城市管线过河方案设计

摘要：合理安排和协调各项工程的施工先后顺序和各种管线的合理分布，对各种管线施工质量和地下存在方式都提出了较高的要求如何能有效地权衡利与弊科学合理地完成市政管线的综合管理工作是市政管线设计工作人员和群众都十分关注和期待解决的问题。本文主要对沉浮法过河倒虹供水管道的规划设计进行了分析和探讨。

关键词：城市管线；沉浮法过河；规划设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、市政管线综合设计的一般原则

（一）在平面上市政道路管线综合设计的原则

在进行管线的设计和铺设时，必须保证管线的固定性，不能发生偏移或者移动的现象。并且在进行管线的布置时，要保证管线的布置是依次进行的，是与道路的中心平行的，管线布置的具体深度和数量应该根据实际情况以及管线工程的性质进行确定。在对一些存在危险或者容易损害的管线布置时，必须采取安全措施，使其能够远离建筑物，避免危险的发生。在对各种管线进行布置时，布置顺序为先铺设电力电缆，电力电缆与整个城市的生活和工作都息息相关;其次铺设电信电缆，接着是燃气、输气、给水、排水等管线，最后是雨水和污水管线。

（二）在竖向上市政道路管线综合设计需要遵循的原则

在进行市政道路管线的交叉布置时，需要处理好每一种管线的布置顺序，根据各自工程的特点，将各种管线的铺设的顺序控制如下:工程管线交叉敷设时，自地表面向下的排列顺序宜为电气管线、热力管线、燃气管线、给水管线、雨水排水管线、污水排水管线。

二、市政管线综合设计技巧

（一）水平布置技巧

1、在进行管线的布置时，两个相邻的管线之间应该不存在任何的厉害关系，两者应该是互为安全的，严禁将两种存在危险关系的管线布置在一起。比如燃气管线和热力管线，如果这两种管线之间的距离比较近，那么如果发生燃气管泄露的情况，那么热力管线很容易产生爆炸。

2、在满足各种设计要求以及相关规范的情况下，可以将两个要求间距比较小的管线布置在相邻的位置。与此相反的，如果两者之间的要求间距比较大的话，那么可以将两种管线采用错开布置的方法。

（二）竖向布置技巧

在对每一种管线的埋设深度进行控制时，需要以每一种管线的最小覆盖土深度进行确定，如果不这样做，很容易使得管线在交叉时产生碰撞的现象，导致没有办法顺利进行施工。

竖向布置的技巧主要在如何统筹确定各种管线的控制埋深范围，然后确定各种管线在那一“层”。通常来说，首先要做的就是对雨水管以及污水管的埋设的深度范围进行确定。一般来说，污水管的埋设深度是比较大的，通常是在2～6m范围之内，布置在最低一层;而雨水管的埋设深度仅仅次于污水管，通常是在2～4m范围内，布置在第2层(从下往上，下同);给水管的埋深范围可以控制为1．2～1．5m，布置在第3层;燃气管(配气)的埋深可以控制为1～1．3m，布置在第4层;电力管沟、电讯管沟的深度一般为0．8～1．2m，布置在第5层(最上面1层)。

三、管线的规划

为了正确合理的选择设计方案与选定管道路线，必须全方面了解相关的基础资料。

（一）管道技术资料

1、拟定供水管道的坐标走向、起点、结尾；

2、拟选用的管材和管径；

3、计划区域内道路走向、等级，红线和宽度，地上地下各种工程设备的散布状况；

4、河道通航状况及施工期需求停航的必要性和可能性；

5、施工条件及施工机具的可能性；

6、选定供水管道穿越河流的施工办法见表1

管道穿越河流施工办法比较表1

（二）气象、地质、水文资料

1、气温、水温、北方寒冷区域要思考最大冻土深度、雪压等；

2、计划区域河流的水位、深度、宽度、流量、流速等；

3、拟建管线地带的横截面地质结构剖面图及冲刷变迁情况；

4、地势测绘材料，如水准桩、导线桩等。

（三）河道选线原则

选线方案设计作为全部施工的重要环节。方案设计的恰当与否直接关系到工程的进度、质量和造价，一起也会影响到今后的维修和区域管线归纳的总体规划。因此在选择管线方案时应思考以下需求：

1、应契合设计规范以及区域管线的总体规划。

2、施工方便，造价低。

3、运行安全，便于维修。

4、应尽可能和河流垂直相交。

二、设计要点

过河倒虹管道要尽可能挑选在水流稳定的直线河段上。为了削减工程的施工量，因此要挑选在河流较窄的地方，并且河岸土质应稳定，以保证安全。过河倒虹供水管道的详细规划需求：

