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管道斜拉索跨越工程基于BIM的智能管养平台应用

来源:《管道保护》杂志 作者:朱雀;王波;张斌 时间:2019-9-18 阅读:

朱雀 王波 张斌

中国石油西气东输管道公司甘陕管理处

 

摘  要: 对陕西子长9#管道跨越工程进行了外观检查、无损检查、索力专项测试和技术状况评定。简要介绍了基于BIM的跨越智能管养平台的主要功能及应用。

关键词: 跨越检测;技术评定; BIM技术;管养平台

 

 

西气东输子长9#管道斜拉索跨越工程位于陕西省子长县安定镇以东约1.8 km处,冲沟总长110 m。塔架为框架式构造,左右塔柱间设两道横梁,塔柱高12.608 m,塔柱中心距7.0 m,下横梁距承台顶5.5 m,上下横梁间距5.1 m。跨越共设置8根斜拉索,塔架锚点位于1#、 2#塔架左右侧塔柱上,锚点距塔柱顶0.9 m,管道锚点位于中跨距1#、 2#墩中心线22.0 m处,锚固点位于两侧锚固墩上(如图 1)。输气管道均采用Φ 1 016×26.2,材质为X70的直缝埋弧焊钢管,外围设60 mm聚氨酯保温层防护,外包4 mm厚玻璃钢外壳。

1 外观检查与结果分析

进行跨越工程外观检查时,需要对结构及其附属设施的所有构件或部位进行接触式的检查,记录所有缺陷的部位、范围和程度。同时对病害的特征及发展程度进行调查,发现跨越工程病害特征显著或存在安全隐患时,辅以专项无损检查。

(1)塔柱:子长9 #跨越塔架由塔柱及横梁组成,检查发现塔柱及横梁的主要病害为混凝土破损、露筋,蜂窝麻面、网裂等病害;横梁底部混凝土由于保护层厚度不足锈胀露筋。

(2)索系结构:该跨越斜拉索裸露,未设置防护套管,斜拉索表面涂抹油脂防腐。检查发现,未见越斜拉索有断丝现象,斜拉索表面油脂有老化脱落的现象,斜拉索上表面较为严重,斜拉索已完全暴露在大气之中,斜拉索外涂层油脂老化脱落。各塔柱斜拉索均与塔柱接触,导致钢丝绳与塔柱交接处混凝土存在破损、开裂病害,各锚固点处塔柱混凝土有开裂、破损现象;塔柱锚点处钢丝绳设置的橡胶保护带老化、破损严重,已失去其缓冲功能。管道各锚点U形 螺栓拉杆、螺帽、锚固钢管及外挡板均存在中度锈蚀现象;锚固钢板外聚四氟乙烯套管开裂。

(3)墩台桩柱及基础:墩身存在蜂窝,麻面及局部混凝土剥落、露骨病害, 2#承台大面积渗水泛黑,占构件总面积的80%。

(4)管道及支座:管道局部存在玻璃钢外壳开裂、破损病害, 2#墩顶支座中度锈蚀,支座锚固螺栓轻度变形。

(5)管道边坡及防护、附属设施:子长9#跨越冲沟、沟形顺直,跨越两岸坡岸基岩外露,地质情况较好,且上游200 m设置跌水坝一道,有效减轻了对跨越两岸的冲刷作用。附属设施两侧围挡端墙开裂,侧墙勾缝砂浆脱落,竖向开裂,最大宽度18 mm。

2 无损检测与结果分析

2.1 混凝土强度检测

由混凝土强度检测结果(表 1)可知,抽检构件强度均满足规范及设计要求,评定标度均为1,构件强度状态良好。

2.2 保护层厚度检测

由钢筋保护层评定检测结果(表 2)可知,墩、塔柱、横梁侧面保护层厚度基本满足设计要求,影响不显著,横梁底面保护层厚度普遍不足,保护层厚度 不足将影响结构耐久性,随着使用年限的增长,保护层厚度不足处将因钢筋锈胀导致主梁出现裂缝,严重的发生混凝土剥落、露筋,锈蚀等病害。

3 索力测试与结果分析

利用安装在拉索上的加速度传感器,使用振动法测试得到索力。加速度传感器将索的随机振动信号转换为电信号,振动信号经过电荷放大和滤波处理后,对其进行频谱分析,根据频谱图来识别出斜拉索的自振频率。根据弦振动理论,已知索的自振频率以及材料参数和索长的情况下,索力与自振频率的关系式为:

 

其中, f 为第 n 阶频率; ι为计算索长, m; m为斜拉索每延米重量, kg/m; EI表示索的抗弯刚度。

对拉索而言,张力一定时其各阶自振频率的频谱是等间距的,且间距等于其一阶自振频率f1。

在实际计算中,不考虑索抗弯刚度的影响,简化的索力计算公式为:

 

因此,首先从振动信号频谱提取出基频,进而计算得到斜拉索索力(图 2、图 3、表 3)。

                    

从检测结果可以看出,子长9#跨越各拉索索力实测值均远远小于设计值,不满足规范及设计要求。

该跨越至今已服役约15年,从以往养护经验来看,天然气管道结构在运营10~15年后,随着结构各构件材料的退化与强度的衰减,以及环境条件的变化都将引起斜拉索松弛现象。建议结合塔柱、索系结果相关病害,对结构各构件病害进行处置,对各索进行补张拉,消除管道安全隐患。

4 评定结果

根 据 子 长 9 # 跨 越 的 定 期 检 查 结 果 , 按SYT 6068―2014《油气管道跨越工程及其附属设施维护保养规程》及JTG H11―2004《公路桥涵养护规范》相关规定,对该跨越进行技术状况评定。因本次检测不包括管道部分,故仅对各分部工程进行评定,而不对跨越管道及总体进行评定。

评定结论:该跨越为斜拉跨越,梁及桥面不需要评定。上部结构综合评定为C类,下部结构综合评定为B级,应进行保养及中修。对于管道支座、水工及边坡防护、附属设施及其他各类检查项目中的病害需要按照养护建议进行维修。

5 基于BIM的跨越智能管养平台应用

在子长9#跨越常规定期检查的基础上,结合对跨越工程管养的实际需求,开发并首次使用了基于BIM的跨越智能管养平台(图 4)。

该平台的功能包括检测设备应用、数据分类、数据采集、数据录入存储、跨越工程技术状况评价、实时健康监测和提出决策意见。总体架构如图 5所示,操作截面如图 6、图 7、图 8所示。通过平台的应用,可实现跨越的可视化管理、跨越工程自动评估、科学的历史与现状数据库、跨越工程健康监测、精细化管理、智能决策等目标。

6 结语

及时发现油气管道跨越工程缺陷并采取必要的维修养护措施对保障安全运营和确保结构的耐久性等至关重要。通过建立了一个全面的三维动态可视化集成平台,用直观的方式快速表达管养的全过程,为管线跨越工程的BIM应用做了宝贵探索。

 

作者:朱雀, 1985年生, 2008年毕业于南京航空航天大学飞行器动力工程专业,工程师,现任西气东输甘陕管理处管道科科长,从事长输油气管道建设管理和保护工作。

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