yjgf53-2000大型悬索管道跨越空中发送施工工法

'大型悬索管道跨越空中发送施工工法中国石油天然气管道局李铁山初宝民董新祁香文李顺来1.前言中国石油天然气管道局第一工程分公司承建的陕京输气管道黄河跨越工程、忠武输气管道木龙河、野三河跨越工程。悬索跨越工程是管道施工中的一项特殊性工程,根据地形地貌以及地址条件的不同，其施工的方法也有所不同，经过多种施工方案的比选，最后在施工时全部采用了塔架整体预制或分段预制，最后一次性吊装就位的施工方法。桥面的安装，全部采用了空中发送就位安装的施工方法，并取得了成功。2.工法特点2.1施工工艺合理。2.2易施工，易操作。2.3手段用料少，投入大型吊装设备少。2.4施工费用低。2.5工期短。2.6不受河水的影响，并且适应于各种地形条件下的跨越工程施工。3.适用范围本工艺适用于管道带滚动托座的大型悬索管道跨越。4.工艺原理利用ZLD—100型液压连续顶推式千斤顶立塔，利用卷扬机和倒链相配合的方法进行塔架的一次性吊装就位；或利用大型人字桅杆，卷杨机和倒链配合施工完成塔架的整体吊装就位。 施工索和主索的安装也是利用卷杨机和倒链的共同协作完成的。5.施工工序施工准备→基础验收→塔架预制安装→施工索安装→发送系统安装调试→主索发送安装→吊索安装→管桥吊栏发送安装→抗风索安装→风系索安装→稳定索安装→管桥整体测量安装调试→跨越管道发送安装→测量管桥拱度、调整各锚固墩索具螺栓→通球试压→防腐保温→施工索等拆除→竣工验收。6.施工操作要领6.1施工准备6.1.1现场勘察跨越的实际情况地质条件、地形地貌情况、、可利用的交通道路条件、跨越河流的水文地质条件以及周边环境的经济状况条件。根据这些现场规划，确定施工方案，制定施工部署。6.1.2现场实际测量确定进场施工进场道路。选择进场道路本着少占农田、经济合理的原则，受地形和地质条件的限制，只能进行跨越两岸一侧修路的情况，要充分的考虑到设备和材料，以及可能出现的塔架空中运输到对岸的问题。6.1.3规划主预制场的大小并确定主预制场的竖向布置。6.1.4设备和施工用料及起重材料进入施工现场以后，要对手段钢丝绳进行外观的检查。检查原有旧钢丝绳有无断丝、打折、断股、磨损严重、锈蚀严重等问题，对于质量有问题的旧钢丝绳要用于捆绑钢丝绳套、吊装绳套、限位钢丝等不重要的地方，并根据损坏的严重程度做强度折减处理。对于新的钢丝绳要有破断拉力实验报告等质量合格资料。纲丝绳在购买时最好在有信誉的大厂里定做加工。所用的起重器材，比如滑轮组和滑轮要解体检查并作上甘油处理。施工中所用的各种起重附件如卡环、卡扣，检查是不是有裂纹、紧固失效等问题，有质量问题的附件不得使用，按废品处理。检查各起重卷扬机是不是有刹车抱带失灵等问题，使用前必须调节好。检查齿轮箱是不是有缺油或者齿轮油失效等。6.1.5规划施工现场。对施工现场进行竖向布置，以确定各种地锚的施工位置以及各种施工用具和钢丝绳的具体几何尺寸。6.1.6熟悉和了解设计意图，修改设计存在问题，提出改进意见， 复核设计图纸中的各项技术指标，了解设计给定的各个力学参数和桥面的几何参数，以备施工中参照执行。6.1.7根据现场的布置，计算和设计各种临时设施工程，计算和计划实际工程量和措施工程量，规划施工网络计划、施工材料的主体用料计划和施工措施用料计划。6.2钢丝绳过河施工6.2.1施工现场中用到大量的钢丝绳，这些钢丝绳中一般的有塔架的风缆绳、桅杆的背绳、桅杆的限位绳、施工索、主索、抗风索，都要过河就位。对于地势比较平坦的地势，一般都采用河里用驳船直接放绳的施工方法，对于地势陡峭河谷很深的地势，施工中一般选择空中发送放绳的施工方法。