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        給水球墨鑄鐵管在綜合管廊中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2021-01-06 02:17:38
        供水技術(shù) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置

        張 丹

        (常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇常州213003)

        1 概況

        2015年國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2015〕61號(hào) )發(fā)布后,我國(guó)的管廊建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。截至目前,中國(guó)成為管廊建設(shè)里程最長(zhǎng)的國(guó)家。電力、信息、燃?xì)?、給水和再生水等大部分管道均可入廊敷設(shè),入廊的管線(xiàn)種類(lèi)根據(jù)整個(gè)區(qū)域的規(guī)劃和工程的實(shí)際需求等確定。給水管道作為壓力管且輸送的介質(zhì)安全,往往和電力、信息管線(xiàn)作為入廊的首選管道。

        2 總體布局

        某工程位于常州市產(chǎn)城融合新區(qū),是該區(qū)域南北向主要干道,管廊建設(shè)總長(zhǎng)約1990 m,除雨水和污水管線(xiàn)外,其余管線(xiàn)均入管廊敷設(shè)。管廊位于道路東側(cè)的人行道下,覆土厚度約為2.5 m,位置如圖1所示。

        圖1 管廊位置

        入廊管線(xiàn)包括給水、供電、信息和燃?xì)?,單?dú)設(shè)置燃?xì)馀?,其中自?lái)水管道管徑分2段(DN600和DN300),綜合艙管廊的管線(xiàn)布置斷面形式如圖2所示。

        圖2 管廊管線(xiàn)布置斷面

        3 管材與接口形式選擇

        管材的選擇是給水設(shè)計(jì)的重點(diǎn),在《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50838—2015)中,給水管材可選用鋼管、球墨鑄鐵管、塑料管等。管材選擇首先要滿(mǎn)足抗腐蝕性能、承壓性能和使用安全,其次要施工和管養(yǎng)方便且經(jīng)濟(jì)合理。針對(duì)以上3種管材的性能(表1),其連接方式和適用范圍均不同,需通過(guò)比選決定。

        表1 不同管道的性能

        國(guó)內(nèi)綜合管廊的給水管道較多使用鋼管,其機(jī)械強(qiáng)度大,耐內(nèi)壓高,但耐腐蝕性能較差,壽命約在30 a左右,難以滿(mǎn)足綜合管廊100 a的規(guī)劃要求。鋼管可采用焊接、法蘭和溝槽連接,目前采用3PE或者涂塑復(fù)合鋼管解決了管節(jié)防腐問(wèn)題,但是接口的防腐仍然存在問(wèn)題,且需要設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置。

        球墨鑄鐵管因其方便的連接方式、良好的耐腐蝕性能和機(jī)械性能,在供水工程中使用最為廣泛,但是在管廊中的應(yīng)用尚在推廣中。球墨鑄鐵管有T形接口和自錨接口,T形接口抗滑脫性能較差,在轉(zhuǎn)彎和三通處需要設(shè)置支墩;自錨接口的管道整體性好,轉(zhuǎn)彎處可不設(shè)置支墩,有效地節(jié)省了地下空間,但是價(jià)格較貴。球墨鑄鐵管的熱膨脹系數(shù)小,且每節(jié)承插管軸向允許一定的位移,不需要設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置。

        PE管在管廊中使用較少,其重量輕,管廊內(nèi)運(yùn)輸施工方便,耐腐蝕性能強(qiáng),線(xiàn)膨脹系數(shù)比球墨鑄鐵管、鋼管高十余倍,對(duì)溫度變化較敏感。

        由于管廊長(zhǎng)期處于封閉、高濕的環(huán)境,并且球墨鑄鐵管用于地下管廊在已有較多的實(shí)際應(yīng)用,如三亞海棠灣管廊、長(zhǎng)沙高塘坪路綜合管廊等。本工程確定采用球墨鑄鐵管,在直線(xiàn)段使用普通T型承插接口,在轉(zhuǎn)彎和三通處采用自錨接口管,充分利用2種接口的優(yōu)點(diǎn),這樣既可節(jié)省工程造價(jià)和支墩的空間,同時(shí)利用承插管可以現(xiàn)場(chǎng)割接的優(yōu)點(diǎn),減少定制管,便于安裝。為了進(jìn)一步節(jié)約空間,該工程選用最新的內(nèi)自錨接口管。

        4 支墩的設(shè)計(jì)

        支墩的設(shè)計(jì)主要考慮管道內(nèi)水壓力對(duì)管道的推力、溫度變化應(yīng)力和管道的支撐,如果全線(xiàn)采用自錨式接口則支墩的設(shè)置和鋼管類(lèi)似,這是因?yàn)槿€(xiàn)管道形成了一個(gè)整體,需在彎頭處設(shè)置抗推力支墩,在直線(xiàn)段設(shè)置管道支撐支墩。如果全線(xiàn)使用承插口球墨鑄鐵管,除了要在每節(jié)管道設(shè)置管道支撐的支墩外,還要設(shè)置轉(zhuǎn)彎、三通等抗推力支墩。

        采用式(1)計(jì)算支墩 :

        P=0.785×DE2×Fs/1000

        (1)

        式中 DE——管道接口設(shè)計(jì)直徑,mm;

        Fs——管道設(shè)計(jì)壓力,MPa;

        P——管道截面外推力標(biāo)準(zhǔn)值,kN。

        管道工作壓力為0.4 MPa,管道設(shè)計(jì)壓力為0.8 MPa;彎頭的推力F=2×P×sinθ/2,三通的推力F=P。

        采用2種接口組合應(yīng)用的方式,在直線(xiàn)段T型承插口管道設(shè)置支撐支墩,在管道彎頭、三通、異徑管和堵頭等處采用內(nèi)自錨連接管道,可免支墩設(shè)置。

