燃?xì)夤艿离S橋敷設(shè)安全措施總結(jié)

第一作者簡介：梁小林（1982-），男，工程師。研究方向?yàn)槿細(xì)庠O(shè)計。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.036

摘" 要：隨著社會的進(jìn)步，城市的發(fā)展，城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿啦豢杀苊獾匾ㄟ^河流等障礙物，通過的方式一般為跨越或穿越。穿越工程一般要求較高（穿越的位置、與橋梁的間距、管道預(yù)制場地、設(shè)備停放位置等），跨越工程一般采用隨橋敷設(shè)或管橋跨越等方式實(shí)施。如何安全、經(jīng)濟(jì)、合理地通過河流，必須通過綜合論證來確定實(shí)施方案，該文通過燃?xì)夤艿离S橋敷設(shè)實(shí)際案例進(jìn)行總結(jié)，分享相關(guān)經(jīng)驗(yàn)心得。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿溃豢缭剑浑S橋敷設(shè)；安全措施；管道防腐

中圖分類號：TU996.7" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0152-04

Abstract： With the progress of society and the development of cities， urban gas pipelines inevitably pass through obstacles such as rivers， and the way is generally crossing or crossing. The crossing project generally requires higher requirements （crossing position， distance between the bridge， pipeline prefabricated site， parking location of the equipment， etc.）， and the crossing project is generally carried out by laying with the bridge or crossing the pipe bridge. How to pass through the river safely， economically and reasonably， we must determine the implementation plan through comprehensive argumentation. This paper summarizes the actual cases of gas pipeline laying along the bridge and shares the relevant experience.

Keywords： gas pipeline; crossing; laying along the bridge; safety measures; pipeline anticorrosion

GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》明確燃?xì)夤艿劳ㄟ^河流時，可采用穿越河底或采用管橋跨越的形式。當(dāng)條件許可時，可利用道路橋梁跨越河流。燃?xì)夤艿离S橋梁敷設(shè)，采取安全防護(hù)措施包括但不限于如采用加厚的無縫鋼管或焊接鋼管；管道設(shè)置必要的補(bǔ)償和減振措施；對管道做較高等級的防腐保護(hù)等。

本文以燃?xì)夤艿揽缭綕h江隨橋敷設(shè)的實(shí)際案例進(jìn)行設(shè)計總結(jié)。項(xiàng)目為解決漢中市漢江以西地區(qū)天然氣主管網(wǎng)供氣不足的問題，需跨越漢江橋閘工程將漢江東西兩岸的天然氣主管網(wǎng)進(jìn)行連通。漢江橋閘工程是連接漢江東西兩岸的重要交通樞紐，大橋由長1 626 m的特大橋與774 m的攔河閘兩大部分組成。其中橋梁長1 100 m，由五跨（5×100 m）下承式鋼管砼系桿拱主橋和30孔20 m跨度的預(yù)應(yīng)力引橋組成。主橋?qū)?8.6 m，引橋?qū)?7 m。本項(xiàng)目借助漢江橋閘才能得以實(shí)施，實(shí)施后既可以解決民生保供問題，又保證不會對漢江橋閘的運(yùn)行造成影響。本項(xiàng)目的設(shè)計壓力為0.4 MPa，工作壓力為0.3～0.35 MPa，設(shè)計管徑為DN400。

1" 隨橋敷設(shè)方案的確定

一般在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐型ㄟ^障礙物的穿跨越方式為定向鉆穿越、開挖穿越、頂管穿越、管橋跨越或隨橋敷設(shè)5種方式[1]。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘選定連通管道的穿跨越位置，但是由于河流水面寬度、深度及河底土質(zhì)情況等問題，開挖穿越和頂管穿越的造價太高且施工難度非常大，基本需要首先排除掉。

