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棧橋液化石油氣LPG輸送管線事故技術分析

文檔作者：羅文輝文檔來源：上海外經(jīng)(集團)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月09日
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第30卷第5期
Vo1．30 No．5 建筑施 工 BUILDING CONSTRUCTION
棧橋液化石油氣(LPG)輸送
管線事故技術分析
TechnicaI Analysis 0f LPG Trestle Bridge
Pipeline Accident
口 羅文輝
(上海外經(jīng)(集團)有限公司 200021)
【摘要】一條約3km的棧橋液4g-~；油氣(LPG)輸送管線突然發(fā)生近2 km管線從支架上塌落的事故，通過對設計、施
工、管理各方面調(diào)查采訪和原始資料的收集查閱，并對事故發(fā)生時現(xiàn)場施工情況的了解，進行事故現(xiàn)場和起因的分析，排除了
不可預計和人為破壞引起事故的因素，指出事故起因是管線終端抬升管線進行支架管托施工時爆發(fā)出管線波浪型振蕩運動向另
一端傳遞，導致管線大規(guī)模崩塌和沿線支架的損壞，經(jīng)審查管線支架結構設計理論上無誤，但支架上失缺垂直限位裝置及支架
需承受施工不當引起施工荷栽增加考慮不周等因素造成事故擴大化。
【關鍵詞】管線塌落事故 安裝施工振動強行調(diào)查應力釋放限位裝置
【中圖分類號】U448．18 ，文獻標識碼 B 【文章編號】1004～1001(2008)05—0399—03
1 棧橋上輸送管線塌落事故
某項目總承包聯(lián)合體為南亞某國家建設的LPG儲備站
II期工程項目，該項目除船卸貨碼頭和球形儲罐及輔助系統(tǒng)
外，還有一條約3 500 m的棧橋和液化石油氣(LPG)輸送管
線(圖1)。在某年1月中旬下午5時3O分左右，棧橋LPG輸
送管線發(fā)生大規(guī)模崩塌事故，致使已經(jīng)完成安裝就位的管線
中1 992 m， 250 mmLPG液相管線和1 100 m， 200 mmLPG
氣相管線從原安裝位置跌落到地面和海面上，從而造成重大
工程事故。該事故致使約2 km的支撐系統(tǒng)遭受巨大的損壞，
7O個管支架受損彎曲變形，130個管墩被嚴重損毀，2榀雙T
梁受到損傷(圖2)。
圖1 管線安裝就位原貌
由于存在事故翻修的工作責任，因此當事人似乎不愿意
揭露事故的整個過程，并且推托當時不存在管線施工，雖然
【作者簡介】羅文輝(1968一)，男，工程師，總經(jīng)理。聯(lián)系地址
上?；春Ｖ新?00號24—25樓(200021)。
【收稿日期】2008—01—12
圖2 管線事故概貌
有見證人目睹當時正在安裝 250 mm管線下的管托。因
此，本文的調(diào)查和分析，對一切的可能性進行評估，① 沖擊、
爆炸、惡劣氣候條件等不可預計因素；② 人為破壞因素 ③設
計缺陷；④施工錯誤。
2 事故發(fā)生時安裝情況
事故發(fā)生時，施工方對管線的安裝工作已基本完成，但
兩條管線事故起因端(北側終端接收端)和南側裝船輸送端
尚未與總管線連接，即兩端為自由端。管線支架系統(tǒng)的安裝
存在一些缺陷，沒有完全按照已經(jīng)完成的設計圖紙進行施
工，主要的一些因素表現(xiàn)為：
(1)根據(jù)施工記錄和返工記錄，該管線的施工順序是：
首先在加工場地上進行每兩根管線之間的連接工作，而后從
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第5期 羅文輝：棧橋液化石油氣(LPG)輸送管線事故技術分析
接收端向輸送端方向開始順序安裝，各膨脹節(jié)也基本依次安
裝。但是，在棧橋管線安裝施工過程中存在施工質(zhì)量問題，主