千斤绳6.2.2空中发送钢丝绳的施工方法介绍。土建施工中在原设计的基础上，预埋施工锚点，土建工程完成后在其锚点处临时架设小型施工索，利用小型施工索安装空中走线滑轮吊装系统，把钢丝绳空中发送过河。见示意图。滑轮或滑轮组走线滑轮施工索道塔架过河索卷扬机导向地锚卷扬机卷扬机导向地锚导向地锚导向地锚塔架卷扬机千斤绳钢丝绳空中过河原理示意图这种施工方法适应于各种不同地势情况下的钢丝绳过河，被广泛应用于球溪河跨越、木龙河悬索跨越、野三河悬索跨越工程中。6.2.3塔架的制作和安装塔架制作安装工程是大型悬索跨越工程中的重要工序，是制约跨越工程的关键。由于塔架体积和重量都很大，工厂化预制很难运输到施工现场， 因此一般都在施工现场进行预制施工，塔架的预制一般都在跨越河流的两岸同时进行。但是由于现场地形条件的限制或者施工设备只能进入跨越河流的一岸，因此塔架的预制只能在现场的主预制场进行，并且只能够预制成拼件，用空中架设的大型施工索道吊装系统来完成从主预制场向另一岸的空中运输，这样一来就大大的增加了工程的施工成本。施工成本的增加量要和这岸修路的施工成本费用、临时道路征地的费用及地貌恢复的费用总和来比较，决定其施工是否两岸修路。1、钢塔架的下料施工塔架在钢平台上按图纸实地1:1放样，计算出不同规格的杆件的数量和不同规格的接点板数量。按照统计出的杆件数量进行现场的切割下料，用角向磨光机除去氧化皮，再用样板检查构件的尺寸和切割口处的形状是否满足对口要求。2、构件的组对和拼焊塔身的组对按照先平面后空间的原则进行组对和固定焊接。施工时先把构件组对成很多个小的平面单元，以满足现场的搬运和现场空中运输到对岸的施工要求。最后按照对称焊接的原则对平面单元焊接，对可能焊接变形较大的平面单元采用胎具固定单元的方法焊接。3、塔身的组拼和焊接把小的平面单元组拼成塔身端面大的单元，用胎具固定好以后焊接固定，然后按照对称焊接的原则再统一焊接。对有支撑的塔架焊接时，先焊接支撑，次焊接连接杆件，最后焊接连接处焊接口。4、塔架焊接变形的矫正对焊接变形超标的局部采用局部加热，或用千斤顶的外力进行矫正。对于矫正困难的局部，可用胎具加热和千斤顶协同矫正的方法矫正处理。5、塔架的检查塔身的平面组对时，对平面小的单元和大的平面单元进行平面度检查和对角线长度检查，确认合格可固定焊接；对空间结构的塔身，同样在塔身组对后进行对角线长度检查和塔身平面度检查，合格后可以进行整体焊接，焊接后对焊接后的塔架再整体检查一次。6、塔身、塔头的连接和焊接现场用两个桅杆进行对接和连接。 对于一岸有路的情况，可用施工索的走线滑轮吊装系统把小的拼件单元空中发送到对岸的施工、再组对的施工方法。7、防腐处理杆件下料后对杆件和构件喷砂、除锈、刷底漆处理。焊接后再在焊口处喷砂、除锈和刷漆，最后塔架整体再涂一遍底漆。8、塔架的吊装就位施工大型悬索跨越施工中，根据现场的实际情况，经常采用塔架就位施工方法，一般为：第一，大型吊车直接吊装就位；第二，大型人字桅杆翻转就位；第三，双桅杆直立就位。根据施工现场的实际情况，对地势条件比较好、两岸交通道路便通的情况下，首先采用第一种施工方法。这种施工方法简单、高空作业量很小、施工的工期短、施工成本低等优点。第二种施工方法一般应用于各种复杂的地形和地貌条件下，两岸有一岸不能修路或修路困难、修路费用很高的情况下采用这种施工方法，这种施工方法被广泛应用于大型悬索跨越施工的塔架就位施工中，经济效益很好，但比较第一种就位方法，工期很长、工序很复杂、成本高很多。