大型管道跨越桥梁检测实践——以龙会集气干线巴河跨越桥梁为例.pdf

集输气管道跨越对于管道安全十分重要，跨越桥梁的安全性决定着跨越管段的生产运行安全，需要通过对跨越桥梁开展全面检测，掌握跨越的综合性能和安全可靠性。通过对龙集线大型悬索桥跨越结构特点进行分析，结合公路桥梁检测技术要求，采用先进的技术及仪器进行检测实践。检测结果表明：被检测跨越整体结构稳定、可靠，各部位综合性能均能满足安全生产运行要求；选择的技术是合理可行的，适用于大型管道跨越桥梁检测，其总结分析的检测应用情况可为下一步大型管道跨越的检测和管理提供有益参考。关键词大型管道；跨越桥梁；安全检测D0I:10.20029/j.issn.1004-1346.2023.08.003Inspection Practice of Large Pipeline Crossing Bridge-Taking the Ba River Crossing Bridge of Longhui Gas CollectingTrunk Line as an ExampleWANGYangNortheast Sichuan Gas Mine,PetroChina Southwest Oil-gas Branch Company(Dazhou,Sichuan 635000,China)Abstract The Spanning of gathering gas pipeline is very important for the pipeline safety,and the safety of crossing bridge decides theproduction operation safety of spanning pipe sections,so it is necessary to master the comprehensive property and safe reliability of pipe-line spanning by carrying out comprehensive inspection of crossing bridge.Through the analysis on the spanning structure characteris-tics of large suspension bridge on Longji line,advanced technology and instruments were adopted to conduct inspection practice com-bined with the testing technology requirements of highway bridges.The testing results show that the inspected crossing overall structureis stable and reliable,and comprehensive performance of each part can meet the requirements of safe production and operation.It is alsoshown that the above selected technology is rational and feasible,and suitable for the inspection of large pipeline crossing bridge.In aword,this inspection application in above analysis and summary can provide beneficial references for the future inspection and manage-ment of large pipeline spanning.Key words large pipeline;spanning/crossing bridge;safety inspection汪洋.大型管道跨越桥梁检测实践以龙会集气干线巴河跨越桥梁为例 J.