據(jù)文獻(xiàn)[2］評價鋼結(jié)構(gòu)漆膜涂層的完好程度。鋼結(jié)構(gòu)漆膜涂層的老化評級內(nèi)容包括失光、變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落、長霉、斑點(diǎn)、泛金以及玷污等，分別評定為優(yōu)、良、中、差、劣六個等級。

5.2 鋼構(gòu)件銹蝕評價

根據(jù)文獻(xiàn)[2］評價鋼構(gòu)件的銹蝕情況。根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果對鋼構(gòu)件銹蝕狀況進(jìn)行等級評定，評定為未銹、微銹、中等銹蝕和嚴(yán)重銹蝕四個級別。其中，未銹定義為鋼材表面全部覆蓋氧化皮，幾乎沒有鐵銹;微銹定義為鋼材表面已發(fā)生銹蝕，且部分氧化皮已剝落;中等銹蝕定義為鋼材表面的氧化皮已因銹蝕而剝落或可以刮漆，且有少量點(diǎn)蝕;嚴(yán)重銹蝕定義為鋼材表面的氧化皮已因銹蝕全面剝落，已普遍發(fā)生點(diǎn)蝕。

5.3 綜合評價

[3］以及文獻(xiàn)[4］，對該懸索跨越結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)狀況評定。

懸索跨越結(jié)構(gòu)的總體技術(shù)狀況評分方法為:

式中:Dr為懸索跨越結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評分，值域?yàn)?～100分;WD、WSP、WSB為分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重。

結(jié)果表明:該懸索跨越結(jié)構(gòu)的綜合評定值Dr=55.62，綜合判定該懸索跨越結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評定等級為“四類”—“差的狀態(tài)”(表1)。

表1 懸索跨越結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評分結(jié)果

6 結(jié)束語

長輸油氣雙管道跨越結(jié)構(gòu)維修難度大，是管道管理的重點(diǎn)。除加強(qiáng)跨越結(jié)構(gòu)巡護(hù)外，定期開展跨越結(jié)構(gòu)力學(xué)檢測和安全評估尤為重要。通過本次檢測與評估，及時了解了野三河懸索跨越結(jié)構(gòu)在運(yùn)營期間其病害情況，評價了目前狀態(tài)下該懸索跨越結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況，為今后該橋的維修與加固提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]SY/T6068－2008油氣管道架空部分及其附屬設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程[S］