唐志堅
（解放軍理工大學(xué) 工程兵工程學(xué)院，江蘇 南京 210007）

　　摘要：在采用浮沉法鋪設(shè)水下管道的施工中，利用應(yīng)力應(yīng)變自動跟蹤監(jiān)測管道下沉過程中的應(yīng)力變化情況，可為施工人員提供科學(xué)的決策依據(jù)，并可分析判斷管道沉放施工的成敗及檢驗設(shè)計計算的正確與否，它能確保過江管道施工安全和順利沉放到位。
　　關(guān)鍵詞：過江管；沉放；應(yīng)力監(jiān)測
　　中圖分類號：TU991.37
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)11-0044-02

　　1 概況

　　南京市大廠區(qū)飲用水源整治改造工程的關(guān)鍵性工程是兩根直徑DN1400、壁厚16mm的過江管道的施工。按設(shè)計要求，鋼管全部采用現(xiàn)場卷制、焊接工藝，并按彈性敷設(shè)法一次過江(由南岸的八卦洲至大廠區(qū)北岸灘地)。過江段全長624.43m，沉放時最大水深約28.5m，鋼管在江底呈曲線形狀。鋼管材料的力學(xué)指標(biāo)為：E=2.1×10⁵MPa，μ＝0.296，F(xiàn)_Y＝235MPa。
　　鋼管充水后下沉，沉放時鋼管各吊點的沉放量不同，因而鋼管彎曲后各點的應(yīng)力大小也不一樣，應(yīng)力最大處應(yīng)集中在鋼管彎曲變形最厲害的部位。由于鋼管沉放施工過程中存在許多不確定的因素，如：風(fēng)浪使吊船上下波動、個別吊點每次的沉放量可能出現(xiàn)不同程度的超沉或欠沉等，這就使實際應(yīng)力值可能大于計算值。鋼管沉放施工過程中的應(yīng)力跟蹤監(jiān)測，可使施工指揮人員隨時了解沉放過程中鋼管的變形情況及測點的實際應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力出現(xiàn)異常情況時，可及時通知施工指揮人員，作為調(diào)整各吊點的沉放量及采取其他措施的依據(jù)，同時借助應(yīng)力測試的結(jié)果來觀察所采取措施的效果。

　　2 測點布置

　　在每根鋼管彎曲變形最大的部位設(shè)置了4個應(yīng)力測試斷面，具體樁號是：+490m，+530m，+560m，+640m，每個測試斷面的管頂和管底處分別設(shè)3只應(yīng)變計，具體測點布置如圖1所示。

　　3 監(jiān)測軟件的開發(fā)與模擬試驗

　　為了方便、準(zhǔn)確地對過江管的沉放過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，研制開發(fā)了過江管道應(yīng)力跟蹤監(jiān)測專用軟件，它能自動循環(huán)采樣，自動傳輸，自動計算應(yīng)變、應(yīng)力、合成應(yīng)力及合成應(yīng)力增量，同時能畫出合成應(yīng)力隨時間的變化曲線。合成應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時，分三級填入預(yù)警、報警結(jié)果表中(σi＞180MPa為預(yù)警，σi＞210 MPa為報警，σi＝235MPa為極限應(yīng)力)。為了確?，F(xiàn)場實際監(jiān)測時能準(zhǔn)確及時有效地提供有關(guān)數(shù)據(jù)與曲線，對監(jiān)測系統(tǒng)的各種硬件和軟件在實驗室均作了試驗，如：應(yīng)變計量程，應(yīng)變計線性度及范圍，應(yīng)變計穩(wěn)定性及耐水壓和水流的影響，硬件和軟件結(jié)合后數(shù)據(jù)的采集、傳輸、計算等過程的檢驗、調(diào)試等。還對每組24只應(yīng)變計及相應(yīng)導(dǎo)線接入檢測儀器系統(tǒng)后進(jìn)行調(diào)試檢測，取得了許多寶貴的經(jīng)驗和第一手資料。