石油工业技术监督,2 0 2 3,3 9(8):9-13.WANG Yang.Inspection practice of large pipeline crossing bridgeTaking the Ba River Crossing Bridge of Longhui Gas CollectingTrunk Line as an Example J.Technology Supervision in Petroleum Industry,2023,39(8):9-13.龙会集气干线设计压力为9.0 MPa，管径273mm，于2 0 16 年2 月投产，目前输气量约3 0 10*m/d。其巴河跨越主跨3 2 0 m，位于四川省达州市渠县，属甲类大型跨越。集输气管道跨越对于管道安全十分重要，是其重点关注部位，跨越桥梁的安全性决定着跨越管段的生产运行安全。对于大型管道收稿日期：2 0 2 2-10-2 5；修回日期：2 0 2 3-0 3-14作者简介：汪洋(19 7 5)，男，工程硕士，高级工程师，现主要从事集输气工艺管理工作。E-mail:跨越，需要定期通过对跨越桥梁开展全面检测，掌握跨越的综合性能和安全可靠性。现行行业标准SY/T6068一2 0 14油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程对跨越的检测要求较为简单，缺乏对检测具体的技术要求及操作规定，不能完全满足跨越全面检测的需要。通过对龙会集气干:10石油工业技术监督线大型悬索桥跨越结构特点分析，结合公路桥梁检测技术要求，采用先进的技术及仪器进行检测实践，探索了一套适用于大型管道跨越桥梁的检测评价技术和方法，为跨越维护维修提供了理论依据2，为大型管道跨越安全生产管理提供了技术支撑。1巴河大型管道跨越及结构特点龙会集气干线巴河跨越管道水平长度3 42 m，其中跨越段水平长度3 2 0 m。另外，巴河跨越预留406.4m输气管、D80气田水管线及光缆通道各1根。该工程桥面上下层输气管道两侧都布置有检修通道，设计按两层两条通道满跨满布检修荷载考虑。目前上层管道正常输气，下层备用。巴河跨越两岸各设置一个钢结构摇摆塔，塔架高度约为3 7.5m，断面为矩形的焊接空间结构。桥面采用空间架结构，高度为2.4m，宽度为2.2 m。跨越缆索采用平行钢丝束、热铸锚。跨越两岸各设置1个重力式主索锚固墩和2 个重力式风索锚固墩。桥面桁架采用槽钢与角钢焊接成约5m一段的桁架结构，用螺栓与热轧H型钢吊架连接。桥面板采用成品钢格栅板，热浸锌防腐。跨越结构由两条主缆承重，在斜平面内对称布置两条风索，并对其施加一定的预拉力，使整个结构在竖向和水平面产生适当的刚度，构成空间结构体系。龙会集气干线巴河跨越桥梁如图1所示。图1巴河跨越桥梁实景图2检测要求及技术选择根据SY/T6068一2 0 14油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程规定，要定期对跨越结构进行检查。主要对外观结构、位移变形、锈蚀松动等进行检查，侧重于宏观检查。要求定期进行动力特性、重要部位内力、拉索索力、拉索探伤和静载的检测，但没有明确具体检测要求及检测方法，在准确判断跨越本体结构及绳索内部状况适用性方面存在不足。由于油气跨越结构自身的结构特征及受力特点，在检测评估过程中各结构技术状况评分方法上会有所区别,主要体现在结构部件的评分及缺陷严重程度划分会有所变化。结合油气管道跨越结构的结构特征及受力特点，参考公、铁路桥梁检测评价方法，以龙会集气干线巴河跨越悬索结构检测为实例，提出了适用于大型油气管道跨越桥梁结构检测评价的具体内容及检测方法。巴河跨越主要检测内容包括宏观检查、支承结构检测、基础和锚固墩检测、塔架(桁架)检测、钢索检测、桥梁线形测量、索力测试、自振频率测试、高强螺栓紧固质量检测、基准网和永久观测点的建立检测、混凝土钢筋锈蚀检测、混凝土电阻率及强度检测、钢结构焊缝检测、钢索内部锈蚀或断丝及截面损失检测等内容。其中，桥梁线形测量和索力测试是检测重点。本次对跨越全桥外观进行详细的宏观检查。外观检查以拍照目测为主，检查结构存在的缺陷（混凝土破损、露筋锈蚀、结构裂缝、螺钉脱落、索夹滑移、油漆脱落等），仔细记录构件的状况，并对桥梁病害进行拍照，制作结构病害图。