（一）过河供水管道的埋设深度、敷设办法和在岸上拼装管线的长度取决于水的深度，岸边的地势，河道航运情况，水位波动的起伏，河道的地质结构及水文情况等条件。

（二）穿过管段的两岸应设置切断阀门。当穿过河流的宽度小于15米时，若无特殊需要，也可不设阀门。河岸上阀门井的设置，应能保证在高水位时无淹没的危险。

（三）管道埋设深度，应根据水流冲刷等情况而定，管道埋设在通航河道时，应符合航运管理部门的技术规定，管道埋设深度应在航道底设计高程2米以下。

（四）当水下敷设过河管附近有桥梁时，管线与桥梁的间距应符合要求：

1、穿越不结冰的通航河流，管道至桥的上游侧或下流侧，最少间隔为50米。

2、穿过不通航的河流，管道至桥的最小间隔，以当地的计划部分要求为准。

（五）以焊接衔接施工的管道，当进行牵引敷设时，为削减焊缝应力会集，应采纳加强办法。加强办法可采用在环向焊缝处外壁均布加强筋板。加强筋板的材料应与管材一样，其数量不少于4条。

（六）在河槽下敷管需思考避免冲刷的办法，即当河槽的河水流速超越河槽的不冲刷流速时，则河槽土质将不稳定，需做管道根底。遇有流砂还需要设固定桩。

（七）过河管段要尽可能与河垂直相交。而且水下的管段要按照国家内河航运相关规定，建立象征，并标明水下管线的方位。

（八）过河倒虹供水管，其选用流速要大于不淤流速。并且流速不应大于2.5~3.0米/秒。

（九）过河倒虹供水管往往采取长钢管，并要加强防腐，在核算钢管壁厚时，需要一定的腐蚀裕度。

三、沉河供水管道稳定计算

河流的河床在洪水期要受到河水的冲刷，而在枯水期则淤积。洪峰流量越大，则河槽冲刷的沟槽越深。管道埋深在最大的冲刷深度以下为全埋敷设；管道埋深在均匀冲刷深度以下为半埋敷设；管道搁置在河槽上为暴露敷设。全埋敷设的土方工程量较大，往往较少选用。而暴露敷设，管道的受力条件杂乱，稳管的工程量大，洪峰时管段有悬空之虑，对于航运河道，船舶抛锚容易损坏管道，往往不选用，所以通常多选用半埋敷设。

（一）管道静水浮力计算

单位管长静水浮力F=πD²×ρ/4（N/m）式中F―静水浮力；D―管道外径（m）（含防腐层）；ρ―水的比重，一般按1000kg/m³。

（二）动水浮力的计算

当水流绕过管道活动时，有两个作用力，一个力是上抬力，另一个是水平推力。为了克服上抬力需加的压重Py按下式计算：

Py=K1×v²×D式中K1―常数，在200~300范围内取值；

v-河道底部水流速度（m/s）;D-管外径（m）。

为了克服水平推力需加压重为；

Px=K2×v²×D式中K2常数，在75~135范围内取值。当管材或其外保护层与河床部土壤间摩擦系数小时取大值。其他符号同前。为了使水下管道保持稳定，则需满足下列不等式：

GP+F+Px+Py式中G-过河管自重，应包括管材重、保护层重、介质（水）重（N/m）。P-为使管道坚持自在曲折状况的压重，倒虹管P=0（N/m）；不然需加压重物，加压物分量为Q=（P+F+Px+Py）-G用上式求出的Q值，应根据工作条件乘以安全系数。该安全系数K3通常选用1.5。管道压重能够选用铁丝石笼，也可用跨在管道上的混凝土压块，压重安置应均匀。以DN1000mm沉河管为例，该管归于倒虹管。管外径D1=1028mm，管内径D2=1000mm，含防腐层的管外径D=1045mm，钢管密度ρ钢=7.85g/cm³,现核算该管河底直线段需加压石块分量和回填高度。

该管静水浮力F的计算

F=πD²×ρ/4=3.14×1.045²×1000/4=857kg=8399N/m

取河底的流速为1米/秒.管道的上抬力

Py=K1×v²×D=300×1²×1.045=314N/m

水平推力Px=K2×v²×D=135×1²×1.045=141N/m

管材重量G1=3.14×10.14×0.14×10×7.85=350kg/m=3430N/m；

防腐层重量G2=10kg/m=98N/m

水的重量G3=πD2²×ρ/4=3.14×1²×1000/4=785kg=7693N/m

过河管自重G=G1+G2+G3=3430+98+7693=11221N/m

F+Px+Py=8399+141+314=8854N/m

G＞F+Px+Py

从理论上讲，过河倒虹供水管道沉到河底，不需要加压重物也可满足水下管道的稳定性。从实践经历剖析，要回填石块和回填土、回填石块的厚度通常要0.3m，且要填平开挖的管坑。意图是避免管道被过往的船舶撞坏和管道运转过程中土壤被冲刷。

四、结语

对于一座城市的市政管线来说设计是基础和前提条件，特别是要做好管线过河方案的规划设计，从而为管线正常运行创造必要的条件。

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