平竖曲线在市政给水管道工程优化设计中的应用

摘要：给水管道系统是城市市政基础设施的重要组成部分，确保其质量至关重要。本文重点分析给水管道的设计与应用

关键词：平竖曲线 市政给水 优化设计

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

球墨铸铁给水管道在遇有平交路口、道路拐弯处时，按照常规设计方法，管线平面和竖向需要加设弯头以保证管道规划位置和竖向要求。然而实际施工过程中，由于市政工程地下管线众多，排列紧密，按照设计坐标位置无法安装或支墩后背无支撑等等问题，不但耗资较大且增大施工难度。本文则重点讨论球墨铸铁给水管道在市政给水工程中如何将管道借转运用在管道平面、纵断面设计上，利用平、竖曲线原理进行优化设计。

一、市政给水管道工程常用管材：

适合市政给水管道工程的管材有金属管和非金属管两大类，常用的金属管有钢管和球墨铸铁管，非金属管有钢筋混凝土管、塑料管（PE/PVC-U/苯乙烯ABS）等。经过多年的应用和淘汰，本地区市政给水管材主要为球墨铸铁给水管（T型K9级）和PE给水管（PE100、1.0MPa）。本文就球墨铸铁给水管进行讨论。

T型胶圈接口球墨铸铁管道的优势在于该柔性接口允许进行偏转，给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）第5.5.8条要求的最大允许转角为：

沿曲线安装接口的允许转角

二、管道平面曲线设计：

为便于全线开挖和安装，将管道借转运用在管道平面曲线设计上，借鉴道路平面曲线的设计理论进行设计计算。

如上图所示，管线P1、P2、P3在P2处的偏角为α，则可以设一半径为R的圆曲线，其切线长为T，曲线长为K，外矢距为E，BC为曲线起点，MC为曲线中点，EC为曲线终点。根据道路平面曲线设计理论，可以导出曲线半径计算公式：

当半径R足够大时，只要保证曲线长K等于每根管道长度L的整倍数n，每根管道两个端点的轴线位于圆弧上，且每根管道长度L所对的圆心角

依据此公式，我们可以计算得出球墨铸铁管道在任何状态下的沿曲线安装的管道弯曲半径，例：

已有新建管道AB和BC，已知两段管道直线相交夹角为33°，选用管道偏转角度2°，依据上述规则，则得出曲线长度K=102米。带入半径计算公式，计算得出R=177.186，取整为178米。利用CAD制图软件倒圆角半径命令，就可以很方便的绘制出新建管道沿曲线安装平面图。为指导施工，该平面曲线上应于特征点处加注坐标、半径、偏转角等标注。

三、管道竖曲线设计：

管道的竖偏角一般都较小，为保证管道接口、节点连接的平顺性及减少弯头，可以采用与平面曲线相似的办法，借用道路竖曲线设计理论，设计给水管道竖曲线。

如图所示，在直角坐标系HOK中，H为高程，K为里程，分别对应于测量直角坐标系的X、Y轴。我们可以根据定线实测的纵断面图上，确定1、2、3点在坐标系中的位置分别为（H1、K1）、（H2、K2）、（H3、K3）。根据解析几何计算公式，首先可以导出管线竖偏角计算公式：

β是正值时，为凸曲线；β是负值时，为凹曲线。

然后按上图所示，根据竖曲线理论，可以导出竖曲线半径计算公式：

式中，T为切线长度，T=K/2。K为曲线长度，K=nL，n为组成曲线的管道根数，其取值原则与平曲线相同，L为单根管道长度。曲线上相邻管道的渐转角度仍取

经过简化后的竖曲线计算方式大致与平曲线相同，在此不进行举例赘述了。

五、结语：

运用道路平竖曲线计算原理理论，不但为给水管道平面、竖向设计提供了理论基础，简化了计算程序，提高了数据计算的准确性。同时，本方法也适用于给水管道沿道路平行曲线设计时，对道路曲线半径进行复核，校验曲线是否满足管道渐转最大允许转角的要求，以策安全。

在设计阶段，最大可能性的利用管道柔性承插接口的优势特点，减少管道上的弯头管件，不但大大减少了施工工程量，而且降低了施工难度。同时对管道连接的平顺性有极大改善，减少水头损失，对提高管网经济运行方面也有一定的促进意义。