苏无疾吕晓晔陈李渊巨鹏炜

1西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安710016

2西安市政道桥建设有限公司，陕西 西安710014

天然气管道大跨度悬吊保护在西安地铁施工中的应用

苏无疾1吕晓晔2陈李渊1巨鹏炜1

1西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安710016

2西安市政道桥建设有限公司，陕西 西安710014

由于西安市中轴线道路提升改造，地铁二号线市图书馆站施工临时改迁至车站东侧的天然气管道，因回迁不能满足道路施工工期，定为不回迁，施工车站东侧附属设施时进行悬吊保护。该管道悬吊最大跨度达38m，为确保地铁施工安全，经反复论证、计算，确定了悬吊保护方案，该方案在施工过程中得到成功运用，为今后西安地铁施工提供借鉴。

天然气管道；大跨度；悬吊；地铁施工

1、概述

西安地铁市图书馆站位于西安市北郊未央路与凤城二路十字路口，沿未央路呈南北走向布置。车站总长208m，市图书馆站为双层双跨及双层三跨钢筋混凝土框架结构,岛式站台。车站负一层是站厅层，负二层是站台层。车站共设出入口及通道四个，风亭两组。

市图书馆站于2007年8月15日开始围护结构钻孔灌注桩的施工，围护结构采用φ800mm的钻孔灌注桩及内部钢支撑围护方案。2008年2月18日开始土方开挖，车站采用局部盖挖、大面明挖顺作法施工； 2008年4月开始主体结构施工，经过五个月于2008年9月26日顺利封顶。同期开展的未央路经开区段道路改造工程全长4.3公里。工程开工时间2009年3月，并于2009年9月双向贯通。

西安地铁二号线市图书馆站东侧有一趟南北走向天然气管道，是主体结构施工时临时迁移的管道，由于中轴线道路提升改造，将临迁变为永迁；管道中心距车站结构边墙外边线水平距离约5m，埋深1～2m。天然气管道与东侧附属结构平面位置为十字交叉，影响1号、2号凤亭和Ⅳ号出入口施工，经双方协商，反复论证，决定施工期间将其悬吊保护。

1号风亭设计为放坡开挖，开口线宽38.32m、结构线宽17.5m（管道位置处），即需悬吊的天然气管道长38.32m。2号风亭设计为放坡开挖，开口线宽32.94m、结构线宽21.3m，即需悬吊的天然气管道长32.94m。Ⅳ号出入口设计为明挖施工，天然气管道位于人防扩大段，开口线宽9.2m，即需悬吊的天然气管道长9.2m。

2、天然气管道参数及需保护内容

经与天然气公司核实，位于“市图书馆站”东侧的天然气管道为DN400（φ426×7），管内天然气为中压气态，管道需保护的内容主要有以下几个方面：

1)、管道挠度变形不超过20mm；

2)、需采取防碰撞保护措施，防止管道被意外碰撞。

天然气管道外露空气中，国庆节前气温变化影响不大，可以不予考虑。

3、保护方案设计

1号、2号风亭设计为放坡开挖支护。我们采用在天然气管道两侧附属混凝土结构外侧人工挖孔、设置钢立柱并加斜支撑，缩短悬吊保护梁的跨度。将悬吊保护梁跨度由38.32m和32.94m缩短为13.93m和17.12m。

本保护方案结合目前实际情况，采用“加工简单、安装方便、施工快速”的“型钢梁”实施悬吊，架设在两端的钢筋混凝土支座上；钢立柱采用人工挖桩先行架设，根据不同部位天然气管道的高度调节立柱高度，将天然气管道设置在组合型钢梁的内部，再利用U型吊环对天然气管道进行固定。

型钢梁采用两条焊接工字钢（h=800、ho×iw=768×8、b×t=300×16），焊接工字钢在顶部和底部每隔1.5m用20mm厚钢板连接一道，将两条型钢梁连接为一体。型钢梁与两端混凝土支座预埋钢板焊接为一体。U型吊环与天然气管道外壁接触面采用橡胶垫等柔性材料进行保护，防止破坏天然气管道防腐保护层。

