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#管道跨越工程進行了外觀檢查、無損檢查、索力專項測試和技術狀況評定。簡要介紹了基于BIM的跨越智能管養平臺的主要功能及應用。

關鍵詞： 跨越檢測；技術評定； BIM技術；管養平臺

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以東約1.8 km處，沖溝總長110 m。塔架為框架式構造，左右塔柱間設兩道橫梁，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。跨越共設置8根斜拉索，塔架錨點位于1#、 2#塔架左右側塔柱上，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，錨固點位于兩側錨固墩上（如圖 1）。輸氣管道均采用Φ 1 016×26.2，材質為X70的直縫埋弧焊鋼管，外圍設60 mm聚氨酯保溫層防護，外包4 mm厚玻璃鋼外殼。

1 外觀檢查與結果分析

進行跨越工程外觀檢查時，需要對結構及其附屬設施的所有構件或部位進行接觸式的檢查，記錄所有缺陷的部位、范圍和程度。同時對病害的特征及發展程度進行調查，發現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，檢查發現塔柱及橫梁的主要病害為混凝土破損、露筋，蜂窩麻面、網裂等病害；橫梁底部混凝土由于保護層厚度不足銹脹露筋。

（2）索系結構：該跨越斜拉索裸露，未設置防護套管，斜拉索表面涂抹油脂防腐。檢查發現，未見越斜拉索有斷絲現象，斜拉索表面油脂有老化脫落的現象，斜拉索上表面較為嚴重，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、破損現象；塔柱錨點處鋼絲繩設置的橡膠保護帶老化、破損嚴重，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象；錨固鋼板外聚四氟乙烯套管開裂。

（3）墩臺樁柱及基礎：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、附屬設施：子長9#跨越沖溝、溝形順直，跨越兩岸坡岸基巖外露，地質情況較好，且上游200 m設置跌水壩一道，有效減輕了對跨越兩岸的沖刷作用。附屬設施兩側圍擋端墻開裂，側墻勾縫砂漿脫落，豎向開裂，最大寬度18 mm。

2 無損檢測與結果分析

2.1 混凝土強度檢測

由混凝土強度檢測結果（表 1）可知，抽檢構件強度均滿足規范及設計要求，評定標度均為1，構件強度狀態良好。

2.2 保護層厚度檢測

由鋼筋保護層評定檢測結果（表 2）可知，墩、塔柱、橫梁側面保護層厚度基本滿足設計要求，影響不顯著，橫梁底面保護層厚度普遍不足，保護層厚度 不足將影響結構耐久性，隨著使用年限的增長，保護層厚度不足處將因鋼筋銹脹導致主梁出現裂縫，嚴重的發生混凝土剝落、露筋，銹蝕等病害。

3 索力測試與結果分析

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換為電信號，振動信號經過電荷放大和濾波處理后，對其進行頻譜分析，根據頻譜圖來識別出斜拉索的自振頻率。根據弦振動理論，已知索的自振頻率以及材料參數和索長的情況下，索力與自振頻率的關系式為：

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，進而計算得到斜拉索索力（圖 2、圖 3、表 3）。

從檢測結果可以看出，子長9#跨越各拉索索力實測值均遠遠小于設計值，不滿足規范及設計要求。

該跨越至今已服役約15年，從以往養護經驗來看，天然氣管道結構在運營10～15年后，隨著結構各構件材料的退化與強度的衰減，以及環境條件的變化都將引起斜拉索松弛現象。建議結合塔柱、索系結果相關病害，對結構各構件病害進行處置，對各索進行補張拉，消除管道安全隱患。

4 評定結果

根 據 子 長 9 # 跨 越 的 定 期 檢 查 結 果 ， 按SYT 6068―2014《油氣管道跨越工程及其附屬設施維護保養規程》及JTG H11―2004《公路橋涵養護規范》相關規定，對該跨越進行技術狀況評定。因本次檢測不包括管道部分，故僅對各分部工程進行評定，而不對跨越管道及總體進行評定。

評定結論：該跨越為斜拉跨越，梁及橋面不需要評定。上部結構綜合評定為C類，下部結構綜合評定為B級，應進行保養及中修。對于管道支座、水工及邊坡防護、附屬設施及其他各類檢查項目中的病害需要按照養護建議進行維修。

5 基于BIM的跨越智能管養平臺應用

在子長9#跨越常規定期檢查的基礎上，結合對跨越工程管養的實際需求，開發并首次使用了基于BIM的跨越智能管養平臺（圖 4）。

該平臺的功能包括檢測設備應用、數據分類、數據采集、數據錄入存儲、跨越工程技術狀況評價、實時健康監測和提出決策意見。總體架構如圖 5所示，操作截面如圖 6、圖 7、圖 8所示。通過平臺的應用，可實現跨越的可視化管理、跨越工程自動評估、科學的歷史與現狀數據庫、跨越工程健康監測、精細化管理、智能決策等目標。

6 結語

及時發現油氣管道跨越工程缺陷并采取必要的維修養護措施對保障安全運營和確保結構的耐久性等至關重要。通過建立了一個全面的三維動態可視化集成平臺，用直觀的方式快速表達管養的全過程，為管線跨越工程的BIM應用做了寶貴探索。

作者：朱雀， 1985年生， 2008年畢業于南京航空航天大學飛行器動力工程專業，工程師，現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管理和保護工作。