巴河跨越的线形观测包括桥面线形、主缆线性、风缆线形测量、风缆拉索位置测量、主塔三维线形测量、桁架梁体三维线形测量、塔架倾斜变位检测和永久观测点初始坐标的设置等。该桥的线形测量均采用带免棱镜功能的智能型测量仪器，采用极坐标法完成。跨越主吊索和背索索力测试采用频率法进行 5。3检测技术应用情况3.1桥梁基础、锚固墩等检测混凝土中钢筋锈蚀不仅影响结构的耐久性，而且影响结构的安全性。通过测试钢筋混泥土与参考电极之间的电位差，可判断钢筋发生锈蚀的概率。混凝土电阻率反映了混凝土的导电性能，可间接评判钢筋的可能锈蚀速率。混凝土电阻率采用四电极法检测。本次各测区的混凝土钢筋发生锈蚀的概率为9 5%。风索锚固墩检测中发现竖向裂缝，最大裂缝长2.00m，宽0.6 2 2.0 6 mm，属于浅表性裂纹，对基础伤害不大，不影响基础性能。3.2桥梁塔架、结构检测综合利用无人机搭载高清摄像机、人工长焦相机观测和人员实地检测等方法对跨越桥梁主体结汪洋：大型管道跨越桥梁检测实践构进行全面检查。对全桥缆索及索夹的外观进行检查，获取了有效图片并记录。检查发现塔架、支座、爬梯、锚固螺栓等存在起皮锈蚀；部分焊接点锈蚀较为严重；输气管道两边检修通道钢格栅板无明显病害，部分管道抱箍件有明显锈蚀；两侧栏杆钢管存在不同程度的锈蚀；塔架各部位均存在不同程度的锈蚀。采用超声波对塔架结构的对接焊缝进行检测，均为一级焊缝，符合设计要求7。本次抽查的螺栓全部满足扭矩范围要求。3.3桥梁自振频率测试本次自振频率测试采用大型通用有限元计算分析软件Midas建立空间三维数值分析模型，计算模型同静载实验模型。计算结构动力参数时将结构自重及桥面铺装等恒载转换为节点质量后进行。基于上述三维数值分析模型，通过分析计算，得到该桥的自振频率。通过脉动实验，经分析处理得到巴河跨越结构自振频率特性结果8。根据脉动频谱分析结果,结构脉动实验测得的主跨自振横向一阶振动频率为0.78,远大于理论计算频率0.17。主跨自振竖向一阶振动频率为1.56，远大于理论计算频率0.2 5。对自振横向二阶和纵向二阶，横向和纵向三阶的实测频率分析均大于理论计算频率，表明跨越结构的整体刚度较好。3.4绳索检测外观检测发现部分风索、主索吊索及风索拉索存在保护套滑移或保护套破损现象。巴河跨越绳索检测采用了国际上先进的磁致伸缩导波无损检测仪器，如图2 所示。该仪器通过磁通量变化检测金属横截面积损失和局部损伤9。在检测时，选择索体规格对应检测磁头，选配专用动力机器人作为牵引设备进行检测。图2 自动磁致伸缩导波检测仪通过对6 根主索、16 根主索吊索进行金属横截一以龙会集气干线巴河跨越桥梁为例面积损失和局部损伤检测，发现所检测绳索横截面积基本没有损失，均未发现断丝。主吊索实测索力与理论索力比值在0.8 7 1.13,抽检风拉索实测索力与理论索力比值在0.9 2 1.11,两岸背索索力与理论索力比值1.0 51.14，数据较为吻合，索力分布正常。3.5结构有限元计算情况根据设计文件、现场主索线形、实测背索力、吊索索力检测结果，并结合施工工程文件参数，采用大型有限元程序MIDAS/Civil2019建立全桥有限元模型。模型共有2 3 42 个节点，4516 个梁单元，512个索单元。钢桁架加劲梁、桥塔均采用梁单元模拟，主缆、风缆、吊杆采用索单元模拟。计算模型如图3 所示。图3 有限元计算模型图依据现行规范规定对主体结构进行计算，依次判定结构是否满足其承载力要求。计算载荷包括了恒载、检修荷载、风载、覆冰荷载、试压荷载、预应力及温度应力。跨越结构设计基准期为50 年。结合跨越实际情况和设计文件参数，选取计算荷载如下：1)恒载：输气管道、光缆、输送介质、缆索、桥面桁架自重等。2)检修荷载：按2 kN/m（管道工程检修使用），该工程桥面上下层输气管道两侧都布置有检修通道，设计按一层两条通道满跨满布检修荷载考虑。3)温度应力：按照温差+45和-2 3 计算并分析。4)风载：50 年一遇风速值取为2 4.3 m/s。5)覆冰荷载：取覆冰厚度2 0 mm。6)试压荷载：只考虑406m管道充满水的试压荷载,按1.1kN/m计算。7)预应力：风索施加预拉力6 7 0 kN,计算时按恒载考虑。