CN104060544B - 一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，属于管道悬索跨越桥的施工技术领域，包括以下内容：A.工艺实施过程分析：以两岸中地势较为平缓的一侧作为发送岸，分析安装过程中管道悬索跨越桥结构的力学状况；B.桥身的分组；C.两岸塔架的预偏设置；D.第一组桥身吊装；E.剩余桥身吊装；F.安装过程及成桥后的监测。实现了桥身的非对称性安装，对工程地域的适应性强，对绝大多数跨越结构均有可移植性，场地平整修筑工作量及施工难度小、周期短，效率更高。

Description

一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺

技术领域

本发明涉及管道悬索跨越桥的施工技术领域，具体而言，涉及一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺。

背景技术

管道跨越河流、峡谷等经常采用管道悬索跨越结构，在两岸分别建设塔架，管道支撑在两岸塔架之间的桥身上，桥身由吊索吊起。悬索跨越结构由于其较低的投资及成熟的施工工艺，在跨越结构中应用较多。通常悬索跨越结构为柔性结构，即塔架脚部采用铰接，桁架桥身的宽跨比远远小于普通悬索桥的宽跨比。

由于建设地点的地貌特点，悬索跨越桥的桥身安装通常采用由两岸往中间安装或中间往两岸安装的对称方式，该传统的悬索结构安装方式可以在安装过程中确保结构受力均匀，成桥线形保持对称。

但是，对称的安装方式需要两岸均具备吊装条件由中间往两岸进行对称安装，或中跨具备驳船停靠条件由两岸往中间进行桥身对称安装。而多数悬索跨越桥的建设地为峡谷、湍急河流等险峻地貌，进场道路及场地平整修筑工作量巨大，采用的方式多为开山劈石、围堰或搭设栈道，施工周期长、风险性高、对原始地貌破坏面积大，涉及河流、山脉等难以避开的问题，对称安装的实施难度大，工程施工费用较高，同时安装时间也较长。因此，寻求一种适用于多种地貌的柔性悬索跨越结构桁架桥身的安装方式，将是提高桥身贯通这一关键施工节点效率的途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于各种地形的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，以解决现有的对称法桥身安装带来的场地平整修筑工作量大、实施难度大、周期长、风险性高的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，包括以下内容：

A.工艺实施过程分析：以两岸中地势较为平缓的一侧作为发送岸，分析安装过程中管道悬索跨越桥结构的力学状况，读取工艺实施各阶段结构的力学及位置参数，并确定桥身分组参数、塔架预偏值；

B.桥身的分组：根据A中所述桥身分组参数，对每组的各榀桥身进行预连接；

C.两岸塔架的预偏设置：根据A中所述塔架预偏值，调节两岸塔架的预偏量；

D.第一组桥身吊装：按照B中的桥身分组，从发送岸吊运第一组桥身至对岸塔架侧的第一组桥身安装位置，并与对应的吊索连接；

E.剩余桥身吊装：顺序将剩余各组桥身从发送岸吊运至与前一组桥身相连，且分别与对应的吊索相连，最后一组桥身和所述第一组桥身分别与邻近的塔架连接固定；

F.安装过程及成桥后的监测：监测上述各阶段结构的力学及位置参数，分别为背索段的索力监测、桥身的应力监测、塔基的应力监测、塔架的预偏位置和主索的位置监测。

这样结合施工地地貌特点、道路及场地现场条件，选定较为平坦的一侧作为发送岸，只需从两岸的一端，即发送岸，向对岸发送桥身的非对称性安装施工工艺，避免了在陡峭狭窄地区实施两岸往中跨安装或采用驳船中间往两岸安装的对称性安装工艺带来的场地平整修筑工作量大、实施难度大、周期长、成本高的问题，有效拓展了管道悬索跨越的施工范围，提高效率，减小投资成本。

