忠武输气管道跨越工程设计特点

1、忠武输气管道跨越工程设计特点陈 文 国 3程 梦 鹏(中国石油天然气管道工程)陈文国程梦鹏 :忠武输气管道跨越工程设计特点 ,油气储运 ,2005 ,24 (7) 2123 。摘 要 介绍了忠武输气管道干线渝东及鄂西山区的地形特点 ,通过比选确定了木龙河 、马水 河 、蚂蝗溪 、野三河跨越宜采用大 、中型悬索跨越结构 ;大溪沟 、黄水湖 1 号和黄水湖 2 号跨越宜采 用桁架跨越结构 。针对这 7 处跨越设计 ,从结构特点 、桥面结构和跨越主索的选材等方面进行了优 选与改良 。主题词输气管道跨越设计桁架悬索特点表 1 忠武输气管道跨越形式跨度( m)一 、忠武输气管道跨越工程概况跨越地名跨越形

2、式跨越位置黄水湖 1 号黄水湖 2 号 马水河 野三河木龙河 蚂蝗溪 大溪沟桁架桁架 塔架式悬索 无塔架式悬索塔架式悬索 无塔架式悬索 桁架656520010020015080重庆市石柱县重庆市石柱县 湖北省恩施市 湖北省建始县湖北省巴东县 湖北省长阳县 湖北省宜都县忠武输气管道 (忠县 武汉) 干线渝东及鄂西山区管道全长 410 k m ,山体根本走向与管道干线线路 呈大角度斜交 ,山体地形破碎 ,沟壑纵横交错 ,岸坡 陡峭 。管道屡次通过深沟峡谷 , 由于河谷多呈“V 字形或“U 字形 ,河床与河岸高差为 80130 m ,因 此管道不宜采用穿越方式通过 。根据忠武输气管道 干线山区地形情

3、况 ,确定木龙河 、马水河 、蚂蝗溪 、野 三河 、大溪沟及黄水湖采取跨越形式通过 ,其位置和 跨越形式见表 1 。二 、忠武输气管道跨越形式优选目前单跨百米的管道跨越结构形式分为斜拉管道瞬变过程中值的变化 ,从而解决了从定性到定量的认识问题 。(3) 在热油管道的实际运行中 ,输量和出站温度 是不稳定的 ,并且两者的变化幅度及变化方向也是 不定的 ,这种综合的影响能及时地表达在运行参数 的变化上 (进站温度和总传热系数) ,给出的算例很好地说明了这一点 。(4) 在求解管外土壤温度场时 ,将传统的半无限 大土壤区域简化为有界矩形区域 ,从而简化了数值 计算过程 ,为埋地热油管道非稳态问题提供

4、了一种行之有效的解决方法 。参 考 文 献张国忠 : 管道瞬变流动分析. 石油大学出版社 ( 山东) ,1994 。 罗塘湖 ( 译) :原油和油品管道的热力与水力计算 ,石油工业出版 社 ( 北京) ,1986 。孔祥谦 : 有限单元法在传热学中的应用 ( 第三版) , 科学出版社( 北京) ,1998 。1 ,2 ,3 ,( 收稿日期 :2004209221)编辑 :孟凡强3 065000 ,河北省廊坊市金光道 22 号 ; : ( 0316) 2074381 。线路工程22 油气储运2005 年索 、悬索 、斜拉索与悬索相结合三种 。1 、 斜拉索管桥斜拉索管桥是利用钢丝绳通过桥塔支撑斜

