梁底狹窄空間廢棄輸油管道拆除施工技術(shù)

張娜

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

2011 年7 月1 日起施行的《公路安全保護(hù)條例》規(guī)定，禁止利用公路橋梁（含橋下空間）、公路隧道、涵洞堆放物品，搭建設(shè)施以及鋪設(shè)高壓電線和輸送易燃、易爆或者其他有毒有害氣體、液體的管道。而建設(shè)時(shí)期早于條例發(fā)布時(shí)間的勝利黃河大橋兼具人車通行和架設(shè)輸油管道的雙重職能，雖在條例發(fā)布后已停止管道輸送原油，但橋下的輸油管路遲遲沒有移除，輸油管線的拆除工藝隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷提高，但依附于橋梁復(fù)雜環(huán)境下的屬于管線拆除缺少指導(dǎo)性施工方案，鑒于此，本文以勝利黃河大橋梁底輸油管道拆除為背景，詳細(xì)闡述管道殘留易燃物的清除，橋下施工平臺(tái)設(shè)置等，進(jìn)行橋梁復(fù)雜條件下輸油管道拆除施工技術(shù)研究。

1 工程概況

勝利黃河大橋是我國修建的第一座鋼斜拉橋，大橋全長2817m，由主橋及南北引橋組成，橋梁寬度為19.5m。主橋?yàn)殡p塔雙索面鋼斜拉橋，橋長682m，孔跨布置為（60.5+136.5+288+136.5+60.5）m，截面型式為雙邊鋼箱，使用鋼橫梁相連，鋼箱梁之間對稱掛設(shè)四條輸油管線，輸油管道沿主橋縱橋向通長布置，在連接墩處過渡至地下。管線采用φ529×8mm 鋼管，外側(cè)為φ630×3mm 的套管，中間填充40mm 厚的聚氨酯泡沫塑料保溫層，每條管線設(shè)置6 處π 形膨脹彎，2 個(gè)固定支座，全橋共有φ529×8mm 彎頭128 個(gè)，φ630×3mm 彎頭128 個(gè)，導(dǎo)向支座152 個(gè)，固定支座8 個(gè)。

2 工程難點(diǎn)

（1）輸油管道內(nèi)殘留風(fēng)干原油及油氣混合物等易燃易爆危險(xiǎn)品，若處理不當(dāng)不僅會(huì)污染黃河，還有極高的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）每條輸油管道有6 個(gè)膨脹彎結(jié)構(gòu)，拆解時(shí)難以牽引出鋼梁進(jìn)行割除。

（3）主橋橫跨黃河，主梁下施工空間狹小，管道與管道間距僅為20cm，外側(cè)管道距離鋼箱80cm，施工空間不足2m 高，且無支架搭設(shè)條件。

（4）主橋鋼梁存在銹蝕、焊縫開裂等多種病害，油管質(zhì)量大，在拆除牽引過程中，若處理方式不當(dāng)易對之橋鋼梁造成損傷。

3 油管拆除施工工藝

3.1 蒸汽醒油清掃

在油管拆除前，通過蒸汽醒油將管道內(nèi)的原有風(fēng)干原油軟化，不再吸附在管道內(nèi)壁上，將一部分殘油排出油管，并將一部分危險(xiǎn)氣體排出。

蒸汽入口端安裝法蘭堵板，上部開孔連接蒸汽發(fā)生器；出口端安裝法蘭堵板，在端頭上部開孔并聯(lián)蒸汽截止閥和蒸汽疏水閥，接至廢水收集桶，堵板下部開疏油口連接至儲(chǔ)油罐。

（1）暖管：將蒸汽車產(chǎn)生的高溫蒸汽通入油管內(nèi)，油管內(nèi)緩慢升壓至0.3MPa～0.5MPa，油管預(yù)熱溫度緩慢升高。

（2）醒油：當(dāng)溫度升至150℃左右且吹掃管線首端和末端溫度相近時(shí)，蒸汽流量控制在4m/h，管內(nèi)持壓0.3MPa～0.5MPa，進(jìn)行醒油24h，每隔2h 打開排油孔查看醒油情況。

