DN600 mm輸水管道隨橋架設(shè)工程應(yīng)用實(shí)例介紹

周乃磊,劉世宇,盧洋暘

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市300074)

DN600 mm輸水管道隨橋架設(shè)工程應(yīng)用實(shí)例介紹

周乃磊,劉世宇,盧洋暘

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市300074)

以新農(nóng)至西中島公路跨海連接線通道大橋工程為例，介紹三根DN600 mm輸水管道隨橋敷設(shè)中管道支架的布置形式，以及隨橋敷設(shè)管道設(shè)計(jì)中的水錘處理、熱脹冷縮處理及保溫防腐處理等設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)。

管道隨橋敷設(shè)；水錘作用；熱脹冷縮；保溫

0 引言

隨著城市的發(fā)展與拓展，作為通行功能的橋梁是必不可少的，而管線由于城市的布局與發(fā)展，不可避免要跨越江河。一些管線依附于通行功能橋梁進(jìn)行跨越，如一些中低壓的電力管線、通信管線。這些管線本身的自重較小，管線本身有相應(yīng)的保護(hù)措施，在隨橋梁敷設(shè)時(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較小。但是，有動(dòng)力的管線如給水、中水管線、供熱管線等，由于其管線本身的構(gòu)造特點(diǎn)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響較大[1，2]。本文通過工程實(shí)例介紹三根DN600 mm的輸水管線隨橋敷設(shè)過程中的管道設(shè)計(jì)及橋梁相關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，為類似管道隨橋敷設(shè)的工程提供參考。

1 管道隨橋架設(shè)形式分析

當(dāng)確定管線采用隨橋敷設(shè)的形式越過障礙物時(shí)，就不可避免與橋梁工程相互影響。好的管線隨橋敷設(shè)形式對(duì)縮短建設(shè)工期、提高道路的美觀性有著重要的意義。

該工程為新建項(xiàng)目,故僅考慮管線與新建橋梁同步設(shè)計(jì)的情況,管道隨橋敷設(shè)的常用形式可分為如下幾種（見圖1）：

圖1 管道隨橋敷設(shè)的常用形式示意圖

（1）管線敷設(shè)在橋面兩側(cè)外翼；

（2）管線敷設(shè)在墩（臺(tái)）蓋梁上；

（3）管線置于箱梁中；

（4）管線外掛在箱梁懸臂下。

在以上4種管線隨橋敷設(shè)的形式中，第一種形式管線放置在橋面上，需加寬橋面的寬度，單獨(dú)放置管線。這會(huì)增大橋梁的建設(shè)界面積，從而增加投資，而且這種敷設(shè)形式的景觀效果最差。第二種形式是利用管線的自身跨越能力，將管線放置在蓋梁上，一般適用于中小跨徑的板梁。如果主橋的跨徑比較大，就需要架設(shè)桁架等專門結(jié)構(gòu)支撐管線過橋，從而增加了設(shè)計(jì)和施工的難度，也增加了工程投資。第三種形式管線置于箱梁中，這種形式對(duì)橋梁外形美觀有很好的效果，同時(shí)它減小了管線車撞的可能性，但是管線一旦破裂，維修困難，給橋梁結(jié)構(gòu)帶來巨大的安全隱患。第四種形式對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)跨越江河的橋梁比較適用。利用箱梁的懸臂特點(diǎn)，將管線外掛在懸臂下方，不占用橋梁的空間。缺點(diǎn)是如果橋梁較長(zhǎng)，管線的附屬構(gòu)造占用比較大的空間。支架的設(shè)置對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較大，管線在橋面下維護(hù)不方便。結(jié)合該工程實(shí)際情況和景觀要求,故采用的是第四種管線隨橋敷設(shè)的布置形式。

2 工程背景

該工程為新農(nóng)至西中島公路 (交流島至通水溝)k10+575.000大橋。大橋位于新農(nóng)至西中島公路，西起西中島跨越董家口灣，東至駱駝島。橋梁采用上下行雙幅橋設(shè)計(jì)，全寬為30 m。橋梁位于直線段，修筑起點(diǎn)樁號(hào)為K10+097.100，修筑終點(diǎn)樁號(hào)K11+052.900，橋梁全長(zhǎng)955.8 m。橋梁外掛兩根DN600給水管線和一根DN600再生水管線,管線均外掛在箱梁懸臂上隨橋敷設(shè)。

