原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程综述.docx
《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程综述.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程综述
原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程
中国石油天然气总公司文件
前言
1 总 则
2 术 语
3 基本规定
４ 管道跨越设计
4.1 材料
4.2 荷载及荷载效应组合
4.3 管道跨越结构型式选择及几何尺寸确定
4.4 输送管道强度及稳定性计算
4.5 温度补偿及桥面设施
4.6 钢丝绳设计及技术要求
4.7 索具设计及技术要求
4.8 塔架结构型式选择及设计
4.9 地基与基础设计
4.10 抗震设计
4.11 防腐和保温
5 施工技术要求
5.1 跨越管段组装
5.2 跨越管段焊接与检验
5.3 试压和清管
附录A 各种跨越结构形式示意图
标准用词和用语说明
附件
修 订 说 明
1 总 则
3 基本规定
4 管道跨越设计
4.1 材 料
4.2 荷载及荷载效应组合
4.3 管道跨越结构型式选择及几何尺寸确定
4.4 输送管道强度及稳定性计算
4.5 温度补偿及桥面设施
4.6 钢丝绳设计及技术要求
4.7 索具设计及技术要求
4.8 塔架结构型式选择及设计
4.9 地基与基础设计
4.10 抗震设计
4.11 防腐和保温
1 总 则
1.0.1 为了在原油和天然气输送管道跨越工程设计中贯彻执行国家的有关方针政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于地震基本烈度小于或等于9度地区的原油和天然气输送管道跨越人工或天然障碍物（河流、湖泊、沼泽、冲沟、水库、铁路、公路等）的工程设计。
1.0.3 原油和天然气输送管道跨越工程设计应遵守下列原则：
1 处理好与输油、输气管道线路工程的衔接，与铁路、公路、河流、城市及水利规划的相互关系；
2 采用先进技术，吸收国内外新的技术成果；
3 优化设计方案，确定最佳跨越点的位置及最佳跨越结构型式。
1.0.4 管道跨越工程设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
2 术 语
2.0.1 管道跨越工程 pipeline aerial crossing engineering
原油和天然气输送管道从天然或人工障碍物上部架空通过的建设工程。
2.0.2 梁式管道跨越 girde rpipeline aerial crossing
以输送管道作为梁的跨越。
2.0.3 "n"形刚架管道跨越 "n"-type frame pipeline aerial crossing
以输送管道构成"n"形刚架的跨越。
2.0.4 桁架式管道跨越 truss pipeline aerial crossing
以输送管道和其他构件组成桁架结构的跨越。
2.0.5 轻型托架式管道跨越 light truss pipeline aerial crossing以管道作为上弦杆、钢索作为下弦杆组成托架结构的跨越。
2.0.6 单管拱跨越 single-line arch type pipeline crossing
以单根输送管道作成拱形的跨越。
2.0.7 组合管拱跨越 pilSe-build up arch type pipeline aerial crossing
以输送管道及其他构件组成拱形的跨越。
2.0.8 悬缆式管道跨越 suspended cable and pipeline aerial crossing