由于東西兩岸均為住宅小區(qū)及濕地保護(hù)區(qū)，且從現(xiàn)場施工條件（無管道預(yù)制場地和鉆機(jī)設(shè)置場地）、環(huán)境保護(hù)、施工周期及用氣緊迫性等多方因素考慮，無法采用穿越施工，因此定向鉆穿越施工的可能性較小，只能尋求管橋跨越和隨橋敷設(shè)方式通過。

在漢江中設(shè)置獨(dú)立立柱支撐，造價太大，城燃企業(yè)根本無法承受，只能借助漢江橋閘進(jìn)行敷設(shè)。在GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》和CJJ 11—2011《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》中均是允許不大于0.4 MPa的城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿离S橋敷設(shè)。但是漢江橋閘是重要的水利設(shè)施，是否能夠借助漢江橋閘敷設(shè)管道，首先需要進(jìn)行可行性評估。評估機(jī)構(gòu)從橋梁的投運(yùn)年限及使用現(xiàn)狀、橋梁和橋閘已有結(jié)構(gòu)是否具備敷設(shè)燃?xì)夤艿赖臈l件、敷設(shè)燃?xì)夤艿篮髽蛄汉蜆蜷l荷載是否在容許范圍內(nèi)、敷設(shè)燃?xì)夤艿篮蟮陌踩L(fēng)險和其他因素影響（政府主管部門、交通部門及環(huán)保景觀等意見）等進(jìn)行了全面的評估。最終經(jīng)過政府主管部門牽頭和專家組論證，該方案達(dá)到了安全、經(jīng)濟(jì)、合理的目標(biāo)，同意借助漢江橋閘來跨越敷設(shè)管道，解決民生保供問題。

2" 設(shè)計采用的安全防護(hù)措施

項(xiàng)目從跨越位置、管材、壁厚、補(bǔ)償、管道防腐和支架等多方面設(shè)計安全防護(hù)措施。

2.1" 跨越的位置

既要保證天然氣管道安裝穩(wěn)固牢靠，又要確保閘板升起時不能碰到天然氣管道，不會影響漢江橋閘的安全運(yùn)行。擬敷設(shè)天然氣管道的橋閘位置上，還有橋梁排水管道、電線、照明燈具等障礙物需要協(xié)調(diào)移位。另外，管道吊裝施工，需要將吊車設(shè)置在交通橋梁上，交通橋梁需要封閉至少一半。以上需要移位的設(shè)施，在天然氣管道安裝前需由政府主管部門牽頭將上述障礙物調(diào)整至他處。施工時由交通部門、橋梁管理部門配合完成橋梁封閉。

2.2" 跨越的管材

根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》規(guī)定隨橋敷設(shè)的管道應(yīng)選用加厚的焊接鋼管或無縫鋼管。焊接鋼管與無縫鋼管對比最明顯的區(qū)別就是多出了一整條焊縫，無縫鋼管是在軋制中一次成型，采用焊接鋼管除了焊口處的環(huán)向焊縫，還有管體本身的縱向焊縫，而無縫鋼管只需要考慮環(huán)向焊縫即可，且根據(jù)規(guī)范要求會對環(huán)向焊縫進(jìn)行100%射線探傷，確保管道的焊接質(zhì)量。綜上，根據(jù)本項(xiàng)目的重要程度優(yōu)先選用無縫鋼管。

