地下管道

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地下管道是敷設在地下用于輸送液體、氣體或松散固體的管道。中國古代早已采用 陶土 燒制的地下 排水管道明朝 建都北京,大量采用磚和條石砌筑地下排水管道。寬達1米左右,高達2米左右。現代的地下管道種類繁多,有圓形、橢圓形、半橢圓形、多圓心形、卵形、矩形(單孔、雙孔和多孔)、馬蹄形等各種斷面形式,采用鋼、鑄鐵、混凝土、鋼筋混凝土、 預應力混凝土 、磚、石、 石棉 水泥、陶土、塑料、 玻璃鋼 (增強塑料)等材料建造。

類別

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預制混凝土 圓管和預制鋼筋混凝土圓管

均為工廠制作的機制管,用離心法、懸 輥 法和立式擠壓法制造。管內徑小于400毫米時采用 混凝土管 ;大于500毫米時采用鋼筋混凝土管。中國在70年代已生產和敷設管徑為2000毫米左右的大口徑管道。圓管的壁厚為內徑的1/12~1/10, 混凝土標號 不低于300號,鋼筋大部用 冷拔低碳鋼絲 。平口管接口可用 水泥砂漿 或鋼絲網水泥砂漿抹帶; 企口管 接口用 膨脹水泥 或石棉水泥填實;當防滲要求較高時宜用預制或現場灌筑的混凝土套環接口,在管接口部分用水泥砂漿,膨脹水泥或石棉水泥等材料填實。

預應力混凝土管

內徑為400~1400毫米的管子可用于工作壓力為0.4~1.2 兆帕 的管道中;當工作壓力小于0.4兆帕時,最大管徑可達4000毫米。采用承插式接口和圓形斷面膠圈密封止水。有管心繞絲和立式振動擠壓兩種制管工藝。混凝土標號不低于400號, 預應力鋼筋 用高強冷拔鋼絲。

自應力混凝土

用于工作壓力為0.4~1兆帕的輸水管道。內徑100~600毫米。采用承插式接口和圓形斷面膠圈密封止水。這是一種利用膨脹水泥張拉鋼筋而產生預應力的鋼筋混凝土管。

鑄鐵管

用于工作壓力不超過1兆帕的輸水管道。分低壓管(小于0.45兆帕)、普壓管(0.45~0.75兆帕)和高壓管(0.75~1兆帕)三種,管徑可達1200毫米。有連續鑄造和砂型鑄造(直立式和離心式)兩種制管工藝。

鋼管

用于工作壓力為1兆帕以下的輸水、輸油和 輸氣管道 ,管內徑可達3000毫米以上。當內徑大于1600毫米時可在管壁上焊剛性環以減小管壁厚度。采用焊接接口。

磚石管道

用于無內壓的輸水和排水管道,斷面形式一般為矩形或拱形。由于地方性材料磚、石價廉,施工方便,且管道大小可根據地形和流量任意調整,因此,磚石管道為中國各地區普遍采用。矩形斷面的凈寬可達4米左右,高達3米。 拱形斷面 一般有上部為半圓,下部為直墻的馬蹄形和多圓心形兩種形式,凈寬可達4米左右。

磚石管道大多用混凝土或鋼筋 混凝土底板 ,矩形斷面管道的頂板也采用鋼筋混凝土 預制板 。由于磚石砌體的抗滲能力差,一般用水泥砂漿抹面防滲,因此,不宜用于防滲要求高的管道。磚石砌矩形管道還可用作地下通行和半通行的暖氣和電纜溝。

鋼筋混凝土管道

用于防滲要求高的大中型輸水排水管道。現場灌筑的大尺寸管道,其工作內壓可達0.2兆帕時,內徑較大。中國已建的大型單孔矩形斷面凈寬達8.5米,凈高達4.2米;雙孔斷面中每孔的凈寬和凈高分別達7米和3.5米。中型的矩形和拱形斷面也可采用預制裝配結構。

管道計算

荷載

作用在地下管道上的荷載,主要有管道自重、管內介質壓力、豎向和水平土壓力、地下水壓力、地面活載(交通荷載)產生的豎向和水平壓力以及地震作用等,其中除管自重和管內介質壓力外,都直接或間接地與管道周圍土體發生關系。土體不僅對管道施加荷載,而且對管道的變形起約束作用。圓形或橢圓形管道受到豎向土壓后,豎向直徑減小,水平向直徑增大,但由于管道被土體包圍,因此產生水平土壓力。鋼筋混凝土、鑄鐵、 石棉水泥管 等剛性管的剛度大,豎向和水平向變形都很小,由此引起的土的 彈性抗力 很小。因此,作用在管道上的水平土壓力通常按 主動土壓力 計算。對鋼管、波紋鋼管、玻璃管等柔性管,在豎向土壓力作用下,其變形可達管直徑的2~5%,相應的水平向變形受到土的彈性抗力的約束,從而使管道對豎向土壓力的承載能力相應提高。

集中系數

管道上的豎向荷載應等于管道上部土體重量乘以大于1的系數,這個系數稱集中系數。在中國一般采用1.05~1.4。而當槽寬很窄或不開槽埋管時,由于管道上部土體受到兩側土體的向上摩擦力,因此管道上的豎向荷載應等于管道上部土體重量乘以小于1的集中系數。柔性管管體的豎向變位較大,上部土體之間摩擦力影響不大,豎向土壓力取管道上部土體重量。

土體密實度的影響

土體的相對沉降和彈性抗力取決于土的性質和密實度。因此,對開槽埋設的管道,應要求管道兩側回填土的密實度達到90%以上,對柔性管應達到95%以上。管頂上部的回填土亦應根據不同部位提出相應的密實度要求,使作用在管道上的土壓力值減小到最低限度。