输送管道以悬垂形状吊挂在承重主索上的跨越。
2.0.9 悬垂式管道跨越 suspended pipeline aerial crossing
输送管道以悬垂状构成自承式的跨越。
2.0.10 悬索式管道跨越 suspension cable type pipeline aerial crossing
输送管道以平直形状吊挂在承重主索上的跨越。
2.0.11 斜拉索管道跨越 obliquely-cable stayed pipeline aerial crossing
输送管道用多根斜向张拉钢索连结于塔架和锚固墩上的跨越。
2.0.12 管桥上部结构 pipeline bridge upper structure
管桥架空部分的总称，即管桥支座以上或从管拱起拱线以上的结构部分。
2.0.13 管桥下部结构 pipeline bridge understructure
管桥上部结构支承结构部分的总称，即塔架、桥墩、基础、锚固墩等。
2.0.14 主跨 mainspan
管道跨越工程的主要跨越管段。
2.0.15 弹性失效 elasticity failure
结构或构件在撤去作用的全部荷载时，结构或构件不能恢复到初始的形状与尺寸。
2.0.16 塑性失效 plasticity failure
结构或构件在荷载作用时，荷载不增加而出现不符合弹性规律的塑性变形。
2.0.17 安定性 stability
结构或构件在荷载作用若干循环以后，没有出现弹、塑性或递增的非弹性变形。
2.0.18 疲劳分析 fatigue analysis
结构或构件在规定的作用重复次数和作用变化幅度下所能承受的最大动态应力的分析。
2.0.19 风振 wind vibration
在风力的动态作用下引起的管桥动力响应。
3基本规定
3.0.1 管道跨越工程应按跨越所处地理环境条件划分为甲、乙两类，甲类为通航河流跨越，乙类为非通航河流及其他障碍跨越。
3.0.2 管道跨越工程应按表3.0.2中条件之一划分等级。
表3.0.2管道跨越工程等级
工程等级
总跨长度
主跨长度
大 型
≥300
≥150
中 型
≥100-＜300
≥50-＜150
小 型
＜100
＜50
3.0.3 跨越管道的强度设计系数F应符合所在地区管道强度设计系数及表3.0.3的规定。
表3.0.3管道跨越强度设计系数F
3.0.4 管道跨越点的选择应符合下列规定：
1跨越点应符合线路总走向，线路局部走向可根据跨越点位置进行调整；
2跨越点应选择在河流较窄、两岸侧向冲刷及侵蚀较小、并有良好的稳定地层的地方；当河流有弯道时，应选择在弯道的上游平直河段；
3 跨越点应选在闸坝上游或其他水工构筑物影响区之外；
4 跨越点应避开冲沟沟头发育地段；
5 跨越点应避开活动地震断裂带；
6 跨越点附近应有--定的施工安装场地及较方便的交通运输条件。
3.0.5 跨越管段与埋地管道相连接时，应符合下列规定：
1 跨越管段的管径应与埋地管道的管径匹配，所用弯头的曲率，半径应大于或等于5DN；
2 大型跨越工程应在两岸设置截断阀；
3 跨越管段与埋地管道在人土连接点处应绝缘，并符合《埋地钢质管道强制电流阴极保护设汁规范）SYJ36的规定；
4 跨越管段与埋地管道连接点一般应在埋地管道人土点延伸lorn处。
3.0.6 管道跨越工程的设计洪水频率（重现周期）应根据不同工程等级按表3.0.6选用，并结合当地水文资料确定设计洪水位。
表3.0.6 设计洪水频率
工程等级
大 型
中 型
小 型
设计洪水频率（1年）
1/100
1/50
1/20
3.0.7 管道在通航河流上跨越时，其架空结构的最下缘净空高度应符合现行国家标准《内河通航标准》GBJ139的规定；当地有特定要求时，可协商确定。
