朱雀 王波 張斌

中國石油西氣東輸管道公司甘陜管理處

摘  要： 對陜西子長9#管道跨越工程進(jìn)行了外觀檢查、無損檢查、索力專項測試和技術(shù)狀況評定。簡要介紹了基于BIM的跨越智能管養(yǎng)平臺的主要功能及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 跨越檢測；技術(shù)評定； BIM技術(shù)；管養(yǎng)平臺

西氣東輸子長9#管道斜拉索跨越工程位于陜西省子長縣安定鎮(zhèn)以東約1.8 km處，沖溝總長110 m。塔架為框架式構(gòu)造，左右塔柱間設(shè)兩道橫梁，塔柱高12.608 m，塔柱中心距7.0 m，下橫梁距承臺頂5.5 m，上下橫梁間距5.1 m�？缭焦苍O(shè)置8根斜拉索，塔架錨點位于1#、 2#塔架左右側(cè)塔柱上，錨點距塔柱頂0.9 m，管道錨點位于中跨距1#、 2#墩中心線22.0 m處，錨固點位于兩側(cè)錨固墩上（如圖 1）。輸氣管道均采用Φ 1 016×26.2，材質(zhì)為X70的直縫埋弧焊鋼管，外圍設(shè)60 mm聚氨酯保溫層防護(hù)，外包4 mm厚玻璃鋼外殼。

1 外觀檢查與結(jié)果分析

進(jìn)行跨越工程外觀檢查時，需要對結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)施的所有構(gòu)件或部位進(jìn)行接觸式的檢查，記錄所有缺陷的部位、范圍和程度。同時對病害的特征及發(fā)展程度進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)跨越工程病害特征顯著或存在安全隱患時，輔以專項無損檢查。

（1）塔柱：子長9 #跨越塔架由塔柱及橫梁組成，檢查發(fā)現(xiàn)塔柱及橫梁的主要病害為混凝土破損、露筋，蜂窩麻面、網(wǎng)裂等病害；橫梁底部混凝土由于保護(hù)層厚度不足銹脹露筋。

（2）索系結(jié)構(gòu)：該跨越斜拉索裸露，未設(shè)置防護(hù)套管，斜拉索表面涂抹油脂防腐。檢查發(fā)現(xiàn)，未見越斜拉索有斷絲現(xiàn)象，斜拉索表面油脂有老化脫落的現(xiàn)象，斜拉索上表面較為嚴(yán)重，斜拉索已完全暴露在大氣之中，斜拉索外涂層油脂老化脫落。各塔柱斜拉索均與塔柱接觸，導(dǎo)致鋼絲繩與塔柱交接處混凝土存在破損、開裂病害，各錨固點處塔柱混凝土有開裂、破損現(xiàn)象；塔柱錨點處鋼絲繩設(shè)置的橡膠保護(hù)帶老化、破損嚴(yán)重，已失去其緩沖功能。管道各錨點U形 螺栓拉桿、螺帽、錨固鋼管及外擋板均存在中度銹蝕現(xiàn)象；錨固鋼板外聚四氟乙烯套管開裂。

（3）墩臺樁柱及基礎(chǔ)：墩身存在蜂窩，麻面及局部混凝土剝落、露骨病害， 2#承臺大面積滲水泛黑，占構(gòu)件總面積的80%。

（4）管道及支座：管道局部存在玻璃鋼外殼開裂、破損病害， 2#墩頂支座中度銹蝕，支座錨固螺栓輕度變形。

（5）管道邊坡及防護(hù)、附屬設(shè)施：子長9#跨越?jīng)_溝、溝形順直，跨越兩岸坡岸基巖外露，地質(zhì)情況較好，且上游200 m設(shè)置跌水壩一道，有效減輕了對跨越兩岸的沖刷作用。附屬設(shè)施兩側(cè)圍擋端墻開裂，側(cè)墻勾縫砂漿脫落，豎向開裂，最大寬度18 mm。

2 無損檢測與結(jié)果分析

2.1 混凝土強度檢測

由混凝土強度檢測結(jié)果（表 1）可知，抽檢構(gòu)件強度均滿足規(guī)范及設(shè)計要求，評定標(biāo)度均為1，構(gòu)件強度狀態(tài)良好。