在内容B的桥身的分组中，根据内容A中得出的方案计算结果相关参数，对桥身进行分组，即可以满足多榀桥身的同时吊装。预分组的各榀桥身按序号进行连接，各连接部位采用高强螺栓连接，不应过紧，利于吊装过程中桥身的变形，减小应力集中，待全桥安装完毕后再按照高强螺栓施工规范进行连接施工。

进一步地，在内容A中，采用有限元法对工艺实施过程进行建模及仿真分析，根据全过程仿真工艺实施过程中各关键结构的力学状况，调整确定桥身分组参数、塔架预偏值，直至工艺实施过程各结构受力及位置满足设计要求，读取工艺实施各阶段结构的力学及位置参数。

在该桥身的非对称安装工艺实施过程分析中，因悬索跨越桥身非对称性安装过程非线性现象较为明显，采用传统计算方式误差较大，且结果不直观，需要采用非线性分析手段对工艺实施过程进行计算，掌握塔架、缆索、桥身、塔基等受力部位的力学状况。因此，建立跨越结构非线性分析模型，根据总体方案全过程仿真工艺实施过程中各关键结构的力学状况，并根据计算结果调整桥身分组、塔架预偏值等参数，直至计算结果满足工艺实施过程各结构受力及位置满足设计要求。读取工艺实施各阶段关键结构的力学及位置参数，便于工艺实施过程中对现场进行实际监测对比。

具体采用非线性理论，建立悬索跨越空间结构有限元模型，并利用精确平衡状态分析，模拟跨越结构桥身非对称性吊装过程施工受力状况及边界条件，分析掌握施工过程中悬索索系及塔架的应力及位移状态。

这样结合悬索跨越桥身非对称性桥身安装工艺的实施特点，通过三维仿真分析工艺实施过程中关键结构的受力特点及状态，并给工艺优化提供确切依据，同时，给塔架预偏、桥身分组及吊装顺序等关键工序提供明确的要求，使非对称性安装工艺施工过程满足方案要求，与仿真分析趋势一致，施工过程安全、可控、准确。

进一步地，在第一组桥身吊装之前，根据A中所述桥身分组参数，在发送岸搭设用于承载和吊运各组桥身的桥身发送平台，在桥身发送平台将预连接的各组桥身吊运发送至对岸。

桥身发送平台可根据实际情况搭设土石结构或钢桁架结构平台，在承载力、高度、宽度等方面满足桥身分组的发送需要。预连接完毕的桥身可用吊车吊运至发送平台。

进一步地，在第一组桥身吊装之前，根据A中桥身分组参数，设计满足吊装载荷需求的桥身吊装装置，并在两岸的塔架间安装所述桥身吊装装置，桥身吊装装置沿主索的中间段在两岸之间往复运动。

具体根据桥身特点及桥身分组参数、吊装载荷需求，设计桥身吊装装置，具体为缆索吊，其包括锚固装置、承重索、塔顶支撑转向系统、滑动行车装置、滑轮吊升装置，明确缆索吊的安装程序，确立缆索吊系统的各部位的结构、制作及安装方法。

安装桥身吊装装置时，跨越塔架顶部安装承重索支撑转向系统；安装承重索两岸锚固系统；安装并张拉承重索满足设计垂度及张拉力；安装牵引及起重用卷扬系统；安装两组独立的滑轮装置；安装两组独立的滑轮吊升装置；安装并调整起重索、牵引索；检查并验收。

进一步地，在内容C中，采用背索调节装置张拉主索的背索段使塔架预偏，并同步采用全站仪测量，直至塔架的偏角符合塔架预偏值。

由于在桥身安装过程中，跨中载荷的不断增加，两岸塔架有逐渐往河中方向摆动的趋势，通过预偏设置抵消这部分摆动量，因非对称安装跨中受力不均衡状态明显，因此预偏设置量与对称安装的不同。

预偏安装时，根据A中明确的两岸塔架需要的预偏值，在桥身吊装前通过背索段的张拉将塔架预偏到位，实现跨越结构完成后塔架的垂直度满足规范要求。跨越桥的主索分为背索段和位于两塔架之间的中间段。

