管道悬索跨越施工方案的改进

杨永霞，孙媛媛

（1.长庆油田建设工程处，陕西西安710201；2.乌鲁木齐石化公司炼厂，新疆乌鲁木齐830019）

管道悬索跨越施工方案的改进

杨永霞1，孙媛媛2

（1.长庆油田建设工程处，陕西西安710201；2.乌鲁木齐石化公司炼厂，新疆乌鲁木齐830019）

悬索跨越施工是油气长输管道施工的重点，不仅施工周期长，而且因有高空作业，安全风险很大。长庆油田姬惠输油管道苏堡子悬索跨越工程，处于黄土冲沟地带，地形起伏较大，安全问题成为施工中的重中之重。针对该工程的难点，探索研究了一种完全避免高空作业的悬索跨越施工方法，并在实践中得到应用。文章介绍了索跨主索、吊索等相关尺寸的精确计算方法，对原有方案和改进后的方案进行了对比，对改进后方案的施工程序进行了详细的阐述。实践证明，该施工方法不但极大地降低了施工安全风险，保证了施工质量，而且缩短了工期，显著节约了施工成本。

长输管道；悬索跨越；施工方法

0 引言

在长输管道施工过程中，常遇到的施工难点是穿越、跨越，跨越又有桁跨和索跨两种，索跨主要是针对管道敷设中遇到大的河流、沟涧而设计的。在索跨施工中，存在最大的施工困难就是施工安全问题。

在长庆油田姬惠输油管道工程苏堡子悬索跨越施工中，对以往的施工方法进行了技术方面的研究改进，采用了一种无高空作业的施工方法，安全、高效地完成了悬索跨越施工。

1 悬索跨越工程概况

长庆油田公司姬惠输油管道工程苏堡子Y61-Y62悬索跨越位于宁夏盐池县红井子乡苏堡子村，是长庆油田公司输油三处冯底坑集中处理站到惠安堡末站的一条主输油管道工程，该处跨越管道设计为D 355 mm×7.9 mm的黄夹克管道，左支架H=7.8 m，右支架H=9.8 m，跨距90 m，质量约8.5 t。

地形地貌为黄土冲沟，地形起伏较大，距沟底深40 m，坡度近90°，两跨越桩高度相差4.8 m，左支架设计管道埋深6.3 m，悬索施工都要在管沟内完成，随时都有塌方的危险，安全成为施工中的重中之重。

该跨越设计的两根主索钢丝绳为Φ 28×6×37＋IWR-1670，吊索钢丝绳为Φ 9.3×6×19＋FC-1670。

2 施工相关计算

对于悬索跨越的施工，索跨主索、吊索等相关尺寸的精确计算是保证索跨一次性高质量完成的主要因素，主索和吊索的规格，设计人员已经对其使用性能进行了校核，各方面的性能均满足要求，在施工时主要对可能影响施工质量的各索具长度进行计算，为施工做准备。

利用AutoCAD绘图软件进行计算，对索跨中主索、吊索的长度计算是通过AutoCAD绘图软件进行的，在软件中按照比例绘制索跨示意图，地锚的位置、支架的位置、吊索的间距以及垂直距离都按照设计图纸严格进行取值，绘制完成后，进行长度的标注，再按照比例进行换算，得到的数据即为计算数值。

2.1 主索长度计算

主索长度为索跨中间弧长、支架两边长度以及固定长度之和，如图1所示，计算数据见表1。

经计算得两地锚之间主索的净长为134.84 m，加上两边的固定长度以及对下料余量的考虑，主索下料长度确定为140 m。

2.2 吊索长度计算

表1 主索及连系索长度计算数据

吊索的长度要按照索跨两吊索上、下端之间的距离、吊索垂直距离进行计算，吊索断面见图2。进行分布，两端吊索之间的距离较宽，中间较窄，但由于索跨成型后，吊索上端距离变化不大，因此，可以忽略上端宽度变化的影响，统一按照2 700 mm计算。

