梁底狭窄空间废弃输油管道拆除施工技术

张娜

（中铁十四局集团第三工程有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

2011 年7 月1 日起施行的《公路安全保护条例》规定，禁止利用公路桥梁（含桥下空间）、公路隧道、涵洞堆放物品，搭建设施以及铺设高压电线和输送易燃、易爆或者其他有毒有害气体、液体的管道。而建设时期早于条例发布时间的胜利黄河大桥兼具人车通行和架设输油管道的双重职能，虽在条例发布后已停止管道输送原油，但桥下的输油管路迟迟没有移除，输油管线的拆除工艺随科学技术的发展不断提高，但依附于桥梁复杂环境下的属于管线拆除缺少指导性施工方案，鉴于此，本文以胜利黄河大桥梁底输油管道拆除为背景，详细阐述管道残留易燃物的清除，桥下施工平台设置等，进行桥梁复杂条件下输油管道拆除施工技术研究。

1 工程概况

胜利黄河大桥是我国修建的第一座钢斜拉桥，大桥全长2817m，由主桥及南北引桥组成，桥梁宽度为19.5m。主桥为双塔双索面钢斜拉桥，桥长682m，孔跨布置为（60.5+136.5+288+136.5+60.5）m，截面型式为双边钢箱，使用钢横梁相连，钢箱梁之间对称挂设四条输油管线，输油管道沿主桥纵桥向通长布置，在连接墩处过渡至地下。管线采用φ529×8mm 钢管，外侧为φ630×3mm 的套管，中间填充40mm 厚的聚氨酯泡沫塑料保温层，每条管线设置6 处π 形膨胀弯，2 个固定支座，全桥共有φ529×8mm 弯头128 个，φ630×3mm 弯头128 个，导向支座152 个，固定支座8 个。

2 工程难点

（1）输油管道内残留风干原油及油气混合物等易燃易爆危险品，若处理不当不仅会污染黄河，还有极高的安全风险。

（2）每条输油管道有6 个膨胀弯结构，拆解时难以牵引出钢梁进行割除。

（3）主桥横跨黄河，主梁下施工空间狭小，管道与管道间距仅为20cm，外侧管道距离钢箱80cm，施工空间不足2m 高，且无支架搭设条件。

（4）主桥钢梁存在锈蚀、焊缝开裂等多种病害，油管质量大，在拆除牵引过程中，若处理方式不当易对之桥钢梁造成损伤。

3 油管拆除施工工艺

3.1 蒸汽醒油清扫

在油管拆除前，通过蒸汽醒油将管道内的原有风干原油软化，不再吸附在管道内壁上，将一部分残油排出油管，并将一部分危险气体排出。

蒸汽入口端安装法兰堵板，上部开孔连接蒸汽发生器；出口端安装法兰堵板，在端头上部开孔并联蒸汽截止阀和蒸汽疏水阀，接至废水收集桶，堵板下部开疏油口连接至储油罐。

（1）暖管：将蒸汽车产生的高温蒸汽通入油管内，油管内缓慢升压至0.3MPa～0.5MPa，油管预热温度缓慢升高。

（2）醒油：当温度升至150℃左右且吹扫管线首端和末端温度相近时，蒸汽流量控制在4m/h，管内持压0.3MPa～0.5MPa，进行醒油24h，每隔2h 打开排油孔查看醒油情况。

（3）排油：醒油完成后，打开排油阀进行排油，污油排放至储油罐临时储存，之后抽至油罐车外运至专业处理厂进行集中无害化处理。

3.2 氮气通球

油管内蒸汽醒油清扫，再通过氮气通球的方法可将管道内的残留原油推出管道，也能将管道内的易燃易爆气体置换为更为稳定的氮气。

（1）在油管起始端和终端管口分别安装发球筒和收球筒。

（2）打开发球筒上的放气阀将发球混凝土内泄压至零。打开盲板，把清管器送入球筒底部大小头处。

（3）关闭盲板，安装保险装置。关闭收、发球筒上的放气阀，并打开收球筒上的排污阀。

（4）将高压氮气通入发球筒，清管球在压力作用下，由发球端缓慢向收球端移动，并将管壁上的残油刮下、推至收球端的储油罐内。

（5）根据收球端的清管球磨损情况及排污效果，进行多次通球清扫，直至排污口无水排出及杂物堆积即为清扫合格。

3.3 施工平台设计

3.3.1 油管切割平台

根据梁底原有检修通道，在膨胀弯及直线段管道周边使用钢制脚手板铺设施工平台，如图1 所示。

图1 油管切割平台

3.3.2 移动运输平台

结合原有梁底检修小车轨道，设计一种移动式施工平台（图2），悬挂在轨道上可移动至钢梁下任意位置，施工平台采用[20 槽钢作为主梁，∠50×5mm 角钢连接为整体，其上满铺5mm 花纹钢板，吊挂在检修小车的运行轨道上，工作平台自重12t，人员、机械荷载8t，按照恒载系数1.3，活载系数1.5 组合后，对施工平台的强度、刚度、稳定性进行验算，施工平台能满足安全施工要求，计算结果如表1 所示。