2.2 保護(hù)層厚度檢測

由鋼筋保護(hù)層評定檢測結(jié)果（表 2）可知，墩、塔柱、橫梁側(cè)面保護(hù)層厚度基本滿足設(shè)計要求，影響不顯著，橫梁底面保護(hù)層厚度普遍不足，保護(hù)層厚度 不足將影響結(jié)構(gòu)耐久性，隨著使用年限的增長，保護(hù)層厚度不足處將因鋼筋銹脹導(dǎo)致主梁出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的發(fā)生混凝土剝落、露筋，銹蝕等病害。

3 索力測試與結(jié)果分析

利用安裝在拉索上的加速度傳感器，使用振動法測試得到索力。加速度傳感器將索的隨機振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，振動信號經(jīng)過電荷放大和濾波處理后，對其進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)頻譜圖來識別出斜拉索的自振頻率。根據(jù)弦振動理論，已知索的自振頻率以及材料參數(shù)和索長的情況下，索力與自振頻率的關(guān)系式為：

其中， f 為第 n 階頻率； ι為計算索長， m； m為斜拉索每延米重量， kg/m； EI表示索的抗彎剛度。

對拉索而言，張力一定時其各階自振頻率的頻譜是等間距的，且間距等于其一階自振頻率f1。

在實際計算中，不考慮索抗彎剛度的影響，簡化的索力計算公式為：

因此，首先從振動信號頻譜提取出基頻，進(jìn)而計算得到斜拉索索力（圖 2、圖 3、表 3）。

從檢測結(jié)果可以看出，子長9#跨越各拉索索力實測值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計值，不滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

該跨越至今已服役約15年，從以往養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗來看，天然氣管道結(jié)構(gòu)在運營10～15年后，隨著結(jié)構(gòu)各構(gòu)件材料的退化與強度的衰減，以及環(huán)境條件的變化都將引起斜拉索松弛現(xiàn)象。建議結(jié)合塔柱、索系結(jié)果相關(guān)病害，對結(jié)構(gòu)各構(gòu)件病害進(jìn)行處置，對各索進(jìn)行補張拉，消除管道安全隱患。

4 評定結(jié)果

根 據(jù) 子 長 9 # 跨 越 的 定 期 檢 查 結(jié) 果 ， 按SYT 6068―2014《油氣管道跨越工程及其附屬設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程》及JTG H11―2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，對該跨越進(jìn)行技術(shù)狀況評定。因本次檢測不包括管道部分，故僅對各分部工程進(jìn)行評定，而不對跨越管道及總體進(jìn)行評定。

評定結(jié)論：該跨越為斜拉跨越，梁及橋面不需要評定。上部結(jié)構(gòu)綜合評定為C類，下部結(jié)構(gòu)綜合評定為B級，應(yīng)進(jìn)行保養(yǎng)及中修。對于管道支座、水工及邊坡防護(hù)、附屬設(shè)施及其他各類檢查項目中的病害需要按照養(yǎng)護(hù)建議進(jìn)行維修。

5 基于BIM的跨越智能管養(yǎng)平臺應(yīng)用

在子長9#跨越常規(guī)定期檢查的基礎(chǔ)上，結(jié)合對跨越工程管養(yǎng)的實際需求，開發(fā)并首次使用了基于BIM的跨越智能管養(yǎng)平臺（圖 4）。

該平臺的功能包括檢測設(shè)備應(yīng)用、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)錄入存儲、跨越工程技術(shù)狀況評價、實時健康監(jiān)測和提出決策意見�？傮w架構(gòu)如圖 5所示，操作截面如圖 6、圖 7、圖 8所示。通過平臺的應(yīng)用，可實現(xiàn)跨越的可視化管理、跨越工程自動評估、科學(xué)的歷史與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、跨越工程健康監(jiān)測、精細(xì)化管理、智能決策等目標(biāo)。

6 結(jié)語

及時發(fā)現(xiàn)油氣管道跨越工程缺陷并采取必要的維修養(yǎng)護(hù)措施對保障安全運營和確保結(jié)構(gòu)的耐久性等至關(guān)重要。通過建立了一個全面的三維動態(tài)可視化集成平臺，用直觀的方式快速表達(dá)管養(yǎng)的全過程，為管線跨越工程的BIM應(yīng)用做了寶貴探索。

作者：朱雀， 1985年生， 2008年畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)飛行器動力工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)任西氣東輸甘陜管理處管道科科長，從事長輸油氣管道建設(shè)管理和保護(hù)工作。