3.0.8 管道在无通航、无流筏的河流上跨越时，其架空结构的最下缘，大型跨越应比设计洪水位高3m，中、小型跨越应比设计洪水位高2m。
3.0.9 管道跨越铁路或道路时，其架空结构的最下缘净空高度不应低于表3.0.9的规定。
表3.0.9 管道跨越铁路与道路净空高度
类 型
净空高度（m）
人行道路
3.5
公 路
5.5
铁 路
6.5-7.0
电气化铁路
11
3.0.10 跨越管道与桥梁之间的距离应大于或等于表3.0.10的规定。
表3.0.10 跨越管道与桥梁之间最小距离
3.0.11通航河流上的跨越工程设置标志，应符合现行国家标准<内河交通安全标志）GB13851的规定。
3.0.12航空港附近的跨越工程，凡设有高耸塔架，必须取得航空部门的同意并按规定设置标志。
4管道跨越设计
4.1材 料
4.1.1 跨越管道所选用的国产钢管应符合现行国家标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部分：
A级钢管》GB／T9711.1的规定。
输送天然气管道还要求屈服强度与抗拉强度之比应不大于0.85。
4.1.2 跨越工程所用其他钢材应符合现行国家标准《碳素结构钢》FB／T700、《桥梁建筑用热扎碳素钢技术条件》GB/T714和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GBl499的规定。
4.1.3 跨越工程所用水泥应符合现行国家标准《中热硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥》GB200的规定。
4.1.4 跨越工程所用镀锌钢丝绳应符合现行国家标准《钢丝绳包装、标志及质量证明书的一般规定》GB／T2104的规定，在设计中宜选用钢芯。
4.1.5 索具的选材应遵守下列规定：
1 索具的选材应根据环境条件、荷载状况及所在地区等因素，经技术经济分析比较后确定；
2 主要索具选材宜采用16Mn，20、35、45、35CrMoA以及Q235-A、Q235-B、Q235-C，一般索具可选用结构用钢；
3 有疲劳破坏可能性的索具材料必须是酸性平炉或电炉冶炼的镇静钢，且属于优质钢或锻件，材料的ψ≥40％；
4 当环境温度小于或等于-20℃时，应作akV试验，并应满足αkv≥20J的要求；
5 需焊接的索具碳素钢，其含碳量不得大于0.25％；低合金钢或合金钢除碳含量不得大于0.25％外，碳当量Ceq不得大于0.43％，一般控制在0.38％左右。
4.1.6 焊接材料应根据被焊材料的机械性能、化学成分、焊前预热、焊后热处理及使用条件等因素选择。
4.1.7 焊接材料应符合国家现行标准GB／T5117、<低合金钢焊条）GB／T5118
4.2荷载及荷载效应组合
4.2.1 管道跨越设计时，应考虑永久荷载、可变荷载、偶然荷载、试压荷载、施工荷载及地震作用效应。
1 永久荷载应包括输送管道、钢丝绳、塔架、基础、锚固墩、栏杆及走道板、连接件、防腐及保温层等结构自重，并包括输送介质及管内凝集液重量、输送介质压力等；
2 可变荷载应包括清管荷载、检修荷载、冰雪荷载、裹冰荷载、风荷载、充水荷载、温度应力、洪水冲击荷载及流水压力、水浮力、冰压力等荷载；
3 偶然荷载应包括船或漂流物的撞击力及断线荷载；
4 试压荷载应符合本规范表5.3.2的规定；
5 施工荷载应包括施工中临时起吊设施及操作人员荷载、吊装和管道发送产生的冲击荷载；
6 地震作用效应应考虑水平地震作用效应和竖向地震作用效应。
4.2.2 荷载效应组合应按不同阶段进行组合，即施工阶段、使用阶段、试压阶段、清管阶段，按最不利组合进行设计计算。
4.3管道跨越结构型式选择及几何尺寸确定
4.3.1 选择管道跨越结构型式时，宜将输送管道作为结构体系杆件之一。
