蘇無(wú)疾呂曉曄陳李淵巨鵬煒

1西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安710016

2西安市政道橋建設(shè)有限公司，陜西 西安710014

天然氣管道大跨度懸吊保護(hù)在西安地鐵施工中的應(yīng)用

蘇無(wú)疾1呂曉曄2陳李淵1巨鵬煒1

1西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安710016

2西安市政道橋建設(shè)有限公司，陜西 西安710014

由于西安市中軸線道路提升改造，地鐵二號(hào)線市圖書(shū)館站施工臨時(shí)改遷至車站東側(cè)的天然氣管道，因回遷不能滿足道路施工工期，定為不回遷，施工車站東側(cè)附屬設(shè)施時(shí)進(jìn)行懸吊保護(hù)。該管道懸吊最大跨度達(dá)38m，為確保地鐵施工安全，經(jīng)反復(fù)論證、計(jì)算，確定了懸吊保護(hù)方案，該方案在施工過(guò)程中得到成功運(yùn)用，為今后西安地鐵施工提供借鑒。

天然氣管道；大跨度；懸吊；地鐵施工

1、概述

西安地鐵市圖書(shū)館站位于西安市北郊未央路與鳳城二路十字路口，沿未央路呈南北走向布置。車站總長(zhǎng)208m，市圖書(shū)館站為雙層雙跨及雙層三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),島式站臺(tái)。車站負(fù)一層是站廳層，負(fù)二層是站臺(tái)層。車站共設(shè)出入口及通道四個(gè)，風(fēng)亭兩組。

市圖書(shū)館站于2007年8月15日開(kāi)始圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁的施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800mm的鉆孔灌注樁及內(nèi)部鋼支撐圍護(hù)方案。2008年2月18日開(kāi)始土方開(kāi)挖，車站采用局部蓋挖、大面明挖順作法施工； 2008年4月開(kāi)始主體結(jié)構(gòu)施工，經(jīng)過(guò)五個(gè)月于2008年9月26日順利封頂。同期開(kāi)展的未央路經(jīng)開(kāi)區(qū)段道路改造工程全長(zhǎng)4.3公里。工程開(kāi)工時(shí)間2009年3月，并于2009年9月雙向貫通。

西安地鐵二號(hào)線市圖書(shū)館站東側(cè)有一趟南北走向天然氣管道，是主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)臨時(shí)遷移的管道，由于中軸線道路提升改造，將臨遷變?yōu)橛肋w；管道中心距車站結(jié)構(gòu)邊墻外邊線水平距離約5m，埋深1～2m。天然氣管道與東側(cè)附屬結(jié)構(gòu)平面位置為十字交叉，影響1號(hào)、2號(hào)鳳亭和Ⅳ號(hào)出入口施工，經(jīng)雙方協(xié)商，反復(fù)論證，決定施工期間將其懸吊保護(hù)。

1號(hào)風(fēng)亭設(shè)計(jì)為放坡開(kāi)挖，開(kāi)口線寬38.32m、結(jié)構(gòu)線寬17.5m（管道位置處），即需懸吊的天然氣管道長(zhǎng)38.32m。2號(hào)風(fēng)亭設(shè)計(jì)為放坡開(kāi)挖，開(kāi)口線寬32.94m、結(jié)構(gòu)線寬21.3m，即需懸吊的天然氣管道長(zhǎng)32.94m。Ⅳ號(hào)出入口設(shè)計(jì)為明挖施工，天然氣管道位于人防擴(kuò)大段，開(kāi)口線寬9.2m，即需懸吊的天然氣管道長(zhǎng)9.2m。

2、天然氣管道參數(shù)及需保護(hù)內(nèi)容

經(jīng)與天然氣公司核實(shí)，位于“市圖書(shū)館站”東側(cè)的天然氣管道為DN400（φ426×7），管內(nèi)天然氣為中壓氣態(tài)，管道需保護(hù)的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