吊索实际净长度=

上式中减去的140 mm为主索到吊索上端之间U型螺栓卡具的长度，为实际测量值。

吊索净长度计算见表2（吊索编号按照图1从左至右进行）。

吊索下料时，按照规范，Φ 9.3×6×19＋FC

吊索下口宽度为管道抱箍两吊耳之间的距离，统一为690 mm，吊索上端口在平面上按照抛物线-1 670钢丝绳绳卡固定端长度为300 mm，两端共增加长度600 mm。

表2 吊索净长度计算数据

3 方案对比

按照设计要求，苏堡子索跨施工时，吊索上端通过U型螺栓及夹块固定在主索上，由于地形比较复杂，施工安全问题很突出，为了解决该问题，我们与业主和设计方联系，对设计进行了改进，在此基础上提出了一种无高空作业的悬索跨越施工方案。为了更清晰地表达该方案的优越性，在此对原有的施工方案一并进行描述。

3.1 方案一

3.1.1主要思路

该方案的主要思路是设一根Φ 32.5×6×37的钢丝绳，主操作绳长度150 m，在牵引安装两主索之前，以上文的计算为依据，在地面操作平台上完成主索上夹块、吊索的安装工作，利用牵引绳牵引安装主操作绳、主索，如图3所示。

管道牵引之前，将抱箍按照设计间距安装固定在管道上，管道空中跨越安装由主操作绳完成，牵引完成后，由人工在空中进行吊索下端与抱箍的固定连接以及管道挠度的调整。

3.1.2施工步骤

（1） 首先用一根Φ10mm、长100m的白棕绳从左支架到右支架牵引一根Φ 12.5×6×37的钢丝绳作为牵引钢丝绳，经支架第一层横梁中心用地锚固定。

（2） 采用已牵引到右端的牵引绳将主操作绳从左支架牵引到对面，主操作绳从支架第二层横梁斜支撑梁中心通过，经后地锚墩用10 t倒链收紧绳卡固定。

（3） 在左支架主操作绳上挂一个3t的U型卸扣卡环，把主索套在卡环里，用Φ 12.5×6×37的牵引钢丝绳与主索头连接进行主索牵引，主索牵引完成后，两端分别固定在地锚上。两根主索用同样的方法牵引。主索牵引前，要准确计算出主索上每两个吊索吊点之间（水平间距投影4 m）的主索长度，要与水平单根管道的直线4 m一致，主索和吊索安装是跨越中的核心部分，施工难度大。主索长度为140m，要用人拉散开把劲放完，保证不打折、不扭绞，用钢卷尺量出弧线的长度并做出明显标记，把夹块和U型螺栓与主索定位卡紧，把预配好的吊索按照顺序套入夹块的U型环内，并用绳卡固定。

（4） 跨越段管道的组焊、探伤、防腐保温在管道跨越牵引前完成并检验合格，在管道前端管口焊接盲板和牵引吊耳，挂上牵引绳。卡第一个管卡抱箍时要留出连头余量，在管道上系尼龙吊带并与主操作绳上的倒链连接，管道每前移4 m卡一个管卡抱箍，挂一次倒链，用倒链把管道吊起悬空在主操作绳上。在主操作绳上设10个3t卸扣，挂10个3t倒链进行管道牵引，用装载机在跨越管道的后端向前推，为防止管道向沟下滑落，在管道末端部分挂钢丝绳并与装载机连接，起到双重作用，既能向前推又能向后拉。当管道跨过沟中心2/3时，把装载机转到对面，在地锚上安装导向滑轮，装载机通过导向滑轮拉管道发送端的牵引绳将管道牵引过来。

（5） 管道牵引到位后，在两支架间安装两根Φ 12.5×6×37、长度为100 m的钢丝绳，两端固定在支架第一个横梁上，作为高空作业的安全索，在操作绳上挂安全带，分两个作业组，从管道的两端用倒链配合卡吊索和管卡抱箍的连接。在固定连接过程中按照索跨弧度要求，边固定边进行调整。