4.3.2 根据跨度、管径，以及河床水文、地质条件，管道跨越的结构型式可分别选用梁式、"n"形刚架、单管拱、组合管拱、轻型托架、桁
架、悬垂、悬缆、悬索、斜拉索等结构型式（见附录A）。
4.3.3 确定管道跨越的跨度时，除应考虑跨越结构受力条件和桥墩（支墩）的稳定性外，尚应考虑施工场地和其他条件。
4.3.4 选用悬垂、悬缆、悬索、斜拉索等结构型式的大、中型管道跨越，宜采用对称结构，且边跨长度不宜小于中跨长度的2／5。
4.3.5 大型斜拉索管道跨越的斜拉索宜对称于塔架布置，并分散悬挂（或固定）于塔的两侧，最外一根斜拉索与管道水平夹角不宜小于22°。
4.3.6 管道跨越的支承结构最高洪水位以下部分，宜采用混凝土或钢筋混凝土结构。
4.3.7 大型管道跨越的锚固墩，宜采用重力式混凝土或钢筋混凝土结构。
4.3.8 在架空管道的两端应设防护栏或值班守卫室等防范设施。
4.4 输送管道强度及稳定性计算
4.4.1 管道输送介质内压引起的环向应力按式（4.4.1）计算：
式中 σh--管道输送介质内压引起的环向应力（MPa）；
d--管道内径（mm）；
δ--管道壁厚（mm）；
P--管道输送介质内压（MPa）。
4.4.2管道的轴向应力计算：
1管道输送介质内压引起的轴向应力按式（4.4.2-1）计算：
式中 σal--管道输送介质内压引起的轴向应力（MPa）；
σh--管道输送介质内压引起的环向应力（MPa）。
2桥面荷载效应组合引起的弯曲应力按式（4.4.2-2）计算：
式中 σa2--桥面荷载效应组合引起的弯曲应力（MPa）；
M--桥面荷载效应组合产生的弯矩（N·m）；
W--管道净截面抵抗矩（cm3）。
3 管道悬垂引起的轴向应力按式（4.4.2--3）计算：
式中σa3-管道悬垂引起的轴向应力（MPa）；E--钢材弹性模量（N／mm2）；
D--管道外径（nm）；
f--垂高（m）；
L--跨度水平长度（m）。
4 拉索引起的轴向应力按式（4.4.2-4）计算：
式中σa4--拉索引起的轴向应力（MPa）；
N--拉索对管道的拉力（N）；
5 温度应力按式（4.4。
2-5）计算：
A--管道截面面积（mm2）。
式中 σat----温度变形引起的轴向应力（MPa）；
α--钢管线膨胀系数（1℃）；
△t--温差（℃）；-E--钢材弹性模量（N/MM2）。
4.4.3 管道剪应力按式（4.4.3）计算：
式中 τ--管道弯曲引起的剪应力（MPa）；
V--管道剪力（N）；
A--管道截面面积（mm2）。
4.4.4 当量应力应按式（4.4.4）计算：
式中 σ--当量应力（MPa）；
σx、σy、σz、--X、Y、Z方向的应力（MPa）；
τxy、τyz、τxz--X、Y、Z方向的剪应力（MPa）。
4.4.5 强度验算按式（4.4.5）进行：
式中σs--钢管的屈服强度（MPa）；
F--强度设计系数（见表3.0.3）；
σ--钢管的当量应力（MPa）。
4.4.6 管道跨越结构应进行整体及局部稳定性验算。
4.4.7 大型跨越工程的风动力反应，宜采用振型分解反应谱法计算或通过风洞模拟试验确定。
4.4.8 管道跨越应避免风的涡激作用引起桥面结构共振，采取有效的防振措施，并进行结构疲劳验算。
4.4.9 管道跨越抗震设计按本规范第4.10节的规定执行
4.5 温度补偿及桥面设施
4.5.1 跨越管段宜利用自身补偿能力，当不能满足热变形要求时应采用补偿器，补偿器必须满足清管器及检测仪器能顺利通过的要求。
4.5.2 补偿器与直管段连接最后一个焊口时，应选择在当地最佳温差条件下焊接。
4.5.3 补偿器弯头可用冷弯管或热弯管制作，弯头的曲率半径应大于或等于5DN。
当管径DN大于或等于400mm时，宜用高频弯管制作。