2.3" 管道的補(bǔ)償

隨橋閘跨越的管道總長為828.2 m，補(bǔ)償量計算如下所示，補(bǔ)償量計算為695.68 mm，遠(yuǎn)超過1臺波紋補(bǔ)償器的最大補(bǔ)償量（450 mm），最終通過設(shè)置固定支架，將管道分為3段，分別設(shè)置波紋補(bǔ)償器來消化補(bǔ)償量。設(shè)計時需要根據(jù)安裝環(huán)境溫度，進(jìn)行預(yù)拉伸或預(yù)壓縮的計算，并在設(shè)計說明中注明具體的預(yù)變形量。關(guān)于波紋補(bǔ)償器的設(shè)計、施工要注意以下幾點(diǎn)：①選用波紋補(bǔ)償器時，其補(bǔ)償能力建議按照最大補(bǔ)償能力的1/2～2/3選取，波數(shù)一般選3～4波。②波紋補(bǔ)償器進(jìn)場后在安裝前，應(yīng)先檢查其規(guī)格、型號與設(shè)計要求保持一致，實(shí)際施工過程中經(jīng)常遇到安裝的是波紋調(diào)長器（所配拉桿、螺母為產(chǎn)品的永久附件且都是受力件，不能隨意拆除或松緊），外觀很相似，但并非設(shè)計選用的波紋補(bǔ)償器（所配拉桿、螺母為產(chǎn)品的臨時附件，安裝結(jié)束后需要拆除）。③波紋補(bǔ)償器安裝完畢后，應(yīng)將拉桿、螺母等約束附件拆除，并將限位裝置調(diào)整到位，以免影響波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償性能。④禁止將波紋補(bǔ)償器在未設(shè)置固定支架的情況下串聯(lián)2個及以上安裝，2個固定支架之間只能安裝1個波紋補(bǔ)償器。

補(bǔ)償量計算公式如下

ΔL=αΔtL=12×10-6×70×828.2=0.696 m，

式中：ΔL為管道補(bǔ)償量，m；α為管道線膨脹系數(shù)，m/m℃，鋼管的線膨脹系數(shù)為12×10-6 m/m℃；L為管道長度，m；Δt為計算溫差，℃，隨橋敷設(shè)管道計算溫差取70 ℃。

預(yù)變形量計算公式如下

ΔX=X■-■

式中：ΔX為預(yù)拉伸量，mm；X為軸向補(bǔ)償量，mm；T0為安裝環(huán)境溫度，℃；Tmin為最低工作溫度，℃；Tmax為最高工作溫度，℃；ΔX為正值時，為預(yù)拉伸量，ΔX為負(fù)值時，為預(yù)壓縮量。

2.4" 管道的防腐

為了確保本項(xiàng)目管道的設(shè)計工作年限，管道外防腐需要重點(diǎn)考慮。一般的防腐大多為紅丹防銹底漆外加黃色調(diào)和漆，在經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋之后，基本上每隔1～2 a就需要重新刷漆防腐。本項(xiàng)目的后期運(yùn)維并不像小區(qū)樓棟圍樓管一樣方便，因此選用的防腐工藝和材料要大大降低后期的運(yùn)維工作量。本項(xiàng)目的防腐，經(jīng)過綜合對比論證，最終選用號稱“永垂不朽”的防腐工藝（環(huán)氧樹脂噴涂）。與其他防腐工藝相比，環(huán)氧樹脂噴涂有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：①化學(xué)抗性好，環(huán)氧樹脂不與酸堿發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)穩(wěn)定性極高，且與金屬管道表面具有極佳的黏著性，是金屬管道防腐的極佳材料。②高溫穩(wěn)定性，在高溫下依舊能保持穩(wěn)定的涂膜功能。③機(jī)械強(qiáng)度性能優(yōu)異，環(huán)氧樹脂有較好的抗壓和彎曲強(qiáng)度，不容易開裂，具有較好的耐久性，本項(xiàng)目在彎頭處應(yīng)用最為明顯。④施工方便，不僅可以在工廠預(yù)制噴涂，也可以在現(xiàn)場直接操作。

本項(xiàng)目選用環(huán)氧樹脂噴涂防腐，在管道投運(yùn)后將大大降低建設(shè)單位的運(yùn)行維護(hù)工作量。

2.5" 壁厚的計算

根據(jù)GB 55009—2021《燃?xì)夤こ添?xiàng)目規(guī)范》的要求，DN400鋼質(zhì)管道最小公稱壁厚為5.2 mm。管道壁厚的計算和選取是本項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，壁厚太大會造成工程造價增大，橋閘的載荷增大；壁厚太小，安全性無法保證。因此如何確定本項(xiàng)目的管道壁厚就顯得尤為重要了，鋼質(zhì)燃?xì)夤艿乐惫芏伪诤竦挠嬎愎饺缦?/p>