地面車輛的作用

當管頂覆土較薄時,應考慮地面車輛通過土體傳到管道上的壓力。由于車輛以集中力的形式作用在地面上,因此,可采用布森 涅 斯克彈性半無限體理論來計算。在實用上可簡化為分布角方法,即假定地面 集中荷載 按與豎直線成30°~45°的分布角往下均勻傳播。當管頂覆土超過2米時, 車輛荷載 的影響可以不計。

圓管荷載計算簡圖

對圓形剛性管道,一般是將豎向和水平土壓力作為均布壓力作用在管道頂部和兩側,基床反力在支承角2 α 范圍內按均布或按一定的分布規律作用在管道上。當為土基床時可采用拋物線圖形,如為混凝土基床則接近于均布甚至兩側反力大于管底反力。由于施工條件的限制,土基床的支承角2 α ≤90°,而混凝土基床的支承角2 α 最大可達180°,因此采用混凝土基床能提高管的承載能力,在工程實踐中亦有人采用根據試驗結果提出圓管上的土壓力和土基床反力為圓弧形的假定。對柔性管道,由于土的彈性抗力的作用,其兩側的荷載圖形可用拋物線表示,在管中心處壓力值最大。土的彈性抗力的大小,可根據兩側回填土的實測數據和工程實踐的經驗來確定。

斷面計算

根據彈性理論求得管道各斷面內力后,按強度選擇斷面尺寸。混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土管尚需進行抗裂度驗算和控制裂縫寬度的計算。鋼管還應驗算穩定性和剛度。計算自應力混凝土管和鑄鐵管的強度,有時需做標準管段的強度對比試驗。凡工廠生產的各種標準規格管,常按廠方提供的技術指標,核算管道的承載能力。

管道地基

開槽埋管時,管道地基上的附加荷載很小,因此只需把管道安放在可靠的原狀土層上,地基可不作處理。但如果管道敷設在回填土、淤泥上,或在被施工超挖、原狀地基被破壞的土層上,則必須對地基進行適當的處理后才能敷管。當管道沿長度方向通過不同地層或相鄰區段,其豎向荷載變化較大時,管道沿縱向可能產生較大的 不均勻沉陷 ,應該用柔性接口或沿縱向對地基進行處理,以防止管道斷裂。

環形斷面管多為工廠生產的標準化產品,分節運到現場就位安裝和進行接口,同時支模和灌筑管基混凝土,這樣可加快施工進度和保證工程質量。

改造地下管線

北京6月14日電記者14日從 中國政府網 獲悉:近日,國務院辦公廳印發《 關于加強城市地下管線建設管理的指導意見 》,部署加強 城市地下管線 建設管理。

《意見》指出,近年來,地下管線建設規模不足、管理水平不高等問題凸顯,一些城市相繼發生大雨內澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件,嚴重影響了人民群眾生命財產安全和 城市運行 秩序。為此,要把加強城市地下管線建設管理作為履行政府職能的重要內容,全面加強城市地下管線建設管理。

《意見》提出,要在2015年底前,完成城市地下管線普查,建立綜合管理信息系統,編制完成地下管線綜合規劃。力爭用5年時間,完成城市地下老舊管網改造,將管網漏失率控制在國家標準以內,顯著降低管網事故率,避免重大事故發生。用10年左右時間,建成較為完善的城市地下管線體系,使地下管線建設管理水平能夠適應經濟社會發展需要,應急防災能力大幅提升。

根據《意見》,要加強規劃統籌,嚴格規劃管理。開展地下空間資源調查與評估,制定城市地下空間開發利用規劃,組織編制地下管線綜合規劃。原則上不允許在中心城區規劃新建生產經營性危險化學品輸送管線,其他地區新建的危險化學品輸送管線,不得在穿越其他管線等地下設施時形成密閉空間,且距離應滿足標準規范要求。

要統籌工程建設,提高建設水平。統籌安排各專業管線工程建設,力爭一次敷設到位。嚴格控制道路挖掘,杜絕“馬路拉鏈”現象。在36個大中城市開展地下綜合管廊試點工程,提高綜合管廊建設管理水平。嚴格規范建設行為。對于可能涉及危險化學品管道的施工作業,建設單位施工前要召集有關單位,制定施工方案,明確安全責任,嚴格按照安全施工要求作業,嚴禁在情況不明時盲目進行地面開挖作業。

要加大老舊管線改造力度。改造使用年限超過50年、材質落后和漏損嚴重的供排水管網。對存在事故隱患的供熱、燃氣、電力、通信等地下管線進行維修、更換和升級改造。對存在塌陷、火災、水淹等重大安全隱患的 電力電纜 通道進行專項治理改造,推進城市電網、通信網架空線入地改造工程。

要加強維修養護,建立地下管線巡護和隱患排查制度。對地下管線安全風險較大的區段和場所要進行重點監控;對已建成的危險化學品輸送管線,要按照相關法律法規和標準規范嚴格管理。制定應急防災綜合預案,提高事故防范、災害防治和應急處置能力。加強城市 窨井蓋 管理,落實維護和管理責任,采用防墜落、防位移、防盜竊等技術手段,避免窨井傷人等事故發生。

要開展普查工作,完善信息系統。城市地下管線普查實行屬地負責制,各城市要在普查的基礎上,建立地下管線綜合管理信息系統。

中文名
地下管道
類別
建筑材料
國務院
花十年時間改造城市地下管線
管道計算
荷載