        4.1 轉(zhuǎn)彎支墩或三通支墩

        在采用雙承自錨彎頭后,可在轉(zhuǎn)彎、三通等處采用自錨接口,兩側(cè)各布置1支或數(shù)支自錨接口管,將支墩沿管道軸線(xiàn)設(shè)置在直管段。如圖3所示,設(shè)計(jì)中在彎頭兩側(cè)各使用一段長(zhǎng)1.5 m的自錨短管,而在2段自錨短管上設(shè)置支墩,位于自錨短管的正中間。采用自錨接口的水平彎頭和三通處,應(yīng)在彎頭安裝完成后在其正下方砌磚垛支撐,防止彎頭在水和自重的作用下變形。

        圖3 轉(zhuǎn)彎處支墩的設(shè)置

        4.2 直線(xiàn)支墩

        每節(jié)管道布置1個(gè)支墩,管道支墩應(yīng)位于靠近承口處,每根管的支撐不應(yīng)少于1個(gè)。管徑DN200~DN600支墩的位置與承口的距離Z的取值在0.4~1.1 m,DN700至DN1000的Z取值在0.5~1.2 m。

        當(dāng)管道中間設(shè)置短管時(shí),需要根據(jù)短管的長(zhǎng)度來(lái)布置支墩,短管小于1 m不設(shè)支墩;小于3 m設(shè)置1個(gè)支墩,大于3 m設(shè)置2個(gè)支墩。

        5 進(jìn)出管廊設(shè)計(jì)

        給水支管出管廊的方法有側(cè)出廊、頂出廊和下出廊3種:當(dāng)給水管道位于管廊的最外側(cè)時(shí),可以采用側(cè)出廊,但管廊兩側(cè)回填土的密實(shí)度較難達(dá)到設(shè)計(jì)要求,影響側(cè)出廊的管道安裝;下出廊由于管廊埋深深,需要通過(guò)轉(zhuǎn)換井接至上部出來(lái);一般工程采用上出廊的方式比較多。本工程采用自錨式球墨鑄鐵管,支管出廊盡量采用直接頂部出廊,立管均采用自錨接口,如圖4所示。

        圖4 支管出廊布置

        在管廊起、末端管道進(jìn)出管廊采用自錨管和自錨彎頭,管廊外側(cè)設(shè)置一定長(zhǎng)度的自錨管與管廊內(nèi)管道連成整體,從而防止管道滑脫。

        6 附屬設(shè)施

        6.1 管道補(bǔ)償

        以球墨鑄鐵管每節(jié)長(zhǎng)度為6 m計(jì)算,得到每節(jié)管道的最大伸縮量為0.43 cm。承插口球墨鑄鐵管在安裝時(shí)每節(jié)管道之間都預(yù)留了1 cm的間隙,因此每個(gè)承插口存在一定的伸縮量,可以滿(mǎn)足溫度的補(bǔ)償,不需要設(shè)置溫度補(bǔ)償器,僅在設(shè)置閥門(mén)的地方設(shè)置伸縮接頭便于閥門(mén)的安裝。

        6.2 排泥

        管廊在每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)均設(shè)置集水坑,管廊采用≥2‰的縱坡,在管廊內(nèi)部設(shè)置寬0.2 m、深0.1 m的排水溝,坡向集水坑,每個(gè)集水坑設(shè)置2臺(tái)潛水排污泵,1用1備,Q=40 m3/h,H=20 m。自來(lái)水管的排泥也借助該排污泵,在管廊的最低點(diǎn),每2個(gè)檢修閥門(mén)之間均設(shè)置排泥閥,排入集水坑后通過(guò)泵提升至外部管道,平均排泥時(shí)間不超過(guò)6 h。

        6.3 閥門(mén)設(shè)置

        從管廊的安全考慮,在進(jìn)、出管廊外設(shè)置手動(dòng)蝶閥,在管廊內(nèi)設(shè)置電動(dòng)蝶閥。每個(gè)市政道路的給水支管出廊處在管廊外設(shè)置手動(dòng)蝶閥,在管廊內(nèi)設(shè)置電動(dòng)蝶閥,而用于消火栓和其他用戶(hù)接出管的出廊支管僅在管廊內(nèi)設(shè)置手動(dòng)蝶閥。按照檢修要求,在管廊內(nèi)每隔500~800 m設(shè)置檢修閥門(mén),采用電動(dòng)蝶閥。由于管廊的給水支管出廊均為上部,排氣閥盡量結(jié)合支管的布置設(shè)置在管廊的外部。

        7 結(jié)論

        ① 綜合管廊給水管采用球墨鑄鐵管具有使用壽命長(zhǎng)、施工方便等優(yōu)點(diǎn),直線(xiàn)段采用T型承插接口球墨鑄鐵管,轉(zhuǎn)彎和三通處采用內(nèi)自錨接口球墨鑄鐵管,充分利用了承插口經(jīng)濟(jì)、安裝便利的特點(diǎn),又結(jié)合了自錨管免支墩設(shè)置的優(yōu)勢(shì),節(jié)約了安裝空間。

        ② 管廊的平面線(xiàn)型盡量采用直線(xiàn)型,如果需要轉(zhuǎn)彎應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的球墨鑄鐵管轉(zhuǎn)彎角度如11.25°等,以方便管道的安裝。

        ③ 鋼支墩便于施工,混凝土支墩耐腐蝕,但管廊土建施工時(shí)預(yù)留的混凝土支墩位置存在誤差,易導(dǎo)致管道的安裝存在一定的困難。

        ④ 出廊給水支管的設(shè)置應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀和規(guī)劃進(jìn)行預(yù)留,以減少管廊外給水管的敷設(shè)長(zhǎng)度。

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