目前所施工的大型悬索跨越施工中，基本上都采用这种施工方法，比如球溪河悬索跨越、木龙河悬索跨越、野三河悬索跨越、云南冯家湾悬索跨越、甘肃环江跨越的施工，全部采用的这种施工方法，施工效果很好。第三种施工方法适用于地势比较平坦的场地宽畅的地势情况，一般是在很难找到大型吊车，或者由于道路的原因大型吊车进不了场的情况下。缺点是占地面积大、临时设施多、施工工期长、地表破坏严重、钢丝绳和设备用量很大不利于降低施工成本。大型人字桅杆翻转就位施工方法介绍：施工工艺在没吊车的情况下，施工现场塔架的施工是用小型桅杆吊装中型桅杆就位，再用中型桅杆吊装塔架吊装桅杆，最后用塔架吊装桅杆把塔架吊装就位。塔架吊装桅杆吊塔架前根据现场情况，首先把桅杆的背绳拉紧到工作状态，检查桅杆上面的滑轮组是不是有跑槽、滑轮别劲。在其他方式吊装施工技术不够成熟的情况下使用。大型人字桅杆吊装技术操作：把吊装用钢丝绳用空中走线滑车吊装系统空中运输到河对岸，把所用钢丝绳、大型人字桅杆和滑轮组连接好，然后用卷扬机基本拉紧，检查各个地锚是不是有滑移，滑轮组是不是有跑槽， 卷扬刹车抱带是不是运行良好，检查各个捆绑绳是不是受力均匀和捆绑绳的受力是否对桅杆产生弯矩，如发现问题重新处理，处理后方可正式吊装塔架。吊装原理见示意图：导向地锚卷扬机主受力锚导向地锚卷扬机滑轮组塔架吊装桅杆主受力索起重滑轮组塔架起吊滑轮组辅助吊装桅杆收紧滑轮组风缆绳限位绳主索卷扬机卷扬机导向地锚桅杆吊装系统翻转吊装就位示意图说明：1、施工以前根据塔架的几何尺寸计算塔架重量以及塔架重心位置，并实测主受力锚到塔架距离和底部位置高差，计算背索的受力，根据受力情况选择背索的规格。2、根据桅杆高度、锚点位置等几何参数，计算主受力索的受力，选择主受力索的规格。3、立塔施工的同时，把两根主索、施工索、风缆绳、限位绳等固定安装到塔头上，立塔施工时把其一并吊起就位。大型桅杆吊装塔架技术要求：根据塔架高度确定桅杆的高度，根据吊装竖向布置、塔架的重量和重心高度计算各钢丝绳的受力，根据受力情况选择各钢丝绳的规格， 对于受力大的重要地锚，要根据土力学原理计算地锚抗拉力，同时要进行抗倾复校核和地耐力校核，安全系数不小于2.0，对于人字桅杆要进行稳定性校核和强度校核，安全系数不小于1.4，捆绑绳的安全系数不小于5.0，其它受力绳的安全系数不小于3.3。6.3施工索安装施工索是悬索跨越工程施工中不可缺少的重要空中通道，跨越安装施工中，桥面桁架的安装、主索的过河、抗风索的过河、两岸材料和设备的调配、跨越对岸的布管和焊接、塔架拼件单元的吊装过河、塔头的过河安装等都是通过由施工索组成的空中吊装系统完成的。施工索的安装结构形式有两种。第一种，施工索在塔架顶部滚动的形式；第二种，施工索在塔架顶部固定的形式。第一种结构形式对技术要求不够严格的施工索可直接在地面用卷扬机拉紧到设计的状态，操作很简单，需要在吊装时随时调整索的垂度，因此安全系数偏大，浪费钢丝绳材料，并对于塔架的稳定性较差，因此所用的风缆绳的破断拉力要大，浪费风缆绳。第二种结构形式对技术要求很高，施工要求严格，施工索必须在工作状态下、张拉力的作用下下料并标记在塔顶的刻度，以便在塔顶上固定到正确位置上，用卡块把施工索卡死固定，施工困难，需要在空中操作，但安全可靠，材料用量省，降低了工程的成本，这种形式的结构被广泛应用于环江悬缆跨越、球溪河悬索跨越、木龙河悬索跨越、野三河悬索跨越中，效果很好。第一种施工索在塔顶滚动形式说明：根据施工索的根数可分成双轮、单轮、多轮的多种种形式。