摘　要：分析彎曲道路上燃?xì)夤艿婪笤O(shè)的特點(diǎn)，建立彎曲道路上燃?xì)夤艿婪笤O(shè)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出合理的管道敷設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：彎曲道路；  燃?xì)夤艿溃?span lang="EN-US">  管道敷設(shè)；  管道走向

Design of Gas Pipeling on Curved Roads

Abstract：The characteristics of gas pipeline laying on curved roads are analyzed，and a mathematic model of gas pipeline laying on curved roads is built．A reasonable pipeline laying scheme is put forward according to the results of the calculation．

Keywords：curved road；gas pipeline；pipeline laying；pipeline route

目前，市政燃?xì)夤艿乐饕厥姓缆贩笤O(shè)，設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到曲率半徑較小的市政道路，受市政管線綜合規(guī)劃的限制，允許燃?xì)夤艿榔频目臻g較為有限，基于此提出設(shè)計(jì)中采用合理的設(shè)計(jì)方案解決彎道上市政燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)。

1　設(shè)計(jì)分析

1.1　設(shè)計(jì)依據(jù)

對(duì)于設(shè)計(jì)壓力大于1.6MPa的室外燃?xì)夤艿溃O(shè)計(jì)主要依據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》，規(guī)范明確規(guī)定，“用于改變管道走向的彎頭和彎管應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251—2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。”故設(shè)計(jì)中改變管道走向的彎頭和彎管應(yīng)執(zhí)行GB 50251—2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》^[1]。

1.2　改變管道走向的方式

依據(jù)GB 50251—2003《輸氣管道工程沒(méi)計(jì)規(guī)范》，改變管道走向的方式主要有熱煨彎頭、冷彎彎管和彈性敷設(shè)三種方式。其中熱煨彎頭主要適用于大角度改變管道走向；冷彎彎管適用于小角度改變管道走向；彈性敷設(shè)要求采用大曲率半徑，小角度改變管道走向，一般適用于管道周邊障礙較少，地形開(kāi)闊地帶的管道敷設(shè)。

2　設(shè)計(jì)方案

2.1　設(shè)計(jì)原則

①管道敷設(shè)應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)法律和沒(méi)計(jì)、施工規(guī)范的要求；

②管道敷設(shè)應(yīng)滿足城市主管部門批準(zhǔn)的城市管線綜合規(guī)劃的要求。

2.2　模型的建立及求解

以某彎曲道路上市政燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)為例，規(guī)劃管位為圓O的部分圓弧，圓弧半徑為R，設(shè)計(jì)管位為圓O的部分內(nèi)接正多邊形，相鄰樁號(hào)即為多邊形的頂點(diǎn)，規(guī)劃管位允許最大偏差為d，設(shè)計(jì)管位與規(guī)劃管位最大偏差即為多邊形的拱高日，彎頭或彎管間直管段長(zhǎng)即為線段CD的長(zhǎng)度。詳見(jiàn)圖1。

邊界條件：

①設(shè)計(jì)管位的偏差應(yīng)在規(guī)劃許可范圍之內(nèi)，拱高日應(yīng)小于d，即H<d；

②彎頭或彎管的中點(diǎn)偏離規(guī)劃管位也應(yīng)在許可范圍之內(nèi)，彎頭或彎管外矢距小于d，即I<d；

③彎頭或彎管間直管段長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，即線段CD長(zhǎng)度需滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

根據(jù)圓內(nèi)接多邊形基本理論，建立彎曲道路上燃?xì)夤艿婪笤O(shè)的數(shù)學(xué)模型為：

T=nqR 　　　   (1)

式中T——彎曲道路上規(guī)劃管位管道總長(zhǎng)度，m

n——多邊形中管道所涉及的邊數(shù)

q——多邊形圓心角，rad

R——規(guī)劃管位圓弧半徑，m

式中H——設(shè)計(jì)管位與規(guī)劃管位最大偏差，m

式中L——設(shè)計(jì)每邊管道長(zhǎng)度，m

式中I——彎頭或彎管外矢距，m

r——彎頭或彎管曲率半徑，m

將式(5)代入式(4)得：

式中b——相鄰兩彎頭或彎管彎曲段之間直管段長(zhǎng)度，m

將式(8)代入式(7)得：

求解過(guò)程：首先計(jì)算彎曲圓弧全長(zhǎng)，初步對(duì)彎曲圓弧n等分，確定每段圓弧對(duì)應(yīng)圓心角，接著分別計(jì)算拱高、弦長(zhǎng)、外矢距以及直管段長(zhǎng)度，查看計(jì)算結(jié)果H、I、b是否符合要求。若不滿足，調(diào)整n，再次確定圓心角，重新計(jì)算拱高、弦長(zhǎng)、外矢距以及直管段長(zhǎng)度，直至滿足要求為止。

