中缅天然气管道工程澜沧江跨越结构钢梁设计与施工

方绪镯

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司　武汉　430056)

中缅天然气管道工程澜沧江跨越结构钢梁设计与施工

方绪镯

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司武汉430056)

摘要中缅天然气管道工程澜沧江跨越结构为跨度280 m的悬索桥，是我国首座采用无抗风索系刚性桥面的大跨悬索管道跨越结构，取消抗风索系须增加主梁刚度，同时抗风性能也要满足要求，因此桥面采用抗风性能良好的钢桁加劲梁。钢梁采用全焊接桁片结构，桁高3 m，节间长度2.5 m，4个节间一个单元，形成10 m长的桁片式结构，实现了工厂模块化制造，降低了现场施工难度，从而保证了焊接质量，满足了山区运输条件及施工工期紧的要求。

关键词悬索管道跨越无抗风索系钢桁加劲梁主桁桁片式模块化制造

中缅天然气管道是我国“十一五”期间规划的重大天然气管道项目之一，与同期拟建的中缅原油管道共同构成我国油气进口的西南战略通道。澜沧江跨越工程即为中缅油气管道工程(国内段)4个大型河流穿跨越工程之一。澜沧江跨越结构是中缅天然气管道工程的控制性工程，是我国首座3管(天然气管道、原油管道、成品油管道)并行安装的跨越桥梁。澜沧江跨越结构地处云南省保山县和大理州交界的澜沧江上，设计采用悬索桥一跨过江，跨度长度280 m，桥面高程1 363 m。各项工程建设指标和难度均属我国管道建设史上的首次。

1主要技术标准

(1) 设计基准期：50年。

(2) 航道等级：IV级。

(3) 设计洪水频率：1/100。

(4) 设计水位：+1 243 m。

(5) 活载：检修荷载按《油气输送管道跨越工程设计规范》(GB 50459-2009)取2 kN/m2。

(6) 设计基准风速：按初设风洞试验结论30.7 m/s(成桥状态)、27.02 m/s(施工状态)取用。

(7) 地震:根据《油气输送管道线路工程抗震技术规范》(GB50470-2008)规定，大型跨越应按50年超越概率2%的地震动参数进行抗震设计。根据初步设计地震评价部门给出的地震动参数，澜沧江跨越位置超越概率50年2%地震峰值加速度为0.28g。

2主桥总体布置

澜沧江跨越结构为2塔悬索桥，主缆计算跨度为：25 m+280 m+25 m，矢跨比为1/10，主缆锚固方式采用隧道锚。主塔结构设计为门式结构，由钢塔柱及上、中、下横梁组成，塔高(从承台顶面算起)为34.5 m。塔柱间横向中心距：在塔顶处10 m，承台顶处13.8 m[1]。传统的悬索跨越管道设计是加设抗风索系，并给抗风缆加设一定的预张力，以抵抗强风荷载的冲击，但跨越的澜沧江两岸为悬崖峭壁，困难重重，因此设计取消了抗风索系，依靠跨越结构自身刚度抵抗风荷载，采用抗风性能良好的钢桁梁作为澜沧江跨越结构的主梁，跨度280 m。通过对澜沧江跨越结构的抗风性能进行目前世界上最大比例尺(1∶20)的全桥风动模型试验，确保跨越结构在高山峡谷地貌下的结构抗风稳定性问题。并由此掀开我国大跨悬索管道跨越采用无抗风索系刚性桥面的新篇章[2]。澜沧江悬索跨越结构的立面及横断面布置见图1。

a)　立面布置图(单位：m)

b)　横断面布置图(单位：mm)

3钢桁加劲梁设计

主梁采用钢桁加劲梁，由主桁、横联和上、下平面纵向联接系等组成，在吊索节点处设主横联，在非吊索节点处设副横联，在端节点处设桥门架。管道支撑在主横联顶面横撑杆上。钢桁梁加劲梁为单跨简支结构，在主桁架端部设双向活动拉压支座和顺桥向抗震挡块，在桥门架底横撑杆跨中设横向抗风、抗震限位支座。