（3）排油：醒油完成后，打開排油閥進(jìn)行排油，污油排放至儲(chǔ)油罐臨時(shí)儲(chǔ)存，之后抽至油罐車外運(yùn)至專業(yè)處理廠進(jìn)行集中無害化處理。

3.2 氮?dú)馔ㄇ?/h3>

油管內(nèi)蒸汽醒油清掃，再通過氮?dú)馔ㄇ虻姆椒蓪⒐艿纼?nèi)的殘留原油推出管道，也能將管道內(nèi)的易燃易爆氣體置換為更為穩(wěn)定的氮?dú)狻?/p>

（1）在油管起始端和終端管口分別安裝發(fā)球筒和收球筒。

（2）打開發(fā)球筒上的放氣閥將發(fā)球混凝土內(nèi)泄壓至零。打開盲板，把清管器送入球筒底部大小頭處。

（3）關(guān)閉盲板，安裝保險(xiǎn)裝置。關(guān)閉收、發(fā)球筒上的放氣閥，并打開收球筒上的排污閥。

（4）將高壓氮?dú)馔ㄈ氚l(fā)球筒，清管球在壓力作用下，由發(fā)球端緩慢向收球端移動(dòng)，并將管壁上的殘油刮下、推至收球端的儲(chǔ)油罐內(nèi)。

（5）根據(jù)收球端的清管球磨損情況及排污效果，進(jìn)行多次通球清掃，直至排污口無水排出及雜物堆積即為清掃合格。

3.3 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.3.1 油管切割平臺(tái)

根據(jù)梁底原有檢修通道，在膨脹彎及直線段管道周邊使用鋼制腳手板鋪設(shè)施工平臺(tái)，如圖1 所示。

圖1 油管切割平臺(tái)

3.3.2 移動(dòng)運(yùn)輸平臺(tái)

結(jié)合原有梁底檢修小車軌道，設(shè)計(jì)一種移動(dòng)式施工平臺(tái)（圖2），懸掛在軌道上可移動(dòng)至鋼梁下任意位置，施工平臺(tái)采用[20 槽鋼作為主梁，∠50×5mm 角鋼連接為整體，其上滿鋪5mm 花紋鋼板，吊掛在檢修小車的運(yùn)行軌道上，工作平臺(tái)自重12t，人員、機(jī)械荷載8t，按照恒載系數(shù)1.3，活載系數(shù)1.5 組合后，對施工平臺(tái)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，施工平臺(tái)能滿足安全施工要求，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

圖2 施工平臺(tái)

表1 移動(dòng)平臺(tái)主要構(gòu)件應(yīng)力及變形

分別對施工平臺(tái)工字鋼、吊點(diǎn)、I20a 工字鋼軌道受力、軌道與吊架之間焊縫受力、吊架的受力進(jìn)行驗(yàn)算后，針對性的對軌道工字鋼焊縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并加焊三角加勁板，增強(qiáng)軌道的承載能力。

3.4 油管切割

3.4.1 膨脹彎切割倒運(yùn)

整體油管在膨脹彎處切割，將油管分割為7 個(gè)直線單元，再將直線段油管牽引移除。

（1）切割前用倒鏈及抱箍將欲切割的膨脹彎懸掛于主梁橫肋上，在其下方平臺(tái)鋪隔油層和油氈。

（2）將外保護(hù)層割開后，清理夾層中的泡沫塑料保溫層，露出內(nèi)層油管，安裝柔性軌道，然后安裝水刀切割機(jī)（圖3），調(diào)整垂直調(diào)節(jié)軸，將噴嘴軸線調(diào)至與切割平面重合。當(dāng)切割機(jī)繞管道一周后，完成管道切割，并用可燃?xì)怏w檢測儀進(jìn)行檢測。

圖3 水刀切割

（3）水切割將膨脹彎的兩端切開后，清理管內(nèi)油污及時(shí)用設(shè)備檢測是否存在有毒氣體。清理檢測完成后，分段下放至移動(dòng)施工平臺(tái)上，利用滑車橫向移動(dòng)至橋梁外側(cè)，橋面橋車吊運(yùn)至橋面統(tǒng)一外運(yùn)至存放場地。