进一步可分别在桥身两侧垂直于桥身方向架设全站仪，具体可在垂直于桥身方向50m位置架设，使跨越桥在全站仪可视范围内，在两岸塔架的顶部设置标记点，在背索段张拉使塔架发生偏移时，同时通过全站仪观测塔架顶部的标记点，通过观测出的标记点的坐标值与塔架垂直时该标记点的坐标之间的偏差即可计算出该点偏移的位置，确定塔架偏移的角度，当塔架预偏角度满足预偏值时停止张拉背索段，即停止塔架的预偏，塔架位置确定，完成预偏设置。

背索调节装置，在本发明工艺实施过程中对两岸的背索段进行调节，由定位夹紧部件、张拉部件构成，使两岸塔架的预偏满足分析确定的预偏值，同时两岸背索段的索力也在设计值允许范围内。

进一步地，在内容F中，采用传感器及索力动测仪监测背索段的索力，传感器与索力动测仪间用电缆相连，将传感器固定于背索段上测量缆索的振动频率，通过索力动测仪读取索力数据。

由于非对称性的安装管道跨越结构多用于管道跨越山沟、峡谷、大河等陡峭或险峻的地貌，安装工艺实施过程中，全桥的非线性状态比对称性安装工艺更为明显，特别是塔架预偏、桥身安装全过程、桥身安装完成后的全桥线性调整等关键工序时需要重点索力状况监控，避免工艺实施过程中出现的受力失控。测量时，传感器用于测量缆索在收到外力振动情况下的缆索的振动频率，索力动测仪用于把传感器信号转换为直接读取的索力数据。

进一步地，在内容F中，采用应变仪与数据采集器监测桥身的应力，数据采集器与应变仪间用电缆相连，在桥身吊装前将应变仪粘贴于桥身的上弦杆位置，通过数据采集器读取桥身吊装前后应变数据及确定桥身应力状况。

因为全桥载荷呈非对称状态，桥身安装完毕前，其线性与设计成桥线性相差较大，因此桥身的受力状态也与成桥状态不尽相同，需要对桥身安装全过程的受力状况进行监控，以确定其是否与方案实施分析时的参数计算值相符，确保工艺实施过程中桥身的力学状况良好。应变仪在桥身吊装前粘贴于桥身典型上弦杆位置，数据采集器用于把应变仪采集到的应变数据显示在LED屏幕上，通过桥身吊装前后应变数据的读取差值可以计算出数据采集部位的应力状况，从而了解到桥身吊装过程中的桥身应力变化状况。

进一步地，在内容F中，采用预埋应变仪和数据采集器监测塔基的应力，数据采集器与预埋应变仪间用电缆相连，预埋应变仪在塔基混凝土浇筑前安装在塔基预埋钢筋上，通过数据采集器读取桥身吊装前后应变数据及确定塔基应力状况。

塔架预偏时会承受来自顺桥向的偏载，需要监测混凝土塔基受力是否超限。数据采集器用于把应变仪采集到的应变数据显示在LED屏幕上，通过桥身吊装前后应变数据的读取差值可以计算出数据采集部位的应力状况，从而了解到桥身吊装过程中的塔基应力变化状况。

进一步地，在内容F中，采用全站仪和GPS测量装置监测塔架的预偏位置和主索的位置，塔架顶部的边缘在沿桥身方向及垂直桥身方向的中点位置分别设置塔架标定点，在主索的中点位置设置主索标定点；在两塔架的沿桥身方向及垂直桥身方向分别架设测量塔架位置的全站仪，并且测量塔架位置的全站仪与塔架的中心轴线对齐；测量主索位置的全站仪架设于能观测主索标定点的位置；GPS测量装置设置基站于跨越工地开阔地带，通过设有的多个控制桩的数据形成GPS测量体系，直接测出塔架标定点和主索标定点的位置，并与全站仪的测量值互相校正，确定塔架的预偏位置和主索的位置。