5、向拉 着管桥的一种结构形式 ,一般对称布置 ,利用管道自 身平衡拉索的拉力 ,不需要主索锚固墩 ,减少根底混 凝土用量 ,适用于两岸较为平坦 、河宽 、水深以及航道上需要较高净空的情况 。该干线线路如果采用斜 拉索跨越 , 需在山谷中间建立 100 m 高的桥塔 , 在 河谷两岸坡上设桥塔 ,其施工难度较大 ,施工工期无 法保证 。如果采用 斜拉 索与 悬 索相 结合 的管 桥 形 式 ,也存在同样的问题 。2 、 悬索跨越悬索跨越形式受力简洁明确 ,结构灵活 。该管 道跨越可以采取设塔架托起主索形式 ,或在两岸构 筑小型短巷道 ,使管道敷设高度降低后再与跨越连 接 ,这样可以直接在两岸岸边的

6、稳定地层内设一矮塔 (甚至不设塔架) 将主索锚固于锚固墩上 ,从而减 少大量的工程量 ,避开深沟峡谷水流对修建管墩的 影响 ,将上下起伏变化大的不利地形条件变为有利 条件 。综上所述 ,根据忠武输气管道工程跨越处的地形特点 ,结合山区跨 越管 道 设计 的经 验 , 加之 木 龙 河 、马水河 、蚂蝗溪 、野三河跨越各单跨长度均大于100 m ,且岸坡高差均在 100 m 以上情况 ,较适宜采 用大 、中型悬索跨越结构 。大溪沟 、黄水湖 1 号和黄 水湖 2 号跨越单跨长度均在 80 m 以下 ,而且岸坡高差均在 20 m 以内 ,可采用桁架跨越结构 。资少 。图 2 大溪沟倒三角桁架跨越木

7、龙河和马水河跨越处呈“U 字形河谷 , 岸坡 陡峭 ,但河床两岸地形较平坦 、开阔 ,较宜采取塔架 式悬索跨越 ( 见图 3) ,主索锚固墩设于两岸地形较 高处 ,可以充分利用 山 势的 自然 高 差 , 减 少 主索 长 度 。将锚固墩根底嵌固于微风化基岩中 ,使墩根底 和基岩成一整体 ,墩体体积减少 ,施工时可将施工索 锚固墩设在高处 , 以 便 跨越 各结 构或 材 料的 运输 。 两侧塔架尽量靠近岸边 ,两侧风索锚固墩设于两岸 陡崖 ,既降低了塔架高度 ,又减少了跨越长度 。图 3 木龙河塔架式跨越蚂蝗溪和野三河跨越处呈“V 字形河谷 , 宜采 取无塔架式悬索跨越 ( 见图 4 ) ,

8、这种跨越形式充分 利用了山势的自然高差 ,可以不设塔架 ,将主索直接 锚固于锚固墩上 ,缩短了主索跨长 ,既减少了主索用 量 、缩小了锚固墩体积 ,又减少了工程投资 。假设将蚂 蝗溪和野三河跨越改为塔架式悬索跨越 ,那么蚂蝗溪 跨越主索跨度将由原来的 150 m 增至 200 m ; 野三 河跨越主索跨度将由原来的 100 m 增至 220 m ,工 程投资将增加 50 %100 % 。三 、忠武输气管道跨越工程特点1 、 跨越结构特点由于黄水湖 1 号和 2 号实际跨越单跨长度仅为65 m ,所以采用梯字形桁架跨越 (见图 1) ,而大溪沟 实际跨越单跨长度仅为 80 m ,采用倒三角桁架结

9、构 (见图 2) 。图 4 蚂蝗溪无塔架式跨越2 、 桥面结构的改良忠武输气管道跨越处多为“V 形或“U 形坡陡 沟深河谷 ,难以找到较宽敞的组装焊接场地 ,不宜采 用将跨越管桥或管道组焊完成后整体吊装或发送的图 1 黄水湖 1 号梯字形桁架跨越黄水湖和大溪沟两处水深均在 810 m 之间 ,中间不宜设根底或塔架 。设计采用梯形或倒三角形 桁架跨越 ,其结构简单 ,受力明确 ,而且施工方便 ,投第 24 卷第 7 期23 陈文国等 :忠武输气管道跨越工程设计特点施工方案 。为此 ,对桥面结构作了特殊的设计 (见图5) 。将桥面结构按吊点间距设计成统一的标准桁架 形式 ,用螺栓连接成整体桥面 ,