針對(duì)兩端彎曲管段和前后管道的連接段管道，可利用基本三角形知識(shí)，推導(dǎo)出其對(duì)應(yīng)的彎曲角度。

ÐEOA=q                   (10)

ÐAEO=ÐEAO                (11)

ÐEOA+ÐAEO+ÐEAO=p        (12)

將式(10)、(11)代入式(12)，可得到：

故端點(diǎn)A處所需的彎頭或彎管角度為q/2，同理可得B處彎頭或彎管角度也為q/2。

2.3　實(shí)例驗(yàn)證

某市政燃?xì)夤艿姥氐缆穬?nèi)邊緣敷設(shè)，規(guī)劃管位圓弧半徑R為50m，允許管位偏差d為0.5m，規(guī)劃管位對(duì)應(yīng)彎曲角度為90°，管道外徑為711mm。

設(shè)計(jì)規(guī)定如下：3°與15°之間采用冷彎彎管，彎管曲率半徑r=40D(D為管道外徑)，兩端直管段長(zhǎng)度均不得小于2m；15°以上采用熱煨彎頭，曲率半徑r=6D，兩端直管段長(zhǎng)度均為0.5m。彎頭或者彎管之間連接直管段長(zhǎng)度不得小于1m。

邊界條件：

①拱高即為設(shè)計(jì)管位與規(guī)劃管位的偏差應(yīng)滿足H<0.5m；

②外矢距為彎頭中點(diǎn)與規(guī)劃管位的偏差應(yīng)滿足I<0.5m；

③根據(jù)彎曲角度選用冷彎彎管，兩彎管直管段之間的長(zhǎng)度不得小于1m，即線段CD長(zhǎng)度應(yīng)不小于5m(即b≥5m)。

上述設(shè)計(jì)中，首先計(jì)算規(guī)劃彎曲管位總長(zhǎng)度，將其等分為6份，從而計(jì)算出規(guī)劃管道對(duì)應(yīng)多邊形圓心角q為15°。于兩端點(diǎn)4和點(diǎn)8分別選取2個(gè)7.5°冷彎彎管作為與設(shè)計(jì)范圍內(nèi)管道連接管段。在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)分別于E、F等點(diǎn)處采用5個(gè)15°冷彎彎管改變管道角度，各彎管之間采用直管段連接。

接著分別計(jì)算彎曲管道的拱高、彎管外矢距和彎管彎曲段間直管段長(zhǎng)度，并將計(jì)算結(jié)果列于表1。

從表l中可以看出，設(shè)計(jì)管位偏差H、I滿足規(guī)劃要求，直管段長(zhǎng)度b也滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

3　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)彎曲道路市政燃?xì)夤艿赖脑O(shè)計(jì)，在滿足主管部門的相關(guān)規(guī)定的前提下，設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合燃?xì)夤艿赖膹澢嵌龋趶濐^或彎管的數(shù)量和角度之間選擇合理的組合。若選擇的角度越小，設(shè)計(jì)管位就越接近規(guī)劃管位，但彎頭或彎管的數(shù)量就越多，造價(jià)越高；若選擇的角度越大，彎頭或彎管的數(shù)量相應(yīng)較少，造價(jià)也會(huì)相應(yīng)較低，但設(shè)計(jì)管位偏離規(guī)劃管位就越大。總之，設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合理的轉(zhuǎn)角處理方式，保證工程實(shí)施的可行性和工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李華琴，李永威，鄒濤．燃?xì)夤艿罌](méi)計(jì)中管道轉(zhuǎn)角有關(guān)問(wèn)題的探討[J]．煤氣與熱力，2009，29(12)：A22-A26．

本文作者：楊小剛　張書(shū)堂　渠穎　杜建梅

作者單位：中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院第四設(shè)計(jì)研究院