δ＝PD/2σsφF，

式中： δ為鋼管計算壁厚，mm；P為設(shè)計壓力，MPa；D為鋼管外徑，mm；σs為鋼管的最小屈服強(qiáng)度，MPa；F為強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)，選0.3；φ為焊縫系數(shù)，取1.0。

經(jīng)過計算，直管段的計算壁厚為1.16 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的最小公稱壁厚。根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合建設(shè)單位庫存情況，最終確定管道壁厚為8 mm。

2.6" 管道支架的論證

考慮到橋閘的升降高度及管道敷設(shè)的位置，需要在每個橋墩處設(shè)置管道支架或吊架，支架的高度需要高出閘板抬升至最高位置處，對于無法在橋墩上設(shè)置管道支架的情況，需要借助交通橋梁設(shè)置管道吊架。每臺波紋補(bǔ)償器的兩端均需要設(shè)置固定支架，其他位置均采用活動支架，另外需要注意的是在波紋補(bǔ)償器的兩側(cè)至少在4D之外各設(shè)置1處導(dǎo)向支架。支架的設(shè)置首先應(yīng)該考慮跨距，至少要考慮動荷載和靜荷載的影響，下面進(jìn)行管道支架跨距的計算。

本項(xiàng)目管道無保溫層，管道支架允許跨距取決于管材的強(qiáng)度、管子截面剛度、外荷載的大小及管道允許的最大撓度。管道支架允許跨距的計算應(yīng)按強(qiáng)度和剛度2個條件進(jìn)行，取兩者中較小值作為推薦的最大允許跨距。

2.6.1" 按強(qiáng)度條件確定管道支架允許跨距

管道自重彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過管材的許用外載彎曲應(yīng)力值，以保證管道的安全。對于連續(xù)敷設(shè)，均布載荷的水平直管，支架最大允許跨距按下式計算

Lmax＝2.24×■，

式中：Lmax為管道支架最大允許跨距，m；q為管道單位長度計算載荷，N/m，q=管材自重+氣體重+風(fēng)載荷（可忽略不計）；w為管道斷面擾彎矩，cm3；？覫為管道橫向焊縫系數(shù)；[δ]t為鋼管熱態(tài)許用應(yīng)力，MPa。

經(jīng)過計算，滿足強(qiáng)度條件的管道支架最大跨距為31.2 m。

2.6.2" 按剛度條件確定管道支架允許跨距

管道在一定跨距下總有一定的擾度，由管道自重產(chǎn)生的彎曲擾度不應(yīng)超過支架跨距的0.05，對于連續(xù)敷設(shè)均布載荷的水平直管支架最大允許跨距按下式計算

Lmax＝0.19×■E1Ji0 ，

式中：Lmax為管道支架最大允許跨距，m；q為管道單位長度計算載荷，N/m，q=管材自重+氣體重+風(fēng)載荷（可忽略不計）；E1為在計算溫度下鋼材彈性模數(shù)，MPa；J為管道斷面慣性矩，cm4；i0為管道坡度，i0≥0.002。

經(jīng)過計算，滿足剛度條件的管道支架最大跨距為28 m，由此可見管道支架同時滿足剛度條件和強(qiáng)度條件的允許最大跨距應(yīng)為28 m。本項(xiàng)目現(xiàn)場橋閘支墩最大跨距為20 m，符合要求。

3" 施工采用的安全防護(hù)措施

由于橋梁的車流量、人流量大，安全要求高，且大部分燃?xì)夤艿涝跇蜷l上敷設(shè)，少部分燃?xì)夤艿涝诮煌蛄荷戏笤O(shè)，應(yīng)委托具有相應(yīng)施工資質(zhì)和相關(guān)業(yè)績、施工經(jīng)驗(yàn)豐富的施工單位負(fù)責(zé)施工。要制定完善專項(xiàng)的安全技術(shù)方案和施工組織方案，建立健全施工安全、質(zhì)量管理制度，完善安全技術(shù)操作規(guī)程，明確各崗位人員的安全、質(zhì)量責(zé)任[2]。