3.2 方案二

该方案是本次悬索跨越施工中实际应用的方案。

3.2.1对夹块的改进

该方案主要是对吊索的固定方式进行了改进，是该索跨取得良好效果的关键因素。将主索上钢丝绳夹块U型螺栓双帽松动3丝5 mm，使夹块在主索上能够滑动，增加一套与主索弧长相同的Φ 9.3×6×19连系钢丝绳，称为连系索。连系索两端分别固定在支架顶部两根横梁上，它的作用和夹块一样，固定吊索的间距，使吊索在弧线上不滑动。经过改进，管道上吊索、管卡抱箍安装工作全部在地面完成，整体进行管道的跨越牵引，完全避免了高空作业，降低了安全风险，节省了多项工序，保证了跨越的安全、高效施工。

3.2.2施工程序

由于左支架一侧地形比较平坦，操作空间大，故在施工中以左支架一侧为主要的施工区域。

3.2.2.1操作绳牵引

将一根Φ 10 mm、长100 m的白棕绳下到沟底，由操作人员拉到对面沟沿，用这条白棕绳牵引一根Φ 12.5×6×37的操作钢丝绳到塔架，两端经第一层横梁中心用地锚固定，再以同样的办法用白棕绳牵引一根Φ 9.3×6×19的小钢丝绳作为主索的牵引绳，牵引绳右端通过右支架横梁固定在后锚墩上。

3.2.2.2安装吊索与连系索

将两根主索钢丝绳Φ 28×6×37采用人拉散开，不打折不扭绞。

吊索与夹块U型螺栓联结，管卡U型环处设有鸡心套环，按吊索钢丝绳的长度绕过鸡心套环，用三个绳卡固定，把上部吊索的第一个Y3-10绳卡改为Y4-12绳卡，将连系索与吊索固定相连。

相邻吊索之间连系索的长度与对应的两吊索之间主索的长度一致，必须是主管道水平间距4 m的吊索所对应的弧长。

吊索下料后绕过鸡心套环绳卡固定，拖拉机牵引主索时将吊索按照顺序全部套入夹块的U型螺栓里，并用棕绳捆绑在一起，固定在左支架一旁，在牵引主索时，只牵引主索，但是安装上去的U型夹块和吊索都滞留在左支架一侧。

3.2.2.3主索牵引安装

在左支架Φ 12.5×6×37操作绳上挂一个3 t的U型卸扣卡环，把主索套在卡环里，用Φ 9.3×6×19的牵引钢丝绳与主索头连接进行主索牵引。

主索牵引到对面的支架位置后，从支架一侧绕过支架，固定到支架后的地锚上。两根主索不带负荷，用倒链按照计算长度调整好挠度后进行固定。

3.2.2.4管道牵引安装

跨越段管道焊接、拍片、试压、补口在左支架地形较好的地段完成。

牵引管道时，在两根主索上对称挂两个3 t倒链，在管道前端系尼龙吊带，将管道端部提起，便于管道安全牵引。

主管道前移用装载机从后端向前推，管道每前移4 m，卡一个管卡抱箍和吊索。卡抱箍时，利用两个3 t倒链，随连接吊索的高度调整倒链的长度，管道的重量由两根主索和吊索承担，使所有吊索和管卡的安装工作全部在地面和管沟里完成。

管道牵引前在管道下面垫软胶皮，防止用吊车起吊时损坏保温层。当管道牵引过跨中2/3左右时，将装载机移到右支架侧，利用管端提前安装的牵引绳对管道从右端进行牵引，管道牵引到右岸后，通过倒链的作用将管道下到管沟里。

管道下沟后，通过连系索调整吊索在主索上的位置和间距，在地锚上对两根主索分别用一个10 t倒链来调整主索的长度，以此调整跨越管段中间的起拱高度。

3.2.3施工中应注意的问题

（1） 索跨主索、吊索长度的精确计算是保证索跨施工质量的主要因素，在主索牵引之前，应将主索上吊索和支架上的位置分别标记出来。

（2） 在进行吊索计算时，考虑了主索在平面空间的抛物曲线变化，吊索的计算长度与实际采用的长度有很大的差距，中间吊索的下料长度不足1 m，后经过监理、业主及施工人员分析，并结合实际经验，认为成型后的索跨两主索之间的距离变化并不像设计图中显示的那样明显，因此在计算时忽略不计主索的曲线变化，两主索间的距离按照支架宽度进行统一计算，实践证明，该状况下计算出的吊索下料长度是符合实际情况的，并且获得了成功。