3 管線的形式及構(gòu)造

該工程給水管線設(shè)置在兩幅橋中間，再生水敷設(shè)在其中一幅的外側(cè)。管道支架每15 m設(shè)置一座，管道材質(zhì)鋼管材質(zhì)為Q235B，壁厚為14 mm。管線布置位置見圖2。

圖2 管道橋梁段敷設(shè)位置(單位:cm)

管線均用懸臂外掛形式，懸臂根據(jù)要求設(shè)置在梁體、蓋梁和橋臺(tái)處。布置形式見圖3。

圖3 管道懸臂外掛形式設(shè)計(jì)圖

該工程管道布置主要優(yōu)點(diǎn):（1）節(jié)省材料，管線施工與橋梁建設(shè)同步進(jìn)行,縮短整體建設(shè)工期；（2）建設(shè)期間工程投資較少，此部分主要為管線穿越海水交換通道的費(fèi)用；（3）可以滿足管線維修要求，便于后期管理。但是該工程也有其缺點(diǎn)：（1）管線外露，影響橋梁景觀效果，且易受到人為性破壞；（2）管線受海風(fēng)及光照侵蝕的影響，鋼構(gòu)件及管線需要做防腐保養(yǎng)，后期維護(hù)成本大；（3)由于工程地處東北地區(qū)，冬季室外溫度較低，管線需做好保溫結(jié)構(gòu)和日常養(yǎng)護(hù)工作。

4 主要工程技術(shù)節(jié)點(diǎn)

由于該項(xiàng)目管道管徑為DN600 mm，再加上輸送介質(zhì)本身的重量和管道在工作時(shí)產(chǎn)生的推力，管道需要的保溫、熱脹冷縮等多種作用均會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。因此，在管道隨橋梁敷設(shè)的設(shè)計(jì)中，管道設(shè)計(jì)必須對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免對(duì)橋梁安全產(chǎn)生影響。

4.1 削減“水錘”作用

給水管道在輸水的過程中由于受到管中水流速和動(dòng)量突然發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生水錘作用。對(duì)于支撐過水管線的主橋結(jié)構(gòu)而言，水錘直接引起急劇變化的管線壓力可以看作自平衡內(nèi)力，通過支座傳遞至橋梁結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)荷載可以忽略。但是水錘以機(jī)械波的形式傳遞，引發(fā)的周期性的管線振動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)存在威脅。該工程主要通過采用滑動(dòng)支墩設(shè)計(jì)和橋頭兩端入土段管道設(shè)置拖拉墩方式，削減水錘的作用力。

管道與橋梁支架間均采用滑動(dòng)支座結(jié)構(gòu)形式。管道與鋼架支座間設(shè)置弧形托板（t=16 mm）及肋槽，下部與輥軸墊槽連接，墊槽內(nèi)放置輥軸（d=30 mm）。為減少共振影響，在輥軸墊槽下部設(shè)置橡膠墊片（尺寸：564 mm×394 mm×20 mm）,支座設(shè)計(jì)詳見圖4。

圖4 管道滑動(dòng)支架設(shè)計(jì)圖（單位:mm）

拖拉墩設(shè)置在橋頭兩端入土段管道，拖拉段長(zhǎng)度3 m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管道外壁上焊制剪力銷，外包混凝土厚度80 cm,拖拉墩設(shè)計(jì)詳見圖5。

圖5 拖拉段設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

4.2 管道熱脹冷縮處理

給水管徑DN600 mm，管材為螺旋縫埋弧焊接鋼管，材質(zhì)為Q235B，管道壁厚14 mm，管道工作壓力0.6 MPa。管道采用焊接連接。給水管道下設(shè)置支座，支座間距不大于15 m，橋梁段均為滑動(dòng)支座，管道兩端入土段內(nèi)設(shè)置拖拉墩作為固定端，管道總長(zhǎng)955.8 m，內(nèi)設(shè)置4個(gè)方形補(bǔ)償器。固定支座承受管道熱脹冷縮變形產(chǎn)生的水平推力，使管道在固定支座處不產(chǎn)生位移。方形補(bǔ)償器補(bǔ)償量用于補(bǔ)償管道熱脹冷縮變形量。