双轮的情况：在塔顶上分别预先设计安装上两个平衡滑轮和一个牵引导向滑轮（如图3所示），施工索为两根Ф32.5的钢丝绳，其间距为200mm，在承载状况下悬垂度一致，在塔顶上立临时1.5m高小塔头，利用卷扬机和倒链将施工索通过平滑滑轮，然后利用浮在河上的浮舟和对岸的卷扬机，通过牵引钢丝绳将施工索牵至对岸，再通过对岸塔上的平衡滑轮，将施工索两端锚固在临时地锚上。导向滑轮 平衡滑轮图3双轮塔顶滑轮其他的结构形式的这里不做介绍原理相同第二种施工索在塔架顶部固定的形式说明：塔架顶部焊接施工索鞍上安装卡块施工索被夹固到塔顶上不能够移动，根据施工索的数量响应安装不同数量的施工索鞍，结构如下示意图。钢板A向夹角与施工索的切线夹角相同施工索鞍座螺栓固定到塔顶上螺栓钢板施工索鞍示意图施工索夹块螺栓A向图6.4桥面桁架结构的预制和安装桥面桁架的预制过程和塔架的制作、检查基本相同，不做详细说明。一般情况下桥面桁架之间全部是螺栓连接，因此号孔和钻孔是制作桥面桁架的关键，施工的时候必须严格做好这项工作。号孔必须在平台上，桁架焊接完成后，用样板号孔，施工时所用的样板必须经常更换，样板号孔的平面误差不得大于0.5毫米，对角线误差不大于0.6毫米。如果是空间结构的桁架号孔，空间误差不能大于1.0毫米。 空间桥面桁架的组对也是按照先平面后空间的原则进行，桥面桁架的变形矫正尽量用胎具千斤顶或丝杠机械矫正。6.5组成发送吊装系统发送系统由发送滑车（如图4所示），升降系统（如图5所示），牵引设备组成。发送滑车在东西两岸各一台卷扬机的牵引带动下，沿施工索行走，再利用东西两岸各一台卷扬机的牵引升降系统的钢丝绳，完成发送物体的升降。图4发送滑车图5升降系统6.6空中发送6.6.1主索的发送安装主索各缠绕在一个1.2～1.8m的木制滚轮上，然后放在发送架上，进行主索发送，利用吊车先从滚轮上放出50m的钢索伸展开，利用一组滑车的升降装置距索头30m处吊起，然后向对岸牵引，当发送到30m 左右时，再安装另一组滑轮车将索吊起，利用塔上小塔头配合倒链，使索与塔顶连接板安装就位，把索头的桥式套筒直接插入连接板，利用销轴连接固定，在发送过程中，边发送边安装索夹板及其系索。主索的发送还可以利用空中走线滑车将主索由河的一岸发送到另一岸。发送过程中边发送主索边安装索夹板，走线滑发送时要根据主索的长短设置多个吊点，一般吊点的间距不超过30米，以免主索和地面的摩擦而损坏主索防腐层。6.6.2主索吊索的安装主索索夹板、主索吊索的安装是通过施工索和走线滑轮组成的大型空中吊装系统借助吊栏来完成的，安装工艺见示意图。施工索空中走线滑车主索主索吊索吊篮塔架导向地锚导向地锚导向地锚导向地锚卷扬机卷扬机卷扬机卷扬机主索吊索安装工艺示意图6.6.3管桥桥面发送系统将管桥单元每两到四组在地面上组成十到二十米单元整体，施工索上配两组滑车及配套的升降系统（如图6所示），由主预制场向对岸发送，再由西岸依次安装到这一岸，使整体单元与系统连接。6.6.4风索发送系统管桥吊栏连接好后，利用管桥吊栏将风索从一岸发送到另一岸，在管桥吊栏上完成风系索与管桥吊栏和抗风索间的连接，然后整体吊装脱离管桥整体单元，再将抗风索索头与风锚基础连接。 图6管桥发送安装6.6.5稳定索发送安装利用管桥吊栏上滚轮，将稳定索发送就位，待管道发送就位后，用夹板与吊栏连接并将索头插入套筒就位固定。6.6.6管道发送安装管桥整体测量调试好后，将防腐后的钢管在东岸发送平台上组焊，沿管桥上的滚轮向西岸牵引。7.