3.4.2 直線段切割、拖拽

（1）電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)選擇。

在主橋兩端連接墩各設(shè)置1 臺(tái)10t 卷揚(yáng)機(jī)用于縱向牽引，拖拽管線最長148m，重量22.1t，牽引力=重力×摩擦系數(shù)（0.2）=4.42t<10t。

（2）鋼絲繩選用。

鋼絲繩為6×37+1-15mm，選取其公稱抗拉強(qiáng)度為1770N/mm：鋼絲繩的破斷力為14.5t，其單股可吊裝重量為14.5t＞4.42t，符合要求。

（3）管道下方利用原有托架每6m 安設(shè)一道滾輪支架，減少摩擦力，便于管道滑移。

（4）用角磨機(jī)切除管道下方連接支座，管道端頭加裝導(dǎo)向裝置，并用高強(qiáng)螺栓固定；牽引鋼絲繩沿安設(shè)的導(dǎo)向架至管道端頭，利用10t 卷揚(yáng)機(jī)分別將直管段沿縱向牽引至共用墩，每10m 進(jìn)行一次切割，并使用汽車吊配合運(yùn)輸車將油管吊裝運(yùn)輸?shù)街付ù娣艆^(qū)域。

3.5 拆除期間主橋受力驗(yàn)算

3.5.1 拖拽力計(jì)算

拖拽管線最長148m，重量22.1t，牽引力4.42t。雖為對稱拖拽，但考慮瞬時(shí)的不平衡力，并考慮1.5 倍安全系數(shù)，水平力按6.63t 計(jì)算。

3.5.2 拉索驗(yàn)算

受縱向不平衡力影響，拉索應(yīng)力不再對稱，經(jīng)驗(yàn)算拉索最大應(yīng)力352MPa，遠(yuǎn)小于其標(biāo)準(zhǔn)值1600MPa，安全系數(shù)4.5。

3.5.3 主梁驗(yàn)算

主橋?yàn)榘肫◇w系，油管拖拽施工對全橋主梁的應(yīng)力影響較為均勻。經(jīng)驗(yàn)算，鋼梁上緣最大壓應(yīng)力-42.6MPa，出現(xiàn)在輔助跨跨中和橋塔附近，最大拉應(yīng)力17.0MPa，出現(xiàn)在輔助墩墩頂和跨中尾索附近；鋼梁下緣最大拉應(yīng)力74.7MPa，出現(xiàn)在輔助跨跨中，最大壓應(yīng)力45.1MPa，出現(xiàn)在索區(qū)。

主梁的最大拉應(yīng)力均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值210MPa（12mm 厚鋼板）或200MPa（20mm 厚鋼板）。具有足夠的安全富裕度。

下塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，油管拖拽時(shí)彎矩和軸力分別為12521kN·m 和32665kN。經(jīng)驗(yàn)算，作為壓彎構(gòu)件，底面抗力為75400kN，安全系數(shù)為2.3。

3.5.4 變形計(jì)算

油管拖拽過程中，主梁最大縱向變形為3mm，遠(yuǎn)小于伸縮縫容許變形量。塔頂最大水平位移為3mm，遠(yuǎn)小于活載作用下的容許變形量，具有足夠安全度。圖4 為油管拖拽施工時(shí)橋梁變形。

圖4 油管拖拽施工時(shí)橋梁變形

4 結(jié)語

勝利黃河大橋歷經(jīng)30d 將全橋4 條輸油管線共計(jì)3340m 安全無害化拆除，通過蒸汽醒油，確保廢舊管道內(nèi)殘油得到軟化；通過氮?dú)馔ㄇ蚯鍜?，確保管道內(nèi)無殘留原油；通過水刀切割、分段拖拽，確保了施工順利進(jìn)行及施工質(zhì)量得到保證。本文闡述的安全、綠色無害化油管拆除施工工藝，為后續(xù)橋梁外掛管線拆除提供經(jīng)驗(yàn)。