要是管口焊接處不圓整，施工方曾對管線進行了多處切割修
復工作。
(2)根據(jù)施工記錄和返工記錄，管線安裝基本完成后，
整個管線未成直線狀態(tài)，施工方曾利用管線支架導向角鐵作
為支撐點調(diào)直管線，使得管線支架導向未處于自由狀態(tài)。
(3)管支架 和 上沒有安裝管托。
(4)管支架P至6 段管線下的管托沒有安裝支架導
向角鐵。
(5)管線在靠船輸送端和終端接收端為自由端。
(6)在設計圖紙上未標注的一些位置上卻安裝了支架
導向角鐵，包括第一個膨脹節(jié)14 支架。
(7)管線支架導向角鐵未安裝管道防跳限位裝置。
(8)施工質(zhì)量管理涉及的消缺工作尚未完成，因此，還
可能存在一些其它不太明確的缺陷。
3 事故起因和事故發(fā)生順序分析
根據(jù)事故調(diào)查資料表明，在事故發(fā)生時，施工方工人正
在使用手拉葫蘆、千斤頂和撬棒進行2 管支架(混凝土管
墩)上擊250 mm管道的管托安裝工作，由于管線3 至6 支
架位置沒有安裝支架導向角鐵，也沒有在2—6 管支架與管
道之間采取適當?shù)墓潭ù胧?，在提升管道時造成管線起始端
小幅振蕩，誘發(fā)了事故的發(fā)生，并且在整個管線設計與施工
各方面的綜合因素作用下，擴大了事故的態(tài)勢。
在事故發(fā)生時，施工方提升 250 mm管線所用的基本
工具是石塊和千斤頂，并將 250 mm管線提升到一定高
度，以便安裝管托。根據(jù)事故發(fā)生后模擬情景，施工方將兩個
石塊堆放在一起使用，為了更方便地插入管托，他們使用千
斤項將管線提起，并擱置了第3塊石塊，第3塊石塊的材質(zhì)
為高爐煤渣，石塊堆起的高度剛好超過棧橋橋面約400 mm，
所要安裝的管托也很明顯清楚地放置在他們刻意要進行安
裝的位置。在用千斤頂對管線進行提升或管線放置在石塊上
時，相鄰管架支撐上由于摩檫力的減少使管線向北側移動，
并因此將振動傳遞至第一個膨脹節(jié)14 的管支架上。
在整個施工過程中，對 250 mm管線進行的提升，使
得管線在1—7 支架之間約42 m長度范圍內(nèi)成為沒有受到
任何制約的自由端段，這個自由端段在施工人員提拉或移動
操作時，由于操作上的失誤以及任何的偏移或跌落，都會使
得管線發(fā)生振動，由于這個類似杠桿臂的自由端段和所發(fā)生
的偏移或振動，導致位于7 管支架下的管托受其作用，突然
向上脫離了導向角鐵的束縛，再加上管線調(diào)直時所儲存的應
力突然獲得釋放，管線在應力作用下突然向東側彈出，結果
造成用于支撐管線的千斤頂?shù)顾?，管線從高處落下后將原用
于支撐的高爐煤渣砸碎，同時造成管線在垂直方向和水平方
向的混合運動(從3 及以后許多管線支架的受損情況可以
認定)，而后由于管線連續(xù)振動(目擊者證實最初管線呈波浪
型狀態(tài))，更多的被強行調(diào)直的管線應力被釋放出來，由于管
線在向西運動時受到管線支架立柱的阻擋，因此有彈性作用
的存在，使管線向東爆發(fā)出更大的水平移動動力，正是這一
動力，致使l4 膨脹節(jié)支架在導向角鐵的帶動下倒塌。
從14 膨脹節(jié)支架破壞情況來看，管線被混凝土和鋼接
口處扭曲的不受約束的鋼部件推向東邊，朝一旁移動。兩條
管線均從支架上向東彈出，這導致了42 m長，約2．5 t重的
管線 250 mm和約1．6 t重的 200 mm管線掉落在14 膨
脹節(jié)支架的南邊3 m范圍內(nèi)。這種管線運動越過14 膨脹節(jié)
支架處，造成支架和固定系統(tǒng)的大量崩潰。
從 管線支架相鄰的管線開口端可以看到，管線被拉
至北邊。 250 mm管線自由端(在4 6 支架處)垂直向
上扭曲，將3 支架彎向西邊。
管線沿棧橋與管線支架分離，基本上毀壞了膨脹節(jié)和固
定點的支架。 200 mm管線跳離管支架，運動至52 支架的
西側，然后回至東側64 支架處。但 250 mm管線因重量過