跨越整体载荷计算共计考虑了13 种不同工况组合，进行主缆截面强度验算、主缆吊索截面强度验算、风缆截面强度验算、风缆拉索截面强度验算、加劲梁应力验算、加劲梁最大侧向位移验算。依据JTG/TJ21一2 0 11公路桥梁承载能力检测评定规程规定：:11:12石油工业技术监督应根据桥梁技术状况检查评定情况，选择具有代表性的或最不利的桥跨进行承载能力检测评定。经过计算：在最不利荷载组合作用下，主缆、主缆吊索、风缆、风缆拉索安全储备系数介于5.59 2 0 3.1,均大于规范要求的最小值，满足要求。在最不利荷载组合作用下，加劲梁纵梁最大正应力为12 6 MPa270MPa,最大剪应力为44.9 MPa155MPa,强度满足规范要求。在最不利荷载组合作用下，桥面纵梁最大正应力、最大剪应力强度满足规范要求。在50 年一遇风荷载下,加劲梁最大侧向位移-0.49 m,满足规范要求。通过计算得知，龙会集气干线巴河跨越工程主体结构承载力满足规范要求。3.6线性测量线形测量内容包括主缆线形测量、风缆线形测量、风缆拉索位置测量、主塔三维线形测量、桁架梁体三维线形测量等。本次检测由建立检测控制网、几何线形测量和永久变形观测3 部分内容组成。为保证桥梁变形观测成果的连续性与可比性，建立大桥变形观测的基准控制网2,巴河跨越平面基准网采用工程独立坐标系和独立高程系统。该桥的线形测量均用带免棱镜功能的智能型测量机器人，采用极坐标法完成。悬索桥的主缆受拉应力，且主缆搭在索鞍上可自由滑动，主塔只承受压力作用，如主缆与主塔固结，则主塔中会有弯矩存在。通过对主塔三维线形测量可间接反映出其弯矩所产生的挠度变形情况。在该桥东、西两个主塔的南、北塔柱上的不同高度截面上设置12 4个观测点位进行三维线形测量。全桥在桁架梁体侧顶面布设2 6 0 个观测点位，进行桁架梁体三维几何线形测量。从统计数据可知，跨越东西岸的测量数据符合精度高，基准控制网的质量可靠。基准控制网的验前和验后精度指标均满足相关规范要求，其约束平差后的基准点坐标可作为长期线形控制网以及梁体、塔、墩、锚锭永久观测点的基准。几何线形测量内容主要包括倾斜度测量与线形测量两部分。考虑到巴河跨越桥检测测量的精度要求和测量内容，其倾斜度及线形测量采用免棱镜测量方法，并采用三维自由建站法完成坐标采集。为便于今后跨越桥梁检测评价，在跨越本体及周边区域设立了永久观测点。在桥梁相关结构上共计布设了2 4个永久观测点，其中包括两岸主塔4个永久观测点，其点位采用特制抱箍件的形式进行埋设。在两岸墩柱承台设置8 个永久观测点，两岸主索锚锭、风缆主索锚锭设置12 个永久观测点，所有永久测量点位均采用预埋棱镜杆或者预埋件的形式埋点布设。永久观测点坐标测量采用三维自由建站法与后方交会法进行观测。对巴河跨越主缆索线形、风缆线形、桁架梁体三维线形测量形成三维坐标成果，通过横向与竖向变形线形图，主缆索吊索垂直度、风缆拉索垂直度、主塔塔柱三维空间位置等多项分析，巴河跨越各项结构在横向、竖向及不同高度上的空间姿态基本对称，结构稳定、安全。4结论及建议根据SY/T60682014油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程对跨越桥梁的检测要求，借鉴公路桥梁绳索检测方法和技术，对龙会集气干线巴河跨越桥梁进行了全面检测。本次检测，巴河跨越全桥总体技术状况评定为2 类，即有轻微缺损，对桥梁使用功能无影响，目前的状况是安全的。通过本次桥梁全面检测技术的应用实践，证明所选择的技术基本适用于大型管道悬索跨越桥梁检测，建立了一套完整的管道悬索跨越检测技术，形成了一套可行的悬索跨越评价方法 13 ,对今后大型管道悬索跨越全面检测评价和维护维修具有较好的参考价值。针对检测过程中发现的问题和缺陷，提出如下改进和维修建议：1)根据JTG51202021公路桥涵养护规范的要求：“2 类桥梁需进行小修，应及时对检测发现的部件锈蚀、破损等缺陷进行修复。”2加强跨越结构的维护保养，涂装防锈油漆的部分应定期涂刷，涂抹黄油的部分应定期更换黄油，发现剥落、锈蚀应及时处理。定期对紧固螺栓扭力进行检测，避免松动。3)周期性观测跨越主缆线形、主塔偏位、桥面偏位、桥面线形、吊杆横载索力,并与最近一年的观测数据进行对比，如发现有较大的不可恢复的线形变化时，应及时分析原因,采取适当的线形调整方案，以确保跨越桥梁安全运行。