在河道上進(jìn)行作業(yè)時，要盡可能避開汛期和雨季進(jìn)行施工。施工前要關(guān)注氣象預(yù)報，根據(jù)氣象預(yù)測和河道水流量合理安排施工計劃。如果必須在汛期或雨季施工，則必須建立可靠的洪水預(yù)警機(jī)制，并制定洪水安全預(yù)案，確保施工人員和設(shè)備安全[3]。

由于大部分管道在橋閘上敷設(shè)，少部分管道在交通橋梁上敷設(shè)，故管道的吊裝均需在交通橋梁上進(jìn)行作業(yè)，需到相關(guān)交通管理和城市綜合管理部門辦理相關(guān)手續(xù)，制定交通疏導(dǎo)方案，并申請相關(guān)部門配合現(xiàn)場管控。另外，本項(xiàng)目的施工作業(yè)屬于高空作業(yè)，必須制定安全生產(chǎn)責(zé)任制、安全檢查制度，高空作業(yè)前逐級進(jìn)行安全技術(shù)交底和教育，從事高空作業(yè)的人員應(yīng)接受高空作業(yè)安全知識教育。高空作業(yè)前，工程項(xiàng)目部必須對安全防護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢查、驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可允許作業(yè)。工程項(xiàng)目部應(yīng)為高空作業(yè)人員配備合格的安全帽、安全帶等必備的安全防護(hù)設(shè)施，作業(yè)人員應(yīng)按規(guī)定正確佩戴和使用。用于高空作業(yè)的載人機(jī)械，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行定期或不定期的檢查，且檢查完后應(yīng)有記錄。進(jìn)場前必須確認(rèn)完好，堅決不能帶著問題開展高空作業(yè)，需要臨時拆除或變動安全防護(hù)設(shè)施的，應(yīng)經(jīng)項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人審查批準(zhǔn)后方可實(shí)施。高空作業(yè)過程中，必須派專業(yè)人員全程監(jiān)護(hù)。

監(jiān)理單位要委派監(jiān)理工程師全過程監(jiān)理，重點(diǎn)抓好管道吊裝、管道支架、管道焊接和焊口防腐工序的監(jiān)督驗(yàn)收，質(zhì)量把關(guān)。每道工序完成后要組織監(jiān)理工程師及甲方代表進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收，未經(jīng)驗(yàn)收或驗(yàn)收不合格的工序均按不合格返工處理。

4" 結(jié)論

隨橋敷設(shè)是最有效的過河方式，經(jīng)濟(jì)性好，造價低，施工速度快，運(yùn)維方便。隨橋閘跨越河流也是一種新型的跨越方式，值得推廣。政府相關(guān)部門應(yīng)大力支持并統(tǒng)籌協(xié)調(diào)解決遇到的各種困難。

城市橋梁和橋閘都是重要的交通、水利設(shè)施，隨橋敷設(shè)管道在設(shè)計階段應(yīng)充分論證涉及的各項(xiàng)安全措施（位置、管材、壁厚、補(bǔ)償器、防腐和支架等），有條件的情況下盡量提前進(jìn)行規(guī)劃，預(yù)埋管道支架或管孔，減少后期對橋梁的損傷。施工階段應(yīng)充分論證各施工節(jié)點(diǎn)和施工措施、安全措施、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控等，確保在施工中和建成后安全運(yùn)行，同時應(yīng)便于檢修和保養(yǎng)。燃?xì)夤艿劳哆\(yùn)后，應(yīng)將隨橋敷設(shè)的管道單獨(dú)建立檔案，配備專人定期巡檢，對管道支架和補(bǔ)償器應(yīng)定期重點(diǎn)檢查和維護(hù)保養(yǎng)。

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