方緒鐲

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司　武漢　430056)

中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)鋼梁設(shè)計與施工

方緒鐲

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司武漢430056)

摘要中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為跨度280 m的懸索橋，是我國首座采用無抗風(fēng)索系剛性橋面的大跨懸索管道跨越結(jié)構(gòu)，取消抗風(fēng)索系須增加主梁剛度，同時抗風(fēng)性能也要滿足要求，因此橋面采用抗風(fēng)性能良好的鋼桁加勁梁。鋼梁采用全焊接桁片結(jié)構(gòu)，桁高3 m，節(jié)間長度2.5 m，4個節(jié)間一個單元，形成10 m長的桁片式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了工廠模塊化制造，降低了現(xiàn)場施工難度，從而保證了焊接質(zhì)量，滿足了山區(qū)運輸條件及施工工期緊的要求。

關(guān)鍵詞懸索管道跨越無抗風(fēng)索系鋼桁加勁梁主桁桁片式模塊化制造

中緬天然氣管道是我國“十一五”期間規(guī)劃的重大天然氣管道項目之一，與同期擬建的中緬原油管道共同構(gòu)成我國油氣進口的西南戰(zhàn)略通道。瀾滄江跨越工程即為中緬油氣管道工程(國內(nèi)段)4個大型河流穿跨越工程之一。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)是中緬天然氣管道工程的控制性工程，是我國首座3管(天然氣管道、原油管道、成品油管道)并行安裝的跨越橋梁。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)地處云南省保山縣和大理州交界的瀾滄江上，設(shè)計采用懸索橋一跨過江，跨度長度280 m，橋面高程1 363 m。各項工程建設(shè)指標和難度均屬我國管道建設(shè)史上的首次。

1主要技術(shù)標準

(1) 設(shè)計基準期：50年。

(2) 航道等級：IV級。

(3) 設(shè)計洪水頻率：1/100。

(4) 設(shè)計水位：+1 243 m。

(5) 活載：檢修荷載按《油氣輸送管道跨越工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50459-2009)取2 kN/m2。

(6) 設(shè)計基準風(fēng)速：按初設(shè)風(fēng)洞試驗結(jié)論30.7 m/s(成橋狀態(tài))、27.02 m/s(施工狀態(tài))取用。

(7) 地震:根據(jù)《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》(GB50470-2008)規(guī)定，大型跨越應(yīng)按50年超越概率2%的地震動參數(shù)進行抗震設(shè)計。根據(jù)初步設(shè)計地震評價部門給出的地震動參數(shù)，瀾滄江跨越位置超越概率50年2%地震峰值加速度為0.28g。

2主橋總體布置

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為2塔懸索橋，主纜計算跨度為：25 m+280 m+25 m，矢跨比為1/10，主纜錨固方式采用隧道錨。主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計為門式結(jié)構(gòu)，由鋼塔柱及上、中、下橫梁組成，塔高(從承臺頂面算起)為34.5 m。塔柱間橫向中心距：在塔頂處10 m，承臺頂處13.8 m[1]。傳統(tǒng)的懸索跨越管道設(shè)計是加設(shè)抗風(fēng)索系，并給抗風(fēng)纜加設(shè)一定的預(yù)張力，以抵抗強風(fēng)荷載的沖擊，但跨越的瀾滄江兩岸為懸崖峭壁，困難重重，因此設(shè)計取消了抗風(fēng)索系，依靠跨越結(jié)構(gòu)自身剛度抵抗風(fēng)荷載，采用抗風(fēng)性能良好的鋼桁梁作為瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的主梁，跨度280 m。通過對瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能進行目前世界上最大比例尺(1∶20)的全橋風(fēng)動模型試驗，確保跨越結(jié)構(gòu)在高山峽谷地貌下的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性問題。并由此掀開我國大跨懸索管道跨越采用無抗風(fēng)索系剛性橋面的新篇章[2]。瀾滄江懸索跨越結(jié)構(gòu)的立面及橫斷面布置見圖1。

a)　立面布置圖(單位：m)

b)　橫斷面布置圖(單位：mm)

3鋼桁加勁梁設(shè)計

主梁采用鋼桁加勁梁，由主桁、橫聯(lián)和上、下平面縱向聯(lián)接系等組成，在吊索節(jié)點處設(shè)主橫聯(lián)，在非吊索節(jié)點處設(shè)副橫聯(lián)，在端節(jié)點處設(shè)橋門架。管道支撐在主橫聯(lián)頂面橫撐桿上。鋼桁梁加勁梁為單跨簡支結(jié)構(gòu)，在主桁架端部設(shè)雙向活動拉壓支座和順橋向抗震擋塊，在橋門架底橫撐桿跨中設(shè)橫向抗風(fēng)、抗震限位支座。

3.1　主桁設(shè)計

鋼桁加勁梁采用帶豎桿的華倫式桁架，由于跨越結(jié)構(gòu)受力小，須滿足取消抗風(fēng)索系后的剛度要求，主桁設(shè)計時通過對鋼桁梁的結(jié)構(gòu)剛度及經(jīng)濟性進行綜合比較。采用桁高3.0 m，節(jié)間長2.5 m，桁寬10.0 m，吊索縱向中心距5.0 m。由于主桁桿件受力較小，弦桿、斜桿和豎桿均采用制造簡單、拼裝方便的H形截面。主桁架上、下弦桿高360 mm、寬404 mm，翼緣厚32 mm,在節(jié)點范圍加厚至36 mm,腹板厚28 mm；豎桿高360 mm、寬140 mm，翼緣和腹板厚度均為10 mm；端豎桿高404 mm、寬360 mm，翼緣厚32 mm,腹板厚20 mm；斜桿高360 mm、寬160 mm，翼緣和腹板厚度均為10 mm。見圖2。