4.5.4 补偿器采用弯管组焊时，两弯管之间应采用直管段连接，直管段长度不得小于管道外径的1.5倍，且不得小于500mm。
4.5.5 凡采用补偿器，应根据施工环境温度与正常输送介质温度之差选择合适的预拉伸（压缩）措施。
4.5.6 跨越管段在通航河流上设置的航标灯、输送电缆应选用加强绝缘型，照明灯具应选用密封防水防爆型。
4.5.7 跨越管段架空高度（包括塔架高）超过15m，应考虑防雷接地措施。
4.5.8 大、中型跨越工程应设置人行检修通道，通道两侧设手扶栏杆，高度不应低于1.2m。
4.5.9 跨越管段支承点宜做成滑动支座或弹性支座。
若管道两端预埋人两岸锚固墩中，则在锚固墩端面与管道连接处，应对道采取局部加强措施。
4.5.10 凡在跨越管段上焊接连接件时，均应焊接在加强板上，不应直接焊在管道外壁上。
4.6 钢丝绳设计及技术要求
4.6.1 钢丝绳的设计许用拉力应采用钢丝绳破断拉力的30％-40％，钢丝绳破断拉力应为全截面钢丝的破断拉力总和的0.85％。
4.6.2 跨越工程所选用的钢丝绳必须在施工前进行预张拉，预拉力为钢丝绳破断拉力的50％，预张拉的稳定时间不得小于6h。
4.7 索具设计及技术要求
4.7.1 管道跨越工程中的索具包括花篮螺栓、锚固头、拉杆（U形环），及铸钢索鞍等零部件。
4.7.2 索具设计计算一般包括以下内容：
1 以弹性失效作为破坏准则的强度设计计算；
2 以塑性失效作为破坏准则的极限设计计算；
3 由于结构或形状发生变化所引起的结构不安定性，需采用安定性准则进行安定性设计计算；
4 由于荷载变化引起的疲劳破坏，需进行疲劳分析和校核的设计计算。
4.7.3 索具设计的安全系数、许用应力和计算准则应符合下列规定：
1 重要部件安全系数按表4.7.3-1和4.7.3-2的规定选用；
2 以塑性失效作为破坏准则的极限设计许用应力应取其基本许用应力的1.5倍；
3 安定性设计准则和疲劳破坏分析设计许用应力值及计算准则分别按《钢制压力容器-分析设计标准》JB4732-95中"分析设计的一般准则"和附录C"以疲劳分析为基础的设计"（补充件）的规定执行；
4 铸钢许用应力值等于基本许用应力乘以0.8-0.9倍的铸造质量系数；
表4.7.3-1钢材安全系数
常温下最低
抗拉强度
σb
常温或设计温度
下的屈服点
σs或σts
设计温度小经10*104h
断裂的持久强度
平均值
最小值
nb
ns
nD
碳素钢、低合金纲
、铁素体高合金钢
≥3.0
≥1.6
≥1.5
≥1.25
傲氏体高合金钢
-
≥1.5
≥1.5
≥1.25
表4.7.3-2螺栓安全系数
5焊接件的许用应力应乘以焊缝系数φ。
φ值按（钢制压力容器）GB150-1989中1.8的规定选用；
6 瞬时荷载-卜的许用应力值小于在该温度下的材料屈服极限的0.9倍：
7 当温度低：
厂20C时，取20℃的许用应力；
8螺栓强度削弱系数大于或等于4.0。
4.7.4 索具的制造和检验应符合下列规定：
1 索具的制造和检验应在具备资质证的工厂进行：
2 对制造索具的所用材料，制造厂除应提供原材质证书外，还必须对所用材料进行复验。
4.7.5 对花篮螺栓、拉杆等有疲劳破坏的重要零部件的制造和检验应符合下列规定：
1 锻件应是镇静钢，锻件所用钢锭应去掉足够浇冒口；
2 锻件化学成分和机械性能以及热处理等应符合现行国家标准《优质碳素结构钢技术条件》GB／T699或《合金结构钢技术条件》GB／T3077的规定；
3 晶粒度检查按现行国家标准《金属平均晶粒度测定方法》GB/T6394的规定进行，保证达到6级以上；
4 非金属夹杂物检查按现行国家标准《钢中非金属夹杂物显微评定方法》GB／T 10561的规定进行，氧化物不超过2级，硫化物不超过2级，氧化物和硫化物的总和不超过3.5级；