1)、管道撓度變形不超過(guò)20mm；

2)、需采取防碰撞保護(hù)措施，防止管道被意外碰撞。

天然氣管道外露空氣中，國(guó)慶節(jié)前氣溫變化影響不大，可以不予考慮。

3、保護(hù)方案設(shè)計(jì)

1號(hào)、2號(hào)風(fēng)亭設(shè)計(jì)為放坡開(kāi)挖支護(hù)。我們采用在天然氣管道兩側(cè)附屬混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)人工挖孔、設(shè)置鋼立柱并加斜支撐，縮短懸吊保護(hù)梁的跨度。將懸吊保護(hù)梁跨度由38.32m和32.94m縮短為13.93m和17.12m。

本保護(hù)方案結(jié)合目前實(shí)際情況，采用“加工簡(jiǎn)單、安裝方便、施工快速”的“型鋼梁”實(shí)施懸吊，架設(shè)在兩端的鋼筋混凝土支座上；鋼立柱采用人工挖樁先行架設(shè)，根據(jù)不同部位天然氣管道的高度調(diào)節(jié)立柱高度，將天然氣管道設(shè)置在組合型鋼梁的內(nèi)部，再利用U型吊環(huán)對(duì)天然氣管道進(jìn)行固定。

型鋼梁采用兩條焊接工字鋼（h=800、ho×iw=768×8、b×t=300×16），焊接工字鋼在頂部和底部每隔1.5m用20mm厚鋼板連接一道，將兩條型鋼梁連接為一體。型鋼梁與兩端混凝土支座預(yù)埋鋼板焊接為一體。U型吊環(huán)與天然氣管道外壁接觸面采用橡膠墊等柔性材料進(jìn)行保護(hù)，防止破壞天然氣管道防腐保護(hù)層。

1）懸吊梁驗(yàn)算：

每延米管自重：72.33kg

管內(nèi)氣體重量：經(jīng)咨詢天然氣公司相關(guān)技術(shù)人員，管內(nèi)為氣態(tài)、不予考慮。

焊接工字鋼梁每延米自重：123.6*2=247.2kg

考慮安全系數(shù)1.5。

計(jì)算得：每延米均布荷載q=4.79kN/m

1號(hào)、2號(hào)風(fēng)亭按最大跨均布荷載、三等跨連續(xù)梁驗(yàn)算，不考慮管道自身強(qiáng)度計(jì)算型鋼梁的最大撓度：

1號(hào)風(fēng)亭:

ωmax=0.677*ql4/100EI=（0.677*4.79*191224）/(100*206*103*177737*104*2)

=5.92＜20mm

2號(hào)風(fēng)亭:

4號(hào)出入口:

強(qiáng)度不需要驗(yàn)算，撓度滿足要求。

2）柱頂橫梁驗(yàn)算

撓度滿足。

3）立柱驗(yàn)算

N/ψA=38.9*1000/(0.8*105*100)=4.63MPa＜215，立柱穩(wěn)定性滿足要求。

λ=H/i=826/14.78=55.9，細(xì)長(zhǎng)比滿足要求。

4）柱基礎(chǔ)驗(yàn)算

天然地基基礎(chǔ)承載力按150kPa計(jì)算，每個(gè)立柱基礎(chǔ)面積為1.766m2，每個(gè)立柱可以承受264.9KN，地基承載力滿足要求。立柱基礎(chǔ)混凝土底部設(shè)置φ16＠150mm鋼筋網(wǎng)。

5）節(jié)點(diǎn)連接說(shuō)明

節(jié)點(diǎn)連接除距離天然氣管道近采用螺栓連接外，其余全部采用焊接，所有焊接必須確保焊縫質(zhì)量。在天然氣管道附近焊接時(shí)，采用木板等導(dǎo)熱性能低的材料做隔離擋板，嚴(yán)禁采用導(dǎo)熱性能高的鐵皮、鋼板等做隔離擋板。

4、施工方法及安全注意事項(xiàng)