监测塔架与主索在桥身安装过程及安装完毕后的位置是否与实施分析的参数值一致。可在塔架顶部的边缘在沿桥身方向及垂直桥身方向的中点位置分别设置塔架标定点，即塔架顶部外缘的4个中点位置设置塔架标定点。测量塔架位置的全站仪用于观测塔架预偏角度；测量主索安装位置的全站仪用于观测主索中点的垂度是否符合施工方案要求。架设GPS时可具体选择2-3个控制桩数据建立起GPS测量体系，测量标定点是否符合施工方案要求，此方式可以直接测出标定点的位置，作为验证，同时，可以测量缆索锚头位置是否符合施工方案要求。

而传统方法只利用全站仪进行测量，需要配合的人员较多，时间也较长，采用GPS测量方式可以实时方便的测量标定点误差，同时，因GPS不需不断转站，也可以不用通视状态下测量，减少了人为误差因素，同时还可以在阳光较强的时段作为主要测量方法，此时段河面反光对全站仪测量结果有较大影响，两种方法互相校正，准确度更高，同时也提高了效率。

以上监测状况的状态评估均以仿真分析所得参数为准，监测安装过程中各施工内容以及成桥后的相关参数是否与分析所得参数相符，若不相符，可在安装过程中及时调整修正、或进行各施工内容间的调整。

本发明的有益效果：

一、与传统管道悬索跨越桥的对称性安装桥身的实施工艺相比，本发明实现了桥身的非对称性安装，具有明显的优势，主要体现在对工程地域的适应性强，对绝大多数跨越结构均有可移植性，只需要在地势较为有利的一侧设置桥身发送场地，无需在两岸修筑发送场地，也无需解决河流中使用大型驳船的可行性及安全性等问题。

二、在施工时间、施工效率、施工经济性方面均优于传统对称性的桥身安装方法，解决了现有安装方法带来的场地平整修筑工作量大、实施难度大、周期长、风险性高、成本高的问题。

三、通过工程的实践证明，由于大量减少了道路修筑及场地平整的投入，减少了驳船租赁及装运码头的投入，不同的跨越规格，桥身安装费用减少了15%以上；施工时间减少了20%以上；明显减少了跨越施工对环保的影响及地貌恢复工作量。

综合以上因素，本发明的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺为现有的桥身的安装方式提供了新的思路，适用性更强，效率更高，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明提供的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺的实施效果图；

图2是本发明提供的监测塔架位置时全站仪和标记点的布置示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

某油气管道工程的跨越需要跨越河流，西岸地貌均较为陡峭，平均达到60度，且河流不能通航。因此如采用对称法进行桥身安装将需要进行大量的道路修筑及场地平整工作，且运输安全风险大。

该管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，包括以下内容：

工艺实施过程分析，选取较为平缓的东岸作为跨越结构预制、安装发送的发送岸，桥身发送平台3设置在东岸。

根据该跨越的现场情况及结构形式，建立跨越结构桥身安装非对称施工工艺仿真分析模型，模型为非线性有限元，对塔架1、缆索、桁架等跨越主要结构分别进行建模、单元选取、网格划分、离散分析、边界条件设置、载荷加载方式确定、后处理分析等工作。对吊装方案进行分析及优化，优化桥身安装方案满足结构受力及位置的设计要求。同时，读取了工艺实施关键阶段结构的力学及位移参数，调整桥身分组、塔架预偏值等参数。

桥身的分组，根据方案计算结果，对桥身进行分组，采用了3榀标准桁架桥身一组进行预连接，方便吊装时按组进行安装。

工艺实施前对跨越关键结构进行检查验收，特别是对塔架1的安装、主索4的安装、各锚固墩状况、桥身的预制情况等，为桥身非对称安装工艺做准备。

平整东岸场地，设置桥身发送平台3，根据该跨越的现场情况，采用了土堆平台，土堆规格为30m×5m×3m，可满足方案制定的最大5榀桁架的发送需求。

根据方案的仿真计算结果，设计了适合于本跨越桥身吊装的缆索吊系统作为桥身吊装装置6。系统由锚固装置、承重索、塔顶支撑转向系统、滑动行车系统、滑轮吊升系统构成。本桥身吊装装置6设置了两根主承重索，两套独立的行车吊装系统，满足非对称桥身的行进及吊装功能。