5 锻件的低倍检查按现行国家标准《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》GB／T226的规定进行，保证达到一般疏松不超过2级，中心疏松不超过2级，偏析不超过1.5级，不允许锻件内部存在白点、裂纹、气孔等缺陷；
6 锻件应进行超声波探伤检查，其结果应符合现行国家标准《锻轧钢棒超声波检验方法》GB／T4162中A级的规定；
7 零件应进行磁粉探伤检查，检查分两次进行，即分别在粗加工和精加工后进行检查，其结果应保证零件内外表面和螺纹等处无裂纹、洞穴和缝隙等缺陷存在；
8 螺纹基本牙型和基本尺寸应符合现行国家标准（普通螺纹基本牙型）GB／T192和
9 螺纹表面不得有毛刺、伤痕、凹陷等缺陷，螺纹根部圆滑，只应为0.625-0.72mm；
10 零部件除制造厂检验外，还应在现场安装前进行复查抽检，其抽检率为10％－20％；发现有不合格时，应增大抽检百分数或全部重新进行复验，抽检结果应出据检测资料；
11 所有零部件必须有完整的质量检验证明书，质量检验证明书应包括化学成分、机械性能（同时包括低温Akv值）、零部件加工过程中检验和最终检验结果以及现场安装前抽检资料。
4.8 塔架结构型式选择及设计
4.8.1 根据水文条件、工程地质条件、支承结构本身的高度、受力特征以及施工条件等，管道跨越的支承结构可选用钢塔架或钢筋混凝土支架。
4.8.2 根据所处环境、与桥墩或支墩的连接方式等，钢塔架可选用自立式钢塔架或桅杆式钢塔架。
钢筋混凝上支架宜采用四柱式带斜腹杆的支架。
4.8.3 为了增加管桥的侧向刚度，宜采用矩形钢塔架，出可采用锥形钢塔架，但锥形钢塔架垂直于管桥方向一面的塔顶宽度不得小于3m。
4.8.4 钢塔架高度与底部宽度之比不宜大于50
4.8.5 钢塔架宜采用"K"形腹杆体系，在主水平腹杆处宜设置横隔。
4.8.6 钢塔架的立柱、主腹杆及塔顶水平腹杆宜采用钢管，其余杆件也不宜采用组合断面。
4.8.7 钢塔架的顶部及输送管道补偿器处，必须设置检修平台。
高度大于50m的钢塔架，还应在中部增设休息平台。
4.8.8 塔架顶部应预留施工承重索的位置。
4.8.9 在计算塔架的自振周期时，应考虑管桥上部结构在正常使用状态下的垂直荷载。
4.8.10 自立式钢塔架进行内力分析时，宜将整个塔架作为空间桁架进行分析计算。
桅杆式钢塔架进行内力分析时，可按平面桁架进行分析汁算。
4.8.11 钢塔架杆件的强度及稳定计算、节点连接计算、构造要求等均按现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17的规定执行。
4.8.12 钢筋混凝土支架进行内力分析时，宜将整个支架作为空间结构体系进行分析计算。
4.8.13 钢筋混凝上支架的强度、裂缝宽度以及构造要求等均按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GBJ10的规定执行。
混凝土保护层厚度不应小于35mm，裂缝宽度不应大于0.2mm。
4.9 地基与基础设计
4.9.1 管道跨越工程的水文、工程地质勘测报告应满足管道跨越工程设计需要。
4.9.2 在地震基本烈度为7度及7度以上的地区建设管道跨越工程时，应查明地基有无液化土层，并按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11的规定进行液化判别和确定地基的液化等级。
4.9.3 管道跨越工程基础型式应根据工程地质、水文地质、管道跨越结构型式和施工条件等各种因素进行选择。
4.9.4 管道跨越工程在满足地基强度和变形要求的前提下，基础埋深应符合下列规定：
1 基础埋深应满足抗滑移、抗倾覆要求；
2 当基础设置在冻土层中，基底应埋置在冰冻线以下，不小于0.3m；
3
升级会员 