（3） 吊索与连系索固定连接时，因增加了受力条件，绳卡的规格应作调整，通过查标准手册确定。

（4） 在主管道牵引过程中，因主管道发生扭转，给管道抱箍的安装造成一定的困难，经分析，管道扭转的原因主要有两个方面：一是支架的水平高度并不是绝对的一致，总是存在误差，必然引起管端两倒链高度的误差，使管道发生扭转；二是牵引过程中前端的两个倒链滑动速度不一致。

（5） 管道从左支架牵引到右支架后，离地面高度有6m左右，而倒链的最大伸长只有3m，给管道下沟带来一定的困难，在今后施工过程中应该改进，将管道前端一个倒链用几个串接的倒链代替，使串接的倒链最大伸长能保证管道安全下到管沟内。

4 工程实际应用效果

4.1 工期对比

长庆油田建设工程处姬惠输油管道施工项目部在苏堡子索跨施工中采用第二种方案进行施工，原定苏堡子索跨施工周期为10 d，经过与设计人员沟通并对原方案进行改进，该工程施工只用了4 d就顺利完成，比计划提前了6 d。按照以往索跨施工经验和地形条件分析，若采用第一种方案，完成该处索跨施工需要12 d。

4.2 成本对比

在两种方案的成本对比方面，主要从人工、机械台班费和材料成本方面进行了比较。在本文中，人工、机械台班费取费参照《陕西省施工机械台班参考价目表》进行，由于两种方案的工期相差很大，所以导致人工、机械台班费相差很大。在材料成本方面，由于第一种方案需要增加一根150 m长的Φ 32.5×6×37钢丝绳，占用第一种方案成本的65%，所以直接拉开了两种方案的材料成本差距。

综合人工、机械台班费用和材料成本费用分析对比，采用第二种方案较第一种方案可以节约60%以上的成本费用。

5 结束语

改进后的无高空作业悬索跨越施工方案在工程中的实际应用，取得了极大的成功，在提高施工质量、施工安全性、缩短工期方面都有了很大的突破。

[1] SY0470-2000,石油天然气管道跨越工程施工及验收规范[S].

[2] GB50369-2006，油气长输管道工程施工及验收规范[S].

[3] SY6279-2008，大型设备吊装安全规程[S].

[4] 吴香然，庞伯贤.管道悬索跨越的主索下料和安装[J].石油工程建设，2010，（1）：22-24.

Abstract:Cable-stayed pipeline crossing construction is the difficult focal work in the long distance oil and gas pipeline construction.It needs a long construction period and takes a big risk because of aloft work.The Subaozi cable-stayed crossing project of Changqing Oilfield Ji-Hui oil transportation pipeline is located in the region of loess gully with large hypsography variation,so that the safety problem is essential to construction work.In view of the difficult points,a new construction method is researched which absolutely avoids aloft work，and then it is used in the cable-stayed pipeline crossing construction.The exact dimension calculation of the main cables and slings is introduced.The improved scheme is compared with the original one and its construction procedure is described in detail.The results show that the method not only reduces the construction safety risk and ensures the construction quality,but also shortens working period and saves construction cost to a large degree.

Key words:long-distance pipeline;cable suspension crossing

（36）Improvement of Construction Scheme for Cable-stayed Pipeline Crossing

YANG Yong-xia（Engineering Construction Division of Changqing Oilfield,Xi’an 710201，China），SUN Yuan-yuan

TE973.94

B

1001－2206（2011）02－0036－04

杨永霞（1984-），女，甘肃兰州人，助理工程师，2007年毕业于中国石油大学（华东）材料成型及控制工程专业，现从事油田地面工程建设技术管理工作。

2010-06-21；

2011-01-10