10、并在桁架中设有滚动 支座 。这样 ,既能使桥面结构具有一定的刚度 、便于 现场按顺序逐段吊装 ,又便于管道顺利发送与安装 。 桁架两侧设有人行道 ,便于维修人员的操作 。现场防腐本钱 。(3) 施工精度高和施工工期短 。为了减少管桥 使用时钢丝绳的徐变影响 ,掌握钢丝绳的实际刚度 数值 ,必须按照规定的程序 ,对钢丝绳实施予张拉工 作 ,并进行丈量划线和下料 ,以保证其能在较理想的 状态下承受力 。张拉工作一般由安装单位在施工现 场进行 ,张拉场地必须是能够满足张拉长度的平坦 场地 ,张拉过程中受人为操作和外界因素 (例如与土 的摩擦力 、大气温度变化等) 的影响 ,其准确性就较 低 。而热聚

11、乙烯钢丝索采用先进的工艺流程在工厂 内生产 ,成品索运抵现场后 ,可以直接按照设计进行 安装 ,不需对索进行张拉 、防腐 。由于索的制作与跨 越的其它工作可以同时进行 ,因此大大缩短了工期 。(4) 工程投资较省 。就承重体系而言 ,影响投资 的原因有索系本身投资和索系防腐投资两个方面 。同一悬索跨越 ,采用热聚乙烯钢丝索与采用热缩胶联辐射带缠绕钢丝绳作主索工程投资根本相当 ,而 采用进口密闭钢丝绳与热聚乙烯钢丝索相比 ,前者 工程投资是后者的 34 倍 。图 5 桥面结构示意图3 、 跨越主索选材采用国产热聚乙烯钢丝索代替进口钢丝绳作跨 越主索 ,同进口普通钢丝绳 、密闭钢丝绳相比 ,热聚

12、乙烯钢丝索具有以下优点 。(1) 钢索弹性模量较大 。悬索跨越的主索一般 采用普通镀锌钢丝绳 ,这种钢丝绳的弹性模量较小 ,约为 1 . 1 105 M Pa 。热聚乙烯钢丝索的弹性模量为 1 . 95 105 M Pa ,近似于钢材 。采用热聚乙烯钢 丝索作为悬索管道跨越的主索 ,在相同应力作用下 , 主索的变形仅为钢丝绳的一半 ,使管桥使用时产生 较小的徐变影响 ,提高了管桥的整体刚度 ,在变荷载 作用下 ,管道及桥面变形小 ,破坏小 ,延长了管道的 使用寿命 。(2) 防腐性能好 。目前 ,国内跨越索系防腐有热 挤聚乙烯护套和烤缠热缩胶联辐射带两种 。热挤聚 乙烯护套主要用于刚性较大的索

13、 ,例如高强钢丝束 、 密闭钢丝绳 ;烤缠热缩胶联辐射带适用于各类索的 防腐 , 例如普通钢丝绳 、密闭钢丝绳 、高强钢丝束 。 另外 ,热聚乙烯钢丝索采用聚乙烯护套防腐 。聚乙 烯护套是通过塑料挤出机直接被覆于成束的裸索上 作为防护层 ,使得管桥主承载索具有多层防护 (镀锌 钢丝加双层 P E 防护) 措施 ,无需再进行现场拉索防 腐 ,不仅防腐质量可靠 ,而且简单易行 ,大大降低了四 、结论(1) 忠 武 输 气 管 道 跨 越 设 计 充 分 利 用 了 山 区“V形或“U 形河谷的地形特点 , 将主索锚固墩设 在两岸地形较高处 ,减少了主索长度 。(2) 根据河谷两岸的地形特点 ,采取