大，繼續(xù)向東運動。129#支架處的一個導向撐住了 200 mm
管，從該處起， 200 mm管線基本保持在了原先的位置上，
而 200 mm管線繼續(xù)脫離支架。當 250 mm管線的運動
作用接近24 支架時，管線固定支架被破壞， 250 mm管
線彎曲并停止運動。到這里為止，涵蓋了所有破損的區(qū)域。
因此，可以認為事故發(fā)生的基本順序為：管線施工引發(fā)
管線振動，管線最初表現(xiàn)為波浪運動并帶有水平運動，造成
250 mm管線向東運動，導致14 膨脹節(jié)支架倒塌，帶動
200 mm和 250 mm兩條LPG管線向東南方向順序跌落
和部分相關支架倒塌，而后由于設計和施工缺陷等綜合因素
加劇事故的擴大，導致大面積崩潰。
4 事故現(xiàn)象和原因分析
4．1 事故起因分析
根據(jù)目擊者的表述，管線事故發(fā)生后，整條LPG管線是
先呈垂直波浪型振蕩運動后，跌落到地面和海面上的(根據(jù)
管線支架橫梁底部油漆受損情況，以及管線支架變形彎曲的
狀態(tài)證實了管線發(fā)生了彈跳運動)。通過事故調(diào)查人員拍攝
的錄像和照片證據(jù)表明，兩條LPG管線的總體運動方向都是
明顯地從接收端向輸送端方向運動，大多數(shù)倒塌的管線支架
(除14 膨脹節(jié)支架外)也全部倒向了裝船輸送端方向，由
此，可以認為：
(1)LPG管線的倒塌事故是從終端接收端引發(fā)，引發(fā)地
點在 ～2 支架間的管托施工位置，可以否定事故其它引發(fā)
地點的猜測。
(2)LPG管線在事故中首先呈波浪式振蕩約1O多秒鐘
后才從管線支架上跌落到地(海)上，可以否定事故是由于管
道支架自然倒塌造成管線跌落的觀點。根據(jù)事實和查閱的資
料情況，在事故發(fā)生時，并沒有發(fā)生其它的外力沖擊、爆炸、
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羅文輝：棧橋液化石油氣(LPG)輸送管線事故技術分析 第5期
惡劣氣候條件(如颶風、地震、極端高溫)等不可預計因素。
(3)根據(jù)當時事故發(fā)生的時間(臨近下班時間)以及現(xiàn)
場人員管理的情況以及其它調(diào)查記錄，事故發(fā)生當時并不存
在人為破壞的因素存在。
4．2 支架受損情況分析
事故前管線完成安裝工作并穩(wěn)定就位達30 d以上。根
據(jù)在事故現(xiàn)場對于受損管線支架、導向角鐵受損情況的檢查
結果，可以認為：
(1)事故發(fā)生時棧橋管線所體現(xiàn)出的機械沖擊力將相
當數(shù)量的L80x80x 6 mm管線支架打彎變形，并將相當數(shù)
量的L45x 45x 6 mm的導向角鐵打斷(圖3)，表明事故發(fā)生
時管線產(chǎn)生了一個很大的爆發(fā)力，造成管線支架系統(tǒng)的嚴重
損壞，因此，可以否定事故是由于管線自然膨脹收縮所產(chǎn)生
的力學作用而引發(fā)的觀點。
圖3 支架導向受損
(2)造成此次事故的巨大爆發(fā)力的來源，應該是管線在
施工過程中，由于管線質(zhì)量、施工工藝或施工質(zhì)量問題，造成
長距離管線施工完成后成彎曲狀態(tài)。施工方利用支架導向角
鐵作為支點對管線進行了強行的調(diào)直處理，從而使得管托處
于非自由狀態(tài)(緊張狀態(tài))，因而在管線上聚集了巨大的應
力，該應力在外力作用下被突然釋放出來，結果造成了上述
管線振蕩以致崩塌的事故，因此，可以否定事故是在沒有外
力引發(fā)作用下，產(chǎn)生的自發(fā)損壞的觀點。
4．3 膨脹節(jié)損壞情況分析
根據(jù)事故發(fā)生后，通過對于所有膨脹節(jié)支架跌落方向
和損壞情況的調(diào)查取證，特別是對于膨脹節(jié)14 跌落位置和
其支架導向角鐵斷裂情況的檢查結果和技術分析，可以認
為：
(1)由于膨脹節(jié)支架上導向支架的阻擋作用，致使膨脹