　　4 現(xiàn)場安裝、調(diào)試

　　在長管道對接完成之后，首先確定各測試斷面及各應(yīng)變計的相應(yīng)位置，安裝應(yīng)變計的同時測量其頻率讀數(shù)，確認(rèn)每只應(yīng)變計讀數(shù)在正常預(yù)定范圍內(nèi)之后，蓋上鋼板盒保護(hù)蓋，并點焊牢固，將導(dǎo)線沿鋼管側(cè)面引向預(yù)定位置。兩根鋼管的應(yīng)變計和相應(yīng)導(dǎo)線安置完畢后，測試48只應(yīng)變計全部讀數(shù)正常。
鋼管拖運到位后，在充水下沉前，每組導(dǎo)線集束引向指揮船，與自動頻率儀、計算機(jī)主機(jī)、顯示器、打印機(jī)等相連接，并作調(diào)試。經(jīng)檢查，除A管D斷面D₁測點x方向、45°方向和D₂測點0方向及B管D斷面D₂測點45°方向應(yīng)變計或?qū)Ь€因拖管等原因而受損外，其他測點均正常。

　　5 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測及分析

　　鋼管充水后開始按預(yù)先設(shè)計的程序彎曲下沉，整個沉放過程中對測點的應(yīng)力應(yīng)變情況作自動跟蹤監(jiān)測，電腦隨時顯示監(jiān)測結(jié)果，并將測得的數(shù)據(jù)自動存入電腦硬盤中。
　　監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)A管在A、B監(jiān)測斷面應(yīng)力突然增加(如：A₂點σx從72MPa猛增至230Pa)，立即通知施工指揮人員對沉放量作適當(dāng)調(diào)整后應(yīng)力減少，并恢復(fù)正常。又如B管D斷面彎曲應(yīng)力偏大，經(jīng)相關(guān)吊點往下調(diào)整后，應(yīng)力得以緩和。再如B管C₂測點應(yīng)力突增，經(jīng)檢查是由于3＃吊點超降0.4m所至，在后續(xù)狀態(tài)吊點下經(jīng)修正應(yīng)力，應(yīng)變得以緩和。鋼管接近著床時應(yīng)力增加較大，但全部著床后應(yīng)力應(yīng)變逐漸減少，直到基本趨穩(wěn)。
　　在過江管道整個沉放過程中，雖然個別測點的應(yīng)力達(dá)到了屈服應(yīng)力(235MPa)，但應(yīng)力仍處于屈服階段允許應(yīng)變范圍內(nèi)，未達(dá)到硬化階段的起始應(yīng)變(實測最大應(yīng)變只達(dá)到硬化起始應(yīng)變的1/2及斷裂應(yīng)變值的1/20)，且部分測點在鋼管全部著床后約10～15min，應(yīng)力由屈服應(yīng)力逐漸減小至正常應(yīng)力范圍。因此，從測點應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果看，過江管道的沉放是成功的。兩根過江管道的實測應(yīng)力值比設(shè)計應(yīng)力值一般略偏大，但其基本規(guī)律有一定的相似性，這也說明了設(shè)計計算的合理性。

　　6 結(jié)束語

　　修建過河(江)管、長距離河底或海底輸水管等，都會遇到水下鋪設(shè)管道的施工問題。而在采用浮沉法施工中利用應(yīng)力應(yīng)變自動跟蹤監(jiān)測管道下沉過程中的應(yīng)力應(yīng)變的變化情況，可使施工管理人員及時掌握管道的應(yīng)力應(yīng)變信息，為施工過程處置各種可能發(fā)生的意外事件提供科學(xué)的決策依據(jù)。應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測對確保管道安全順利地沉放到位具有積極有效的指導(dǎo)作用，同時測點應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測的結(jié)果可用來分析判斷管道沉放施工的成敗與設(shè)計計算的正確與否，它對類似管道的施工具有較大的借鑒作用。

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收稿日期：2000-05-18