参考文献：1石油工业标准化委员会油气储运专标委.油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程：SY/T60682014S.北京：石油工业出版社,2 0 15.2白山云,陈开利,陈杰,等.公路悬索桥预防性养护技术 .桥梁建设.2 0 14,44(2):10 1-10 6.3唐永进.压力管道应力分析 M.2版,北京：中国石化出版汪洋：大型管道跨越桥梁检测实践社,2 0 10.4李辰,付有兵,张生,等.油气悬架系统刚度等效线性化及振动位移概率分布计算 J.科学技术与工程.2 0 2 0,2 0(2 3):9622-9626.5王伟坤,刘世忠.马新大桥索力测试及调索计算方法 .科学技术与工程.2 0 16,16(16):2 7 6-2 7 8.6翁永基.材料腐蚀通论:腐蚀科学与工程基础 M.北京:石油工业出版社,2 0 0 4.7袁厚明.地下管线检测技术 M.北京：中国石化出版社,2016.8赵碧航,杨汝东,孙测世.不同加劲梁重量下的悬索非线性振动特性 J.科学技术与工程.2 0 2 2,2 2(2 1):9 3 46-9 3 54.9唐志峰,吕福在.超声导波管道无损检测技术及应用 M.一-以龙会集气干线巴河跨越桥梁为例北京：冶金工业出版社,2 0 19.10彭阳,安建川,李明,等.勐岗河大型悬索跨越管道成桥状态下非线性静力有限元分析 J.天然气工业.2 0 2 0,40(1):125-131.11张平,林楠,王俊强.集中载荷作用下悬索跨越管道的应变响应 J.科学技术与工程.2 0 19,19(9):7 1-7 6.12周建庭,冯燕媚,蒋震,等.基于有限测点的悬索桥位移场获取与安全评估 .科学技术与工程.2 0 17,17(16):13 9-145.13严大凡,翁永基,董绍华.油气长输管道风险评价与完整性管理 M.北京：化学工业出版社,2 0 0 5.本文编辑：崔杰13减值）的计算精度。(上接第8 页)参考文献：3结论与建议1闫铁,李庆明,王岩,等.水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模1)长半径水平井直井段和水平段使用软杆模型，造斜段使用修正的软杆模型，其力学载荷计算准确度较纯软杆模型进一步提高，能够较好地评估出最大允许的下套管摩阻系数FFmax，为准确评估套管下人难易度提供理论支撑。2)利用邻井数据分析模型预测的下套管摩阻系数FF平均，与实际反演下套管摩阻系数FF实际误差小，预测准确度高。3)通过力学载荷理论模拟计算与数据分析模型相结合的方法，能够科学化、系统化评估套管下入情况，为井眼降阻技术和下套管方式的选择提供科学依据。4)为了进一步提高下套管摩阻系数预测的准确度，需要不断丰富邻井数据库。通过数据分析模型，获得更加精确的附加摩阻系数值，深入挖掘、精细分析评估下套管摩阻系数主控因子，提高每项主控因子对下套管摩阻系数正负影响值（摩阻系数增型 .大庆石油学院学报,2 0 11,3 5(5):6 8-7 2,8 3.2杨玉豪,张万栋,王成龙,等.大位移井下套管摩阻系数取值问题研究 J重庆科技学院学报(自然科学版),2 0 2 0,2 2(5),24-28.3 梁奇敏,杨永刚,何俊才,等.摩擦系数与摩阻系数及其控制方法探讨 J.钻采工艺,2 0 19,42(1),11-13.4阮杰,徐甜.大数据技术在油田套损井防治中的应用研究.中国管理信息化,2 0 18,2 1(13):6 9-7 1.5史肖燕,赵庆,宋鹏,等.钻井工程数据库的研究和设计 石油天然气学报,2 0 14,3 6(8),9 1-9 4,10 6.6牛成成,郑德帅,杨顺辉,等.大位移井套管下人摩阻预测新方法 J.科学技术与工程,2 0 14,14(6),13 0-13 4.7齐月魁,徐学军,李洪俊,等.BPX3X1大位移井下套管摩阻预测 J.石油钻采工艺,2 0 0 5(S1),11-13,86.8王艳红.水平井完井管柱可下人性分析研究 D.北京:中国石油大学(北京),2 0 0 8.9于长录,金有海.水平井完井管柱摩阻预测模型建立与下人性分析 J.石油机械，2 0 0 9,3 7(9),13 3-13 5,155.本文编辑：崔杰