節(jié)支架受到由管線移動帶來的水平推力，由于該水平推力具
有將L45x 45x 5 mm導向角鐵完全打斷或頂彎，從而在管
道水平推力的撞擊下倒塌，因此，可以否定是由于膨脹節(jié)支
架自然倒塌帶倒了整條管線的觀點。
(2)膨脹節(jié)14 在事故中跌落方向(向東北側)與整條
管線(向東南側)不盡一致，是由于在管道自由端被提升，造
成膨脹節(jié)l4。北側管線的摩擦力減小，膨脹節(jié)向北側伸展，
支架向北側受力，從而在管線振動所造成的水平推力將管線
支架向東側推出時，管支架倒向了東北側，從技術分析的角
度驗證了當時在管線的北側自由端是由非自然的力學運動
發(fā)生，從而可以復證事故發(fā)生時存在 一2 支架之間進行施
工的結論。
4．4 設計因素對事故影響分析
在事故發(fā)生后，通過各方對整個棧橋土建結構和整個
管線的支撐系統(tǒng)進行設計審查后，基本確認與管線事故相關
的設計沒有明顯的錯誤，設計基本滿足設計標準要求和相關
的規(guī)范規(guī)定的。但不得不指出，事故的嚴重程度備增，與支架
設計不夠完美有關。固定點依賴于3O mm的角鐵作為制約
元件，底板的寬度為150 mm。在棧橋及樁(膨脹節(jié)處)安裝了
固定結構的情況下形成了1．7 m長的杠桿臂。很不幸，棧橋
及膨脹節(jié)處的安裝工作都顯得似乎很不恰當。事故是由管線
起跳所引起的，其產(chǎn)生的提拉力足以使14 膨脹節(jié)上產(chǎn)生一
個能克服導向阻力的翻轉力矩，這使得管線被推離14 支架
并被推向其東邊，與棧橋分離。如果固定結構能夠承受一定
的荷載，那么，損壞程度情況很有可能會減少。設計人員的實
際施工經(jīng)驗欠缺，工程管線支架系統(tǒng)設計中沒有考慮傳統(tǒng)施
工方法強加于結構體的正常荷載，對于實際施工過程對管線
支撐系統(tǒng)所可能施加的外力考慮不足，因此，就設計問題對
此次事故的影響，可以認為：
(1)管線支架設計計算書和施工圖經(jīng)審查是基本符合
規(guī)范的，但設計過程中沒有充分考慮管線施工中可能產(chǎn)生的
載荷，致使固定支架和膨脹節(jié)支架承受水平力時，強度有所
不足，經(jīng)技術分析，該原因同樣擴大了事故。
(2)管線支撐系統(tǒng)中管托的設計基本符合規(guī)范，但設計
方又根據(jù)施工方要求，對原符合要求的設計進行了修改，以
滿足施工方施工簡化的要求(取消支架導向上下限位裝置)。
經(jīng)過技術分析，該修改擴大了事故的嚴重性。
(3)管線支架工藝設計進行管托設計時，原設計管托長
度為350 mm，滿足設計要求，后應施工方要求修改為
250 mm，因而在事故中部分管線移位后，管托與管架脫離，
造成了事故的擴大化。
經(jīng)過事故調(diào)查和技術分析認為，設計原因是導致事故擴
展的因素之一，但與事故的發(fā)生無關，從而不能認為該事故
是由于設計原因誘發(fā)的。
4．5 其它影響因素分析 ·
事故發(fā)生的其它影響因素可能有很多，這些因素包括：
(1)設計似乎沒有考慮在固定點和膨脹節(jié)支架點處的
側面或扭轉荷載。在液壓和工作荷載下會產(chǎn)生一定程度的振
動，膨脹節(jié)可能被動地被破壞。
(2)管托上沒有安裝垂直方向的限位裝置，管線易于從
管支架系統(tǒng)中被彈出。
(3)管理上可能缺少更有效地施工質(zhì)量監(jiān)控機制。
(4)在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，對于主要的支撐結構，采用膨
脹螺栓結構，這樣的情況似乎不適合海洋環(huán)境中。不妨按照
可適用的技術規(guī)范。同時，預埋的尺寸大小應該要比傳統(tǒng)的
略大，因為在海洋環(huán)境中，鋼材容易受到鹽堿環(huán)境的電解作
用的影響。
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