圖2　主桁截面(單位：mm)

鋼桁梁主桁設(shè)計時，通常有散裝節(jié)點桿件逐根拼接和整體節(jié)點部分桿件拼接。由于瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)的特殊性，需要充分考慮山區(qū)運輸條件、施工難度及工期要求。為降低山區(qū)道路運輸大型構(gòu)件的難度、降低施工難度并加快施工進度,鋼桁梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用廠內(nèi)預(yù)制、分片運輸、現(xiàn)場分片組裝成整節(jié)段吊裝方案。主桁設(shè)計時,桁架節(jié)點采用焊接整體節(jié)點，見圖3,并將單片主桁4個節(jié)間為1個單元,即形成每片主桁長10 m的桁片式結(jié)構(gòu)[3]，見圖4。工程實踐證明，該方案保證了結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量并且取得了良好的經(jīng)濟效益和時間效益。

圖3　焊接整體節(jié)點示意圖

圖4　桁片式結(jié)構(gòu)立面圖(單位：mm)

3.2　橫聯(lián)及橋門架設(shè)計

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)設(shè)置了主橫聯(lián)和副橫聯(lián)。主橫聯(lián)與副橫聯(lián)間隔設(shè)置，縱向間距均為5.0 m。輸油(氣)管道支撐在主橫聯(lián)頂面橫撐桿上。主、副橫聯(lián)頂面橫撐桿同時可作為橋面格柵板的支撐結(jié)構(gòu)。橫向連接系采用焊接工字形和角鋼截面。主、副橫聯(lián)橫撐桿與主桁節(jié)點之間通過M22高強度螺栓連接。斷面見圖5。橋門架布置形式同主橫聯(lián)一樣，因為受力需要，截面尺寸及板厚有所增大。

圖5　橫聯(lián)斷面圖(單位：mm)

3.3　縱向聯(lián)結(jié)系設(shè)計

瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)為加強主桁在橫向風(fēng)力等荷載作用下的整體穩(wěn)定性，設(shè)置了縱向聯(lián)結(jié)系?？v向連接系分為上、下平縱聯(lián)，采用“交叉形”結(jié)構(gòu)。上平縱聯(lián)斜撐桿高212 mm、寬240 mm，翼緣板厚度12 mm,腹板厚度10 mm。下平縱聯(lián)斜撐桿高192 mm、寬200 mm，翼緣板厚度12 mm，腹板厚度10 mm。上、下平縱聯(lián)桿件翼緣與平聯(lián)節(jié)點板之間通過M22高強度螺栓連接?？v向聯(lián)結(jié)系布置見圖6。

圖6　縱向聯(lián)結(jié)系布置示意圖

4鋼桁加勁梁防腐

根據(jù)瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)橋址處環(huán)境，鋼梁采用長效防腐涂料防護體系，按《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》(TB/T1527-2011)第七套體系執(zhí)行。鋼梁在運輸、架設(shè)過程中應(yīng)盡量避免損傷鋼梁結(jié)構(gòu)涂裝，對損傷的油漆應(yīng)及時修補。

5鋼桁加勁梁制造及安裝

鋼梁采用工廠模塊化加工制造、現(xiàn)場組拼的方法，實現(xiàn)橋梁施工工廠化，結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量得到了保證。工廠化制造的主桁桁片及縱橫向聯(lián)結(jié)系等構(gòu)件在現(xiàn)場組拼成10 m一整節(jié)段，利用纜索吊機在主纜及吊索安裝到位之后從跨中往兩邊架設(shè)，見圖7。

圖7　鋼梁架設(shè)

6結(jié)語

中緬天然氣管道工程瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)是我國首座大跨懸索管道跨越采用無抗風(fēng)索系剛性橋面。鋼桁加勁梁設(shè)計時充分考慮運輸條件、施工難度及工期要求，采用了桁片式設(shè)計，實現(xiàn)了工廠模塊化施工，現(xiàn)場組拼，整節(jié)段吊裝，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益與時間效益?？蔀榻窈箢愃乒艿揽缭浇Y(jié)構(gòu)提供借鑒。瀾滄江跨越結(jié)構(gòu)于2012年10月24日正式貫通。

參考文獻

[1]中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司.中緬天然氣管道工程(國內(nèi)段)瀾滄江跨越施工圖設(shè)計[Z].武漢：中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司，2011.

[2]中國石油天然氣管道工程有限公司.中緬天然氣管道工程(國內(nèi)段)大中型穿越工程、瀾滄江橋隧工程、瀾滄江懸索跨越工程說明書[Z].北京：中國石油天然氣管道工程有限公司，2011.

[3]杜萍,萬田保.銅陵公鐵兩用長江大橋主橋鋼梁設(shè)計[J].橋梁建設(shè),2014,44(2)：6-11.

收稿日期：2015-09-17

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.011