管材受熱后的線膨脹量，按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中:ΔL為管道熱膨脹伸長(zhǎng)量，m；α為管材的線膨脹系數(shù)(1/K)或(1/℃)；t2為管道運(yùn)行時(shí)的介質(zhì)溫度，℃；t1為管道安裝時(shí)的溫度，℃；L為計(jì)算管段的長(zhǎng)度，m。

經(jīng)計(jì)算：ΔL=α·Δt·L=0.000 012×15×955.8= 0.172 m=172 mm

管道熱伸長(zhǎng)量為172 mm?？紤]到補(bǔ)償器的后期維修與管理方便，故該工程采用方形補(bǔ)償器的自然補(bǔ)償，單根管線全線設(shè)置4座補(bǔ)償器，尺寸為高×長(zhǎng)=4 m×4 m，可以滿足全線管道變形量要求。

由于全線均采用方形補(bǔ)償器的自然補(bǔ)償方式，故在每個(gè)自然補(bǔ)償器高點(diǎn)處均設(shè)置排氣閥一座，避免氣蝕對(duì)于補(bǔ)償器彎頭端的長(zhǎng)時(shí)間侵蝕。

4.3 管道保溫及防腐處理

由于該工程地處東北，且為外露管道，同時(shí)橋梁穿越段為海水交換通道，故對(duì)管道的保溫及保溫外防腐設(shè)計(jì)提出了一定要求。

該工程管道保溫采用超細(xì)玻璃棉制品,要求保溫層厚度為100 mm，技術(shù)指標(biāo)滿足如下要求：密度≤40 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)＜0.026 w/m℃，耐熱性＜400℃。為避免海水蒸發(fā)腐蝕作用，故管道外保護(hù)層選用0.5 mm厚的鍍鋅薄鋼板外刷防腐漆（同鋼桁架防腐漆）,管道絕熱層做法結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 絕熱層做法結(jié)構(gòu)圖

4.3.1 絕熱層的要求

（1）絕熱材料棉氈用于管道絕熱，施工時(shí)應(yīng)使棉氈緊貼于管道表面，用鍍鋅鐵絲扎緊，捆扎間距為200～400 mm。

（2）管道支座、吊架以及法蘭、閥門和出入孔等部位，在整體絕熱時(shí)留一定裝卸間隙，待整體絕熱及保護(hù)層施工完畢后，再做局部絕熱處理，并注意施工完畢的絕熱結(jié)構(gòu)不得妨礙活動(dòng)支座的滑動(dòng)。

4.3.2 保護(hù)層要求

（1）玻璃布：以螺紋狀緊纏在絕熱層外，前后搭接約50 mm，自低向高處施工，布帶兩端和每隔3 m處用鍍鋅鐵絲捆扎。

（2）玻璃布乳化瀝青涂層：在纏好的玻璃布外表面涂刷乳化瀝青，用量為2～3kg/m2，涂刷兩道，第二道需在第一道干燥后進(jìn)行。

4.3.3 金屬保護(hù)層的要求

（1）安裝前，先將金屬板兩邊彎出兩道半圓凸緣后再將凸緣對(duì)其安裝。

（2）水平管道絕熱，可直接將金屬板卷合在絕熱層外，按管道坡向自下而上施工，兩板環(huán)向半圓凸緣重疊，縱向搭口向下，搭接處重合50 mm。

（3）考慮管道運(yùn)行受熱膨脹位移，金屬保護(hù)層應(yīng)在伸縮方向留適當(dāng)活動(dòng)搭口。

5 工程結(jié)論

該工程有效解決了大口徑管道長(zhǎng)距離隨橋敷設(shè)問題和管道后期的使用和維護(hù)。同時(shí)，在管道的設(shè)計(jì)中通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化處置，避免管道作用橋梁結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)踐證明，DN600 mm的輸水管道可以安全隨橋架設(shè)。該工程不僅縮短了整體建設(shè)工期，也大大降低了管道部分建設(shè)投資。該工程的建設(shè)為后期類似工程的建設(shè)提供了一定的參考。

[1]劉藝.管道應(yīng)力計(jì)算軟件在隨橋燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用[J].煤氣與熱力,2009（5）:32-35.

