油气输送管道悬索跨越结构运营状态检测与评估分析

2012-07-24李鲁明王武斌

四川建筑 2012年3期

李鲁明，王武斌

(1．中石化川气东送管道分公司，湖北武汉430063;2．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

1 工程概况

野三河油气输送管道悬索跨越场地位于湖北省恩施市建始县与巴东县交界，318国道野三河大桥东侧。跨越处为典型的“V”字型峡谷，野三河峡谷东北西南走向，沟谷深切，地形较复杂，跨越处山谷宽约200m，谷深达120m。野三河悬索桥主跨240m，两侧锚跨分别为58m(西北岸)和34m(东南岸)。全桥共两根主缆，每根主缆由10根索股组成，整圆后外径约为141mm，两端分别锚固于主索锚碇上，每股由61根直径为5.1mm镀锌高强钢丝组成。主塔29m，桥面宽4.5m。管道为双管，直径1 016mm，壁厚21mm。野三河悬索跨越结构全貌如图1所示。

图1 野三河悬索跨越结构全貌

输气管道主索、吊索、风拉索采用德国产钢丝绳。主索、风拉索钢丝抗拉强度为1 570MPa，吊索钢丝抗拉强度为1 670MPa。主索锚固墩采用重力式混凝土锚固墩，管道支座为滚动支座。跨越结构当前恒载为输气管道及桥面附属结构的自重，活载为风荷载及温度荷载。

2 外观检查与结果分析

外观检查是为了从总体上全面了解悬索跨越结构的损伤、病害等情况。主要采用人工目测和卷尺、直尺等一般常用工具进行。对结构及其附属设施的所有构件或部位进行系统的检查，记录所有缺损的部位、范围和程度。

(1)悬吊系统及抗风系统。主缆外层保护层局部破损、钢绞线外露锈蚀;主缆索股点状、片状漏漆，表面油漆严重霉变;锚具局部漏漆、锈蚀，锈蚀面积约占10%;刚性吊杆外涂层油漆老化开裂剥落、严重锈蚀，约30%吊索锚杯、销钉锈蚀。

(2)主塔系统。主塔钢管焊接点油漆剥落、钢管焊接点锈蚀现象严重;主塔杆件表面油漆老化，塔底连接构造发生严重锈蚀。

(3)桥面系统。主梁梁体存在一定的锈蚀现象，支座及挡板油漆剥落、钢材锈蚀严重;西北岸支座垫板出现翘起现象，主梁纵向伸缩移位痕迹明显，伸缩量2～3mm。个别管道与滚轴出现个别或连续脱离现象。

(4)锚碇系统。锚室环境密闭，湿度较大，有3个锚室存在严重积水现象，积水深度约10cm;锚室顶板存在严重渗水现象，锚室封闭门存在裂纹，雨水通过裂缝进入锚室，加快了锚室主缆索股霉变及锈蚀。

3 线形量测与结果分析

本次测量采用高精度全站仪自由设站法进行观测。以西北岸锚固墩为原点，平行于悬索跨越结构纵轴线为X轴，垂直于跨越结构方向为Y轴，竖向为Z轴，建立三维坐标系。全站仪自由设站法又称为边角后方交会，这种交会法的原理是:在待定点安置全站仪，测出待定点到已知控制点之间的距离和角度，根据方向观测值和边长观测值建立方向误差方程式与边长误差方程式，然后按最小二乘原理计算待定点的坐标。跨越结构主缆线形监测结果如图2所示。

图2 主缆实测线形与设计线形对比

主缆实测线形与设计线形结果对比得出，主缆上、下游侧实测线形与设计线形较为一致，实测线形标高较设计线形较高，最大高程相差10.1cm。

4 索力测试与结果分析

索力测试采用频率法进行索力测试。频率法是依据索力与索的振动频率之间存在对应关系的特点，在已知索长度、两端约束情况、分布质量等参数时，将高灵敏度的拾振器绑在斜拉索上，拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出斜拉索的自振频率，进而由索力与拉索自振频率之间的关系获得索力，这是一种间接方法。现有仪器及分析手段，测定频率精度可达到0.005Hz。

索的两端为铰支，则索力计算方程为:

式中:n为索自振频率的阶数(即拉索长度内的半波个数);fn为索的第n阶自振频率(s－1);l为拉索的自由或挠曲长度。

主缆索股内力测试结果如图3、图4所示。

图3 西北岸主缆索股内力分布

主缆索股内力测试结果表明:西北岸上下游索股内力较为均匀，最大差值为2.4kN;东南岸上下游索股内力很均匀，大小基本相等。此外，东南岸以及西北岸索股上下游内力总和差值在5%以内，说明主缆受力处在一个较优良的状态。

图4 东南岸主缆索股内力分布

吊索内力测试结果如图5所示。

图5 上、下游侧内力分布

由吊索内力实测结果对比可知:吊索内力呈现中间小两头大的分布趋势，吊索索力上下游最大相差为18.5kN，但上下游索力总和基本相等，上游索力略高于下游。

5 悬索跨越结构综合评定

5.1 漆膜老化评定

根据文献[2］评价钢结构漆膜涂层的完好程度。钢结构漆膜涂层的老化评级内容包括失光、变色、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、长霉、斑点、泛金以及玷污等，分别评定为优、良、中、差、劣六个等级。

5.2 钢构件锈蚀评价

根据文献[2］评价钢构件的锈蚀情况。根据现场检查结果对钢构件锈蚀状况进行等级评定，评定为未锈、微锈、中等锈蚀和严重锈蚀四个级别。其中，未锈定义为钢材表面全部覆盖氧化皮，几乎没有铁锈;微锈定义为钢材表面已发生锈蚀，且部分氧化皮已剥落;中等锈蚀定义为钢材表面的氧化皮已因锈蚀而剥落或可以刮漆，且有少量点蚀;严重锈蚀定义为钢材表面的氧化皮已因锈蚀全面剥落，已普遍发生点蚀。