图2 施工平台

表1 移动平台主要构件应力及变形

分别对施工平台工字钢、吊点、I20a 工字钢轨道受力、轨道与吊架之间焊缝受力、吊架的受力进行验算后，针对性的对轨道工字钢焊缝进行补强，并加焊三角加劲板，增强轨道的承载能力。

3.4 油管切割

3.4.1 膨胀弯切割倒运

整体油管在膨胀弯处切割，将油管分割为7 个直线单元，再将直线段油管牵引移除。

（1）切割前用倒链及抱箍将欲切割的膨胀弯悬挂于主梁横肋上，在其下方平台铺隔油层和油毡。

（2）将外保护层割开后，清理夹层中的泡沫塑料保温层，露出内层油管，安装柔性轨道，然后安装水刀切割机（图3），调整垂直调节轴，将喷嘴轴线调至与切割平面重合。当切割机绕管道一周后，完成管道切割，并用可燃气体检测仪进行检测。

图3 水刀切割

（3）水切割将膨胀弯的两端切开后，清理管内油污及时用设备检测是否存在有毒气体。清理检测完成后，分段下放至移动施工平台上，利用滑车横向移动至桥梁外侧，桥面桥车吊运至桥面统一外运至存放场地。

3.4.2 直线段切割、拖拽

（1）电动卷扬机选择。

在主桥两端连接墩各设置1 台10t 卷扬机用于纵向牵引，拖拽管线最长148m，重量22.1t，牵引力=重力×摩擦系数（0.2）=4.42t<10t。

（2）钢丝绳选用。

钢丝绳为6×37+1-15mm，选取其公称抗拉强度为1770N/mm：钢丝绳的破断力为14.5t，其单股可吊装重量为14.5t＞4.42t，符合要求。

（3）管道下方利用原有托架每6m 安设一道滚轮支架，减少摩擦力，便于管道滑移。

（4）用角磨机切除管道下方连接支座，管道端头加装导向装置，并用高强螺栓固定；牵引钢丝绳沿安设的导向架至管道端头，利用10t 卷扬机分别将直管段沿纵向牵引至共用墩，每10m 进行一次切割，并使用汽车吊配合运输车将油管吊装运输到指定存放区域。

3.5 拆除期间主桥受力验算

3.5.1 拖拽力计算

拖拽管线最长148m，重量22.1t，牵引力4.42t。虽为对称拖拽，但考虑瞬时的不平衡力，并考虑1.5 倍安全系数，水平力按6.63t 计算。

3.5.2 拉索验算

受纵向不平衡力影响，拉索应力不再对称，经验算拉索最大应力352MPa，远小于其标准值1600MPa，安全系数4.5。

3.5.3 主梁验算

主桥为半漂浮体系，油管拖拽施工对全桥主梁的应力影响较为均匀。经验算，钢梁上缘最大压应力-42.6MPa，出现在辅助跨跨中和桥塔附近，最大拉应力17.0MPa，出现在辅助墩墩顶和跨中尾索附近；钢梁下缘最大拉应力74.7MPa，出现在辅助跨跨中，最大压应力45.1MPa，出现在索区。

主梁的最大拉应力均远小于设计值210MPa（12mm 厚钢板）或200MPa（20mm 厚钢板）。具有足够的安全富裕度。

下塔柱为钢筋混凝土结构，油管拖拽时弯矩和轴力分别为12521kN·m 和32665kN。经验算，作为压弯构件，底面抗力为75400kN，安全系数为2.3。

3.5.4 变形计算

油管拖拽过程中，主梁最大纵向变形为3mm，远小于伸缩缝容许变形量。塔顶最大水平位移为3mm，远小于活载作用下的容许变形量，具有足够安全度。图4 为油管拖拽施工时桥梁变形。

图4 油管拖拽施工时桥梁变形

4 结语

胜利黄河大桥历经30d 将全桥4 条输油管线共计3340m 安全无害化拆除，通过蒸汽醒油，确保废旧管道内残油得到软化；通过氮气通球清扫，确保管道内无残留原油；通过水刀切割、分段拖拽，确保了施工顺利进行及施工质量得到保证。本文阐述的安全、绿色无害化油管拆除施工工艺，为后续桥梁外挂管线拆除提供经验。