主要工机具和材料序号名称数量备注1四弧电站（100kw）1台发电、焊接管道2氩弧焊机（ZXT—400ST）2台焊接管道3吊车（25T）1台吊装4走线滑轮12套加工制作、吊装5卷扬机（5T）4台发送牵引6千斤顶（ZLD—100）1台牵引立塔7推土机（D80）2台带卷扬牵引、场地平整8发电机（200kw）1台现场供电9货车5台采购10空压机（6m3／min）1台防腐、清管扫线11管车1台拉管12电焊机（24kw）6台焊接框架 13北京吉普（213）2台指挥车14导链（10t）10个吊装15导链（5t）30个吊装16导链（3t）20个吊装17钢浮舟（8t）12艘组焊浮船18钢浮舟（4t）6艘组焊浮船19机动木船（4t）2艘河中运输20钢丝绳（Ф32.5）1500m施工索21钢丝绳（Ф21.5）800m滑轮组牵引22钢丝绳（Ф18.5）2000m升降牵引23滑车组四轮30吨4组发送系统24滑轮组（3—3）20吨2组发送系统25导向滑轮（5t）8个26滑轮组（4—4）40吨8组27打压泵1台28经纬仪1台29水准仪1台30X射线机1台8.劳动组织及安全管理8.1劳动组织1、管理人员（12人）序号职务人数序号职务人数1正、副项目经理25材料员22项目工程师16会计、出纳员23技术员27办事员14安全员18调度员12、施工人员（89人） 序号工种人数序号工种人数1铆工67电工12电焊工128气焊工13起重工169防腐工44机手1110力工205司机1011炊事员36管工212管理员38.2安全管理1、所有岗位人员都必须有上岗证，并经过安全技术培训，工作时严格遵守安全操作规程。2、对关键部位都要经过认真的计算，尤其是地锚和发射系统钢丝绳的计算。3、发送过程中有专人指挥，专人负责，做到命令统一，步调一致，灵活指挥。指挥人员配备对讲机、哨笛和指挥旗。4、施工前一切起重设备和发送系统都要经过认真检查和调试。5、施工时，设专人检查临时地锚、发送系统及牵引设备有无异常情况。6、高空作业必须系安全带，同时配备救生船和救护车。7、施工人员必须按规定穿戴劳保用品。8、施工前，应收听气象预报，风、雨天严禁施工。发送作业必须在白天进行。9、严格执行中华人民共和国石油天然气行业标准《石油天然气工业健康、安全与环境管理体系》（SY／T6276—1997）。9.质量要求1、《石油建设工程质量检验评定标准管道穿跨越工程》（SY4004—1995）；2、《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—1992）；3、《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205—1995）；4、《管道及有关设施的焊接》（API1104—1992）；5、《输气管道焊接及验收规范》（Q／BT004—1995）。 10.经济效果空中发送施工方法与高架桥施工方法比较，可节约资金近30万元。11.工程实例我公司1996年至1997年承建的陕京输气管道工程黄河跨越工程。两塔为钢结构，塔架高43m，主跨度为270m，2根Ф68主索，两根Ф52的抗风索，两根中Ф40的稳定索，106根Ф20的吊索，106根Ф20的风系索，54组钢结构吊栏。跨越点东岸为河滩地，有施工场地，西岸为陡峭山坡，无施工场地。跨越管道为Ф660×14.3mm进口UOE直缝管，聚氨脂泡沫保温AT0涂料及玻璃布四油二布加强级防腐。设计标准为：塔架基础间及其与其它基础间水平长度差不得大于L／10000，塔架中心偏差不大于20mm，杆件挠曲度偏差小于L／1000（L为杆件长）且小于10mm。工程于1996年6月10日开工，1997年6月20日竣工，各项技术质量指标均达到了设计标准和规范要求，在陕京工程总结评比中被授予“金牌”。'