[2]趙海燕,魏麗,戴熒.跨海大管徑給水管道隨橋敷設(shè)問題研究[J].公路,20011（7）:149-151.

運(yùn)營(yíng)里程世界第一 客流量世界第二 上海地鐵可靠度提升15倍

從2012年到2016年，上海地鐵新建、通車共計(jì)11條線，包括9號(hào)線、13號(hào)線、12號(hào)線、11號(hào)線和16號(hào)線等線路和延伸段，里程數(shù)增加了163.4 km，新增運(yùn)營(yíng)車站85座，累計(jì)運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)617 km（含磁?。?，運(yùn)營(yíng)車站共367座（含磁?。?，形成了“覆蓋中心城區(qū)、連接市郊新城、貫通重要樞紐”的上海軌道交通基本運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。

617 km，運(yùn)營(yíng)里程數(shù)世界第一；2016年，全網(wǎng)客流達(dá)33.97億人次，躍居世界第二。上海地鐵用了二十多年的時(shí)間，超越了發(fā)達(dá)國(guó)家地鐵一百多年的發(fā)展，目前還有216 km軌道交通新線在建。到2020年，上海將形成超過800 km的地鐵網(wǎng)絡(luò)。

面對(duì)這樣一個(gè)超大規(guī)模的地鐵網(wǎng)絡(luò)，上海正在進(jìn)行一項(xiàng)前所未有的探索，即讓上海地鐵發(fā)展走在“人性化服務(wù)、精細(xì)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”軌道上，安全地運(yùn)營(yíng)管理好一張“線路多、輻射遠(yuǎn)、站點(diǎn)密、客流大”的超大網(wǎng)絡(luò)。

從2010年至今，上海地鐵的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提升了3次?，F(xiàn)在，車站地面在運(yùn)營(yíng)期間保潔、停運(yùn)后再深度清掃，站內(nèi)墻頂每周一次深度保潔，出入口頂篷每周一次保潔，車站屏蔽門每?jī)芍芤淮伪崱@些都變成了上海地鐵的“衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”。上海地鐵設(shè)置了立體模式的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，在“上掛、墻貼、地面引導(dǎo)”等三個(gè)空間維度都有所體現(xiàn)。地鐵乘務(wù)員交接班、上崗都有標(biāo)準(zhǔn)，車站服務(wù)員在為乘客提供服務(wù)時(shí)的用語(yǔ)、動(dòng)作都有標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，就連站務(wù)員在為乘客指路時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)也要求必須五指并攏，不能用一個(gè)手指來指指點(diǎn)點(diǎn)。

經(jīng)過5年多的提升，運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系逐漸建成，管理效率和服務(wù)質(zhì)量也大幅提高。上海地鐵的“運(yùn)營(yíng)可靠度”（5 min晚點(diǎn)頻次）從2010年的15.7萬(wàn)車公里、2012年的49.66萬(wàn)車公里，提升至2016年的234萬(wàn)車公里。去年12月，上海地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)以高分98分（總分100分）通過評(píng)估驗(yàn)收。申通地鐵集團(tuán)率先成為全國(guó)軌道交通行業(yè)首家國(guó)家級(jí)運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)單位，并先后獲得“全國(guó)實(shí)施卓越績(jī)效模式先進(jìn)企業(yè)”（連續(xù)6年）、2015年度上海市質(zhì)量金獎(jiǎng)、“上海市文明行業(yè)”（連續(xù)4屆）等榮譽(yù)。

TU990.3

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1009-7716（2017）04-0116-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.034

2017-02-14

周乃磊（1985-），男，天津人,工程師，從事市政給水排水設(shè)計(jì)工作。