14、设塔架或无塔架式跨越形式 ,将两侧风索锚固墩设于两岸陡崖 处 ,既可以降低塔架高度 、减少跨越长度 ,又降低了 施工难度 ,降低了投资 。(3) 桥面结构按吊点间距设计成标准桁架形式 , 在桁架中设有滚动支座 ,方便了桥面结构和跨越管 道的现场发送与安装 ,提高了山区河谷跨越施工的 可操作性和平安性 。(4) 采用国产钢丝索代替进口钢丝绳 ,减少了工 程投资 ,缩短了工期 。( 收稿日期 :2004211217)编辑 :吕 彦书讯?油气储运?合订本 19821995 年 (双月刊) 45 元 /册?油气储运?合订本 19962004 年 (月刊) 100 元 /册?国外油气储运?合订本 198

15、61995 年 (双月刊)45 元 /册 ?油气储运?杂志社第 24 卷第 7 期61 油 气 储 运作者介绍赵芸1979 年生 ,2001 年毕业于西南石油学院机械专业 ,获学士学位 ; 2005 年毕业于西南石油学院油气储运专业 ,获硕士学位 ,现在四川石油管理局地质勘探开发研究院工作 。1979 年生 ,2005 年毕业于西南石油学院油气储运专业 ,获硕士学位 ,现在四川省成都市天然气经济 研究所工作 。1979 年生 , 2002 年毕业于石油大学 (山东) 油气储运工程系 ,现在石油大学 (北京) 攻读硕士学位 。 教授 ,1962 年生 ,哈尔滨工业大学博士后 ,现在哈尔滨工业大学

16、从事地下储气数值模拟及优化分 析 、城市煤气负荷预测和控制等研究工作 。1976 年生 ,2000 年毕业于石油大学 ( 山东) 热能工程专业 ,获工学学士学位 ,2003 年毕业于石油大 学 (北京) 油气储运专业 ,获硕士学位 。现在中国石油管道分公司管道科技研究中心储运工艺研究 所工作 。1978 年生 ,1999 年毕业于石油大学 (山东) 化学工程专业 ,获工学学士学位 ,现在石油大学 (北京) 油 气储运专业攻读博士学位 。高级工程师 ,1967 年生 ,1990 年毕业于西南交通大学航地系工程地质和水文地质专业 ,现在中国石 油天然气管道工程从事管道线路工程设计工作 。工程师 ,

17、1969 年生 ,1991 年毕业于华中理工大学电子与信息工程系电磁场与微波技术专业 ,现在中 石化集团管道储运公司南京输油处从事长输管道 SCADA 系统的编程维护工作 。高级工程师 ,1964 年生 ,1985 年毕业于天津大学腐蚀与防护专业 ,现为天津大学材料学院在读博士 生 。副教授 ,1965 年生 ,1989 年毕业于石油大学应用化学专业 ,1997 年毕业于石油大学 ( 北京) 有机化 工专业 ,获硕士学位 。现为茂名学院化学工程研究所副所长 ,主要从事炼油技术及油品储运方面的 教学与科研工作 。工程师 ,1955 年生 ,1988 年毕业于原中国石油天然气管道局职工学院仪表自动

18、化专业 ,现任中国石 油管道公司沈阳输油分公司生产科科长 。工程师 ,1966 年生 ,1988 年毕业于原中国石油天然气管道局职工学院自动化仪表专业 ,现在中石化 管道储运分公司潍坊输油处东营首站从事原油运销计量管理工作 。副教授 ,1964 年生 ,2004 年毕业于西南石油学院油气井工程专业 ,获博士学位 ,现在西南石油学院 从事计算数学 、油层保护及计算流体力学的研究工作 。工程师 ,1972 年生 ,1996 年毕业于石油大学 (山东) 油气储运专业 ,现在新疆油田油气储运公司从事 原油和天然气的生产运行管理工作 。工程师 ,1965 年生 ,1988 年毕业于河北省承德石油高等技术专科学校焊接专业