唐志堅
（解放軍理工大學 工程兵工程學院，江蘇 南京 210007）

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

　　1 概況

　　南京市大廠區飲用水源整治改造工程的關鍵性工程是兩根直徑DN1400、壁厚16mm的過江管道的施工。按設計要求，鋼管全部采用現場卷制、焊接工藝，并按彈性敷設法一次過江(由南岸的八卦洲至大廠區北岸灘地)。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。鋼管材料的力學指標為：E=2.1×10⁵MPa，μ＝0.296，F_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力大小也不一樣，應力最大處應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：風浪使吊船上下波動、個別吊點每次的沉放量可能出現不同程度的超沉或欠沉等，這就使實際應力值可能大于計算值。鋼管沉放施工過程中的應力跟蹤監測，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力，當應力出現異常情況時，可及時通知施工指揮人員，作為調整各吊點的沉放量及采取其他措施的依據，同時借助應力測試的結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置了4個應力測試斷面，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3只應變計，具體測點布置如圖1所示。

　　3 監測軟件的開發與模擬試驗

　　為了方便、準確地對過江管的沉放過程進行跟蹤監測，研制開發了過江管道應力跟蹤監測專用軟件，它能自動循環采樣，自動傳輸，自動計算應變、應力、合成應力及合成應力增量，同時能畫出合成應力隨時間的變化曲線。合成應力達到一定數值時，分三級填入預警、報警結果表中(σi＞180MPa為預警，σi＞210 MPa為報警，σi＝235MPa為極限應力)。為了確保現場實際監測時能準確及時有效地提供有關數據與曲線，對監測系統的各種硬件和軟件在實驗室均作了試驗，如：應變計量程，應變計線性度及范圍，應變計穩定性及耐水壓和水流的影響，硬件和軟件結合后數據的采集、傳輸、計算等過程的檢驗、調試等。還對每組24只應變計及相應導線接入檢測儀器系統后進行調試檢測，取得了許多寶貴的經驗和第一手資料。

　　4 現場安裝、調試

　　在長管道對接完成之后，首先確定各測試斷面及各應變計的相應位置，安裝應變計的同時測量其頻率讀數，確認每只應變計讀數在正常預定范圍內之后，蓋上鋼板盒保護蓋，并點焊牢固，將導線沿鋼管側面引向預定位置。兩根鋼管的應變計和相應導線安置完畢后，測試48只應變計全部讀數正常。
鋼管拖運到位后，在充水下沉前，每組導線集束引向指揮船，與自動頻率儀、計算機主機、顯示器、打印機等相連接，并作調試。經檢查，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°方向應變計或導線因拖管等原因而受損外，其他測點均正常。

　　5 應力應變監測及分析

　　鋼管充水后開始按預先設計的程序彎曲下沉，整個沉放過程中對測點的應力應變情況作自動跟蹤監測，電腦隨時顯示監測結果，并將測得的數據自動存入電腦硬盤中。
　　監測過程中，發現A管在A、B監測斷面應力突然增加(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調整后應力減少，并恢復正常。又如B管D斷面彎曲應力偏大，經相關吊點往下調整后，應力得以緩和。再如B管C₂測點應力突增，經檢查是由于3＃吊點超降0.4m所至，在后續狀態吊點下經修正應力，應變得以緩和。鋼管接近著床時應力增加較大，但全部著床后應力應變逐漸減少，直到基本趨穩。
　　在過江管道整個沉放過程中，雖然個別測點的應力達到了屈服應力(235MPa)，但應力仍處于屈服階段允許應變范圍內，未達到硬化階段的起始應變(實測最大應變只達到硬化起始應變的1/2及斷裂應變值的1/20)，且部分測點在鋼管全部著床后約10～15min，應力由屈服應力逐漸減小至正常應力范圍。因此，從測點應力監測結果看，過江管道的沉放是成功的。兩根過江管道的實測應力值比設計應力值一般略偏大，但其基本規律有一定的相似性，這也說明了設計計算的合理性。

　　6 結束語

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