1）人工挖孔、架設(shè)立柱：為了確保后續(xù)孔內(nèi)有足夠作業(yè)空間，人工挖孔孔徑設(shè)計(jì)為1.5m，挖孔采用鋼筋混凝土護(hù)壁，每次挖孔深度不得超過(guò)1m，澆筑的護(hù)壁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可下挖；挖孔結(jié)束后澆筑立柱基礎(chǔ)混凝土、埋設(shè)立柱支座鋼板，鋼立柱按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)天然氣管道高程進(jìn)行下料、整體加工、一次吊裝，作業(yè)人員在孔內(nèi)交立柱與支座鋼板焊接牢固，焊接時(shí)孔內(nèi)必須供給新鮮空氣，確保作業(yè)人員焊接安全。鋼立柱設(shè)置在人工挖孔靠近天然氣管道的一側(cè)。

2）懸吊梁兩端混凝土支座基礎(chǔ)施工：懸吊梁兩端基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)必須確保天然氣管道的安全，基礎(chǔ)挖到位后必須夯實(shí)，澆筑混凝土墊層、鋼筋綁扎，預(yù)埋支座鋼板、澆筑基礎(chǔ)混凝土，兩端預(yù)埋鋼板位置要正確、平整。

3）懸吊梁加工、安裝：根據(jù)懸吊長(zhǎng)度在懸吊場(chǎng)地內(nèi)下料、焊接，梁兩端基礎(chǔ)及立柱施工完成后用吊車吊裝就位，再進(jìn)行連接、加固，并設(shè)置懸吊環(huán)，架設(shè)懸吊梁時(shí)用磚或方木在天然氣管道下部設(shè)置臨時(shí)支撐點(diǎn)，間距不大于2m。

4）U型吊環(huán)加工制作：U型吊環(huán)要按照天然氣管道外徑定型加工，確保天然氣管道與U型吊環(huán)緊接觸，并在吊環(huán)與天然氣管道之間設(shè)置柔性材料、填充吊環(huán)與天然氣管道之間的縫隙。U型吊環(huán)的螺帽要設(shè)置彈簧墊片。

5）其它方面：天然氣管道懸吊保護(hù)完成后，在懸吊頂部用5mm鋼板覆蓋。立柱與懸吊梁的斜支撐及立柱之間的聯(lián)系橫桿在基坑開(kāi)挖到相應(yīng)的高程部位后及時(shí)安裝。人工挖孔的鋼筋混凝土護(hù)壁在基坑開(kāi)挖過(guò)程中隨開(kāi)挖的下降逐漸破除，采用人工、風(fēng)鎬破除，不得采用挖掘機(jī)直接挖除。

6）安全注意事項(xiàng)：懸吊保護(hù)支架加工、安裝、連接等過(guò)程中需對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，不得破壞管道防腐保護(hù)層。鋼支撐安裝、基坑開(kāi)挖過(guò)程中不得碰撞懸吊支架和立柱。所有焊縫必須符合要求，所有連接必須牢固。在懸吊架兩側(cè)地面設(shè)置禁止通行標(biāo)志，禁止人員從懸吊架上行走。若天然氣管道露在外面，必須設(shè)置防撞裝置。

7）安全監(jiān)測(cè)：基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)天然氣管道進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，每天監(jiān)測(cè)一次，如遇特殊情況增加監(jiān)測(cè)頻率，以確保整個(gè)施工過(guò)程天然氣管道的安全。

5、結(jié)語(yǔ)

整個(gè)施工過(guò)程中，經(jīng)監(jiān)測(cè)，管道最大擾度為3.53mm，確保了施工安全，大跨度天然氣管道的懸吊保護(hù)得到成功應(yīng)用，為今后西安地鐵施工提供了依據(jù)，同時(shí)縮短了道路改造工期，確保了2009年國(guó)慶節(jié)前完成中軸線施工的工期。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50157-2003.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2003

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50009-2001.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2001

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.027