1）悬吊梁验算：

每延米管自重：72.33kg

管内气体重量：经咨询天然气公司相关技术人员，管内为气态、不予考虑。

焊接工字钢梁每延米自重：123.6*2=247.2kg

考虑安全系数1.5。

计算得：每延米均布荷载q=4.79kN/m

1号、2号风亭按最大跨均布荷载、三等跨连续梁验算，不考虑管道自身强度计算型钢梁的最大挠度：

1号风亭:

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

=5.92＜20mm

2号风亭:

4号出入口:

强度不需要验算，挠度满足要求。

2）柱顶横梁验算

挠度满足。

3）立柱验算

N/ψA=38.9*1000/(0.8*105*100)=4.63MPa＜215，立柱稳定性满足要求。

λ=H/i=826/14.78=55.9，细长比满足要求。

4）柱基础验算

天然地基基础承载力按150kPa计算，每个立柱基础面积为1.766m2，每个立柱可以承受264.9KN，地基承载力满足要求。立柱基础混凝土底部设置φ16＠150mm钢筋网。

5）节点连接说明

节点连接除距离天然气管道近采用螺栓连接外，其余全部采用焊接，所有焊接必须确保焊缝质量。在天然气管道附近焊接时，采用木板等导热性能低的材料做隔离挡板，严禁采用导热性能高的铁皮、钢板等做隔离挡板。

4、施工方法及安全注意事项

1）人工挖孔、架设立柱：为了确保后续孔内有足够作业空间，人工挖孔孔径设计为1.5m，挖孔采用钢筋混凝土护壁，每次挖孔深度不得超过1m，浇筑的护壁混凝土达到设计强度后方可下挖；挖孔结束后浇筑立柱基础混凝土、埋设立柱支座钢板，钢立柱按现场实测天然气管道高程进行下料、整体加工、一次吊装，作业人员在孔内交立柱与支座钢板焊接牢固，焊接时孔内必须供给新鲜空气，确保作业人员焊接安全。钢立柱设置在人工挖孔靠近天然气管道的一侧。

2）悬吊梁两端混凝土支座基础施工：悬吊梁两端基础开挖时必须确保天然气管道的安全，基础挖到位后必须夯实，浇筑混凝土垫层、钢筋绑扎，预埋支座钢板、浇筑基础混凝土，两端预埋钢板位置要正确、平整。

3）悬吊梁加工、安装：根据悬吊长度在悬吊场地内下料、焊接，梁两端基础及立柱施工完成后用吊车吊装就位，再进行连接、加固，并设置悬吊环，架设悬吊梁时用砖或方木在天然气管道下部设置临时支撑点，间距不大于2m。

4）U型吊环加工制作：U型吊环要按照天然气管道外径定型加工，确保天然气管道与U型吊环紧接触，并在吊环与天然气管道之间设置柔性材料、填充吊环与天然气管道之间的缝隙。U型吊环的螺帽要设置弹簧垫片。

5）其它方面：天然气管道悬吊保护完成后，在悬吊顶部用5mm钢板覆盖。立柱与悬吊梁的斜支撑及立柱之间的联系横杆在基坑开挖到相应的高程部位后及时安装。人工挖孔的钢筋混凝土护壁在基坑开挖过程中随开挖的下降逐渐破除，采用人工、风镐破除，不得采用挖掘机直接挖除。

6）安全注意事项：悬吊保护支架加工、安装、连接等过程中需对管道进行保护，不得破坏管道防腐保护层。钢支撑安装、基坑开挖过程中不得碰撞悬吊支架和立柱。所有焊缝必须符合要求，所有连接必须牢固。在悬吊架两侧地面设置禁止通行标志，禁止人员从悬吊架上行走。若天然气管道露在外面，必须设置防撞装置。

7）安全监测：基坑在开挖过程中，对天然气管道进行布点监测，每天监测一次，如遇特殊情况增加监测频率，以确保整个施工过程天然气管道的安全。

5、结语

整个施工过程中，经监测，管道最大扰度为3.53mm，确保了施工安全，大跨度天然气管道的悬吊保护得到成功应用，为今后西安地铁施工提供了依据，同时缩短了道路改造工期，确保了2009年国庆节前完成中轴线施工的工期。

[1]中华人民共和国建设部.GB50157-2003.地铁设计规范 [S].北京：中国计划出版社.2003

[2]中华人民共和国建设部.GB50009-2001.建筑结构荷载规范[S].北京：中国计划出版社.2001

[3]中华人民共和国建设部.GB50017-2003.钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.027