两岸塔架1的预偏设置，按照方案分析过程中的仿真计算结果，利用背索调节装置5牵引张拉缆索，对塔架1进行预偏设置，满足跨越桥身安装完成后，塔架1的状态符合设计要求。

可分别在桥身两侧垂直于桥身方向架设全站仪，具体可在垂直于桥身方向50m位置架设，使跨越桥在全站仪可视范围内，在两岸塔架1的顶部设置标记点，在背索段张拉使塔架1发生偏移时，同时通过全站仪观测塔架顶部的标记点，通过观测出的标记点的坐标值与塔架1垂直时该标记点的坐标之间的偏差即可计算出该点偏移的位置，确定塔架1偏移的角度，当塔架1预偏角度满足预偏值时停止张拉背索段，即停止塔架的预偏，塔架位置确定，完成预偏设置。

第一组桥身吊装，使用缆索吊系统，两组滑动行车分别与预吊装桥身的两个吊点连接，连接检查完毕后操作起重卷扬系统提升，检查吊点、锚固点、卷扬机系统是否正常，检查完毕后提升至发送高度，牵引两组滑动行车从东岸的桥身发送平台3上发送第一组桥身到对岸，吊装过程中保持缆索吊系统的牵拉索与起重索的协调平稳。牵引到位后，检查桥身吊点位置是否与吊索7相对应，两组起重卷扬系统配合连接桥身各吊点与对应吊索7至有效销接状态。

剩余桥身吊装，缆索吊系统返回至东岸的桥身发送平台3，吊装第二组桥身至西岸，与第一组桥身预连接，连接螺栓暂不拧紧。采用此方法，往复进行安装，直至第16组桥身安装完毕并与对应吊索7相连接，桥身连接好后，整体桥身的两端分别与各自所在侧的塔基2上的桥身销接装置相连接，最终完成所有桥身的安装。

桥身安装过程及成桥后，通过监控测试及测量手段，结合方案仿真计算结果，与现场塔架1、塔基2、主索4等关键结构的测量参数进行对比。

测试主要采用的方式为：混凝土应变仪在塔架1基础部位采用预埋的方式进行塔基2的应力监测及采用智能数码应变计安装于桁架上弦杆的方法进行桥身的应力监测，掌握塔架1基础及桥身在桥身非对称安装工艺实施过程中的受力状况是否在安全范围之内，采用传感器和索力动测仪测量背索拉力是否满足仿真计算状况，采用全站仪和GPS测量装置监测塔架1的预偏位置和主索4的位置。

图2中的箭头方向为桥身方向，塔架1顶部的边缘在沿桥身方向及垂直桥身方向的中点位置分别设置塔架标定点8，在主索4的中点位置设置主索标定点；在两塔架1的沿桥身方向及垂直桥身方向分别架设塔架测量全站仪9，并且塔架测量全站仪9与塔架1的中心轴线对齐；主索测量全站仪架设于能观测主索标定点的位置；GPS测量装置设置基站于跨越工地开阔地带，通过设有的多个控制桩的数据形成GPS测量体系，直接测出塔架标定点8和主索标定点的位置，并与塔架测量全站仪9、主索测量全站仪的测量值互相校正，确定塔架1的预偏位置和主索4的位置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，包括以下内容：

A.工艺实施过程分析：以两岸中地势较为平缓的一侧作为发送岸，分析安装过程中管道悬索跨越桥结构的力学状况，读取工艺实施各阶段结构的力学及位置参数，并确定桥身分组参数、塔架预偏值；