3.1　主桁设计

钢桁加劲梁采用带竖杆的华伦式桁架，由于跨越结构受力小，须满足取消抗风索系后的刚度要求，主桁设计时通过对钢桁梁的结构刚度及经济性进行综合比较。采用桁高3.0 m，节间长2.5 m，桁宽10.0 m，吊索纵向中心距5.0 m。由于主桁杆件受力较小，弦杆、斜杆和竖杆均采用制造简单、拼装方便的H形截面。主桁架上、下弦杆高360 mm、宽404 mm，翼缘厚32 mm,在节点范围加厚至36 mm,腹板厚28 mm；竖杆高360 mm、宽140 mm，翼缘和腹板厚度均为10 mm；端竖杆高404 mm、宽360 mm，翼缘厚32 mm,腹板厚20 mm；斜杆高360 mm、宽160 mm，翼缘和腹板厚度均为10 mm。见图2。

图2　主桁截面(单位：mm)

钢桁梁主桁设计时，通常有散装节点杆件逐根拼接和整体节点部分杆件拼接。由于澜沧江跨越结构的特殊性，需要充分考虑山区运输条件、施工难度及工期要求。为降低山区道路运输大型构件的难度、降低施工难度并加快施工进度,钢桁梁结构设计时采用厂内预制、分片运输、现场分片组装成整节段吊装方案。主桁设计时,桁架节点采用焊接整体节点，见图3,并将单片主桁4个节间为1个单元,即形成每片主桁长10 m的桁片式结构[3]，见图4。工程实践证明，该方案保证了结构焊接质量并且取得了良好的经济效益和时间效益。

图3　焊接整体节点示意图

图4　桁片式结构立面图(单位：mm)

3.2　横联及桥门架设计

澜沧江跨越结构设置了主横联和副横联。主横联与副横联间隔设置，纵向间距均为5.0 m。输油(气)管道支撑在主横联顶面横撑杆上。主、副横联顶面横撑杆同时可作为桥面格栅板的支撑结构。横向连接系采用焊接工字形和角钢截面。主、副横联横撑杆与主桁节点之间通过M22高强度螺栓连接。断面见图5。桥门架布置形式同主横联一样，因为受力需要，截面尺寸及板厚有所增大。

图5　横联断面图(单位：mm)

3.3　纵向联结系设计

澜沧江跨越结构为加强主桁在横向风力等荷载作用下的整体稳定性，设置了纵向联结系。纵向连接系分为上、下平纵联，采用“交叉形”结构。上平纵联斜撑杆高212 mm、宽240 mm，翼缘板厚度12 mm,腹板厚度10 mm。下平纵联斜撑杆高192 mm、宽200 mm，翼缘板厚度12 mm，腹板厚度10 mm。上、下平纵联杆件翼缘与平联节点板之间通过M22高强度螺栓连接。纵向联结系布置见图6。

图6　纵向联结系布置示意图

4钢桁加劲梁防腐

根据澜沧江跨越结构桥址处环境，钢梁采用长效防腐涂料防护体系，按《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》(TB/T1527-2011)第七套体系执行。钢梁在运输、架设过程中应尽量避免损伤钢梁结构涂装，对损伤的油漆应及时修补。

5钢桁加劲梁制造及安装

钢梁采用工厂模块化加工制造、现场组拼的方法，实现桥梁施工工厂化，结构安全质量得到了保证。工厂化制造的主桁桁片及纵横向联结系等构件在现场组拼成10 m一整节段，利用缆索吊机在主缆及吊索安装到位之后从跨中往两边架设，见图7。

图7　钢梁架设

6结语

中缅天然气管道工程澜沧江跨越结构是我国首座大跨悬索管道跨越采用无抗风索系刚性桥面。钢桁加劲梁设计时充分考虑运输条件、施工难度及工期要求，采用了桁片式设计，实现了工厂模块化施工，现场组拼，整节段吊装，实现了良好的经济效益与时间效益。可为今后类似管道跨越结构提供借鉴。澜沧江跨越结构于2012年10月24日正式贯通。

参考文献

[1]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.中缅天然气管道工程(国内段)澜沧江跨越施工图设计[Z].武汉：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2011.

[2]中国石油天然气管道工程有限公司.中缅天然气管道工程(国内段)大中型穿越工程、澜沧江桥隧工程、澜沧江悬索跨越工程说明书[Z].北京：中国石油天然气管道工程有限公司，2011.

[3]杜萍,万田保.铜陵公铁两用长江大桥主桥钢梁设计[J].桥梁建设,2014,44(2)：6-11.

收稿日期：2015-09-17

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.011