B.桥身的分组：根据A中所述桥身分组参数，对每组的各榀桥身进行预连接；

C.两岸塔架的预偏设置：根据A中所述塔架预偏值，调节两岸塔架的预偏量；

D.第一组桥身吊装：按照B中的桥身分组，从发送岸吊运第一组桥身至对岸塔架侧的第一组桥身安装位置，并与对应的吊索连接；

E.剩余桥身吊装：顺序将剩余各组桥身从发送岸吊运至与前一组桥身相连，且分别与对应的吊索相连，最后一组桥身和所述第一组桥身分别与邻近的塔架连接固定；

F.安装过程及成桥后的监测：监测上述各阶段结构的力学及位置参数，分别为背索段的索力监测、桥身的应力监测、塔基的应力监测、塔架的预偏位置和主索的位置监测；

在内容F中，采用全站仪和GPS测量装置监测塔架的预偏位置和主索的位置，塔架顶部的边缘在沿桥身方向及垂直桥身方向的中点位置分别设置塔架标定点，在主索的中点位置设置主索标定点；在两塔架的沿桥身方向及垂直桥身方向分别架设测量塔架位置的全站仪，并且测量塔架位置的全站仪与塔架的中心轴线对齐；测量主索位置的全站仪架设于能观测主索标定点的位置；GPS测量装置基站设置于跨越工地的开阔地带，通过设有的多个控制桩的数据形成GPS测量体系，直接测出塔架标定点和主索标定点的位置，并与全站仪的测量值互相校正，确定塔架的预偏位置和主索的位置。

2.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在内容A中，采用有限元法对工艺实施过程进行建模及仿真分析，根据全过程仿真工艺实施过程中各关键结构的力学状况，调整确定桥身分组参数、塔架预偏值，直至工艺实施过程各结构受力及位置满足设计要求，读取工艺实施各阶段结构的力学及位置参数。

3.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在第一组桥身吊装之前，根据A中所述桥身分组参数，在发送岸搭设用于承载和吊运各组桥身的桥身发送平台，在桥身发送平台将预连接的各组桥身吊运发送至对岸。

4.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在第一组桥身吊装之前，根据A中桥身分组参数，设计满足吊装载荷需求的桥身吊装装置，并在两岸的塔架间安装所述桥身吊装装置，桥身吊装装置沿主索的中间段在两岸之间往复运动。

5.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在内容C中，采用背索调节装置张拉主索的背索段使塔架预偏，并同步采用全站仪测量，直至塔架的偏角符合塔架预偏值。

6.根据权利要求5所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，分别在桥身两侧垂直于桥身方向架设全站仪，使跨越桥在全站仪可视范围内，在两岸塔架的顶部设置标记点，在背索段张拉使塔架发生偏移时，同时通过全站仪观测塔架顶部的标记点，通过观测出的标记点的坐标值与塔架垂直时该标记点的坐标之间的偏差确定塔架偏移的角度，当塔架预偏角度满足预偏值时停止张拉背索段，完成塔架的预偏设置。

7.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在内容F中，采用传感器及索力动测仪监测背索段的索力，传感器与索力动测仪间用电缆相连，将传感器固定于背索段上测量缆索的振动频率，通过索力动测仪读取索力数据。

8.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在内容F中，采用应变仪与数据采集器监测桥身的应力，数据采集器与应变仪间用电缆相连，在桥身吊装前将应变仪粘贴于桥身的上弦杆位置，通过数据采集器读取桥身吊装前后应变数据及确定桥身应力状况。

9.根据权利要求1所述的管道悬索跨越桥桥身安装的施工工艺，其特征在于，在内容F中，采用预埋应变仪和数据采集器监测塔基的应力，数据采集器与预埋应变仪间用电缆相连，预埋应变仪在塔基混凝土浇筑前安装在塔基预埋钢筋上，通过数据采集器读取桥身吊装前后应变数据及确定塔基应力状况。