DN600 mm输水管道随桥架设工程应用实例介绍

周乃磊,刘世宇,卢洋暘

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市300074)

DN600 mm输水管道随桥架设工程应用实例介绍

周乃磊,刘世宇,卢洋暘

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市300074)

以新农至西中岛公路跨海连接线通道大桥工程为例，介绍三根DN600 mm输水管道随桥敷设中管道支架的布置形式，以及随桥敷设管道设计中的水锤处理、热胀冷缩处理及保温防腐处理等设计节点。

管道随桥敷设；水锤作用；热胀冷缩；保温

0 引言

随着城市的发展与拓展，作为通行功能的桥梁是必不可少的，而管线由于城市的布局与发展，不可避免要跨越江河。一些管线依附于通行功能桥梁进行跨越，如一些中低压的电力管线、通信管线。这些管线本身的自重较小，管线本身有相应的保护措施，在随桥梁敷设时对桥梁结构影响较小。但是，有动力的管线如给水、中水管线、供热管线等，由于其管线本身的构造特点，对桥梁结构的影响较大[1，2]。本文通过工程实例介绍三根DN600 mm的输水管线随桥敷设过程中的管道设计及桥梁相关节点设计，为类似管道随桥敷设的工程提供参考。

1 管道随桥架设形式分析

当确定管线采用随桥敷设的形式越过障碍物时，就不可避免与桥梁工程相互影响。好的管线随桥敷设形式对缩短建设工期、提高道路的美观性有着重要的意义。

该工程为新建项目,故仅考虑管线与新建桥梁同步设计的情况,管道随桥敷设的常用形式可分为如下几种（见图1）：

图1 管道随桥敷设的常用形式示意图

（1）管线敷设在桥面两侧外翼；

（2）管线敷设在墩（台）盖梁上；

（3）管线置于箱梁中；

（4）管线外挂在箱梁悬臂下。

在以上4种管线随桥敷设的形式中，第一种形式管线放置在桥面上，需加宽桥面的宽度，单独放置管线。这会增大桥梁的建设界面积，从而增加投资，而且这种敷设形式的景观效果最差。第二种形式是利用管线的自身跨越能力，将管线放置在盖梁上，一般适用于中小跨径的板梁。如果主桥的跨径比较大，就需要架设桁架等专门结构支撑管线过桥，从而增加了设计和施工的难度，也增加了工程投资。第三种形式管线置于箱梁中，这种形式对桥梁外形美观有很好的效果，同时它减小了管线车撞的可能性，但是管线一旦破裂，维修困难，给桥梁结构带来巨大的安全隐患。第四种形式对于长度较长跨越江河的桥梁比较适用。利用箱梁的悬臂特点，将管线外挂在悬臂下方，不占用桥梁的空间。缺点是如果桥梁较长，管线的附属构造占用比较大的空间。支架的设置对桥梁结构影响较大，管线在桥面下维护不方便。结合该工程实际情况和景观要求,故采用的是第四种管线随桥敷设的布置形式。

2 工程背景

该工程为新农至西中岛公路 (交流岛至通水沟)k10+575.000大桥。大桥位于新农至西中岛公路，西起西中岛跨越董家口湾，东至骆驼岛。桥梁采用上下行双幅桥设计，全宽为30 m。桥梁位于直线段，修筑起点桩号为K10+097.100，修筑终点桩号K11+052.900，桥梁全长955.8 m。桥梁外挂两根DN600给水管线和一根DN600再生水管线,管线均外挂在箱梁悬臂上随桥敷设。

3 管线的形式及构造

该工程给水管线设置在两幅桥中间，再生水敷设在其中一幅的外侧。管道支架每15 m设置一座，管道材质钢管材质为Q235B，壁厚为14 mm。管线布置位置见图2。

图2 管道桥梁段敷设位置(单位:cm)

管线均用悬臂外挂形式，悬臂根据要求设置在梁体、盖梁和桥台处。布置形式见图3。

图3 管道悬臂外挂形式设计图

该工程管道布置主要优点:（1）节省材料，管线施工与桥梁建设同步进行,缩短整体建设工期；（2）建设期间工程投资较少，此部分主要为管线穿越海水交换通道的费用；（3）可以满足管线维修要求，便于后期管理。但是该工程也有其缺点：（1）管线外露，影响桥梁景观效果，且易受到人为性破坏；（2）管线受海风及光照侵蚀的影响，钢构件及管线需要做防腐保养，后期维护成本大；（3)由于工程地处东北地区，冬季室外温度较低，管线需做好保温结构和日常养护工作。

4 主要工程技术节点

由于该项目管道管径为DN600 mm，再加上输送介质本身的重量和管道在工作时产生的推力，管道需要的保温、热胀冷缩等多种作用均会对桥梁结构产生一定的影响。因此，在管道随桥梁敷设的设计中，管道设计必须对各个节点进行优化设计，避免对桥梁安全产生影响。

4.1 削减“水锤”作用

给水管道在输水的过程中由于受到管中水流速和动量突然发生变化会产生水锤作用。对于支撑过水管线的主桥结构而言，水锤直接引起急剧变化的管线压力可以看作自平衡内力，通过支座传递至桥梁结构的瞬时荷载可以忽略。但是水锤以机械波的形式传递，引发的周期性的管线振动对桥梁结构存在威胁。该工程主要通过采用滑动支墩设计和桥头两端入土段管道设置拖拉墩方式，削减水锤的作用力。

管道与桥梁支架间均采用滑动支座结构形式。管道与钢架支座间设置弧形托板（t=16 mm）及肋槽，下部与辊轴垫槽连接，垫槽内放置辊轴（d=30 mm）。为减少共振影响，在辊轴垫槽下部设置橡胶垫片（尺寸：564 mm×394 mm×20 mm）,支座设计详见图4。

图4 管道滑动支架设计图（单位:mm）

拖拉墩设置在桥头两端入土段管道，拖拉段长度3 m，采用钢筋混凝土结构，管道外壁上焊制剪力销，外包混凝土厚度80 cm,拖拉墩设计详见图5。

图5 拖拉段设计图(单位:cm)

4.2 管道热胀冷缩处理

给水管径DN600 mm，管材为螺旋缝埋弧焊接钢管，材质为Q235B，管道壁厚14 mm，管道工作压力0.6 MPa。管道采用焊接连接。给水管道下设置支座，支座间距不大于15 m，桥梁段均为滑动支座，管道两端入土段内设置拖拉墩作为固定端，管道总长955.8 m，内设置4个方形补偿器。固定支座承受管道热胀冷缩变形产生的水平推力，使管道在固定支座处不产生位移。方形补偿器补偿量用于补偿管道热胀冷缩变形量。

管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算：

式中:ΔL为管道热膨胀伸长量，m；α为管材的线膨胀系数(1/K)或(1/℃)；t2为管道运行时的介质温度，℃；t1为管道安装时的温度，℃；L为计算管段的长度，m。

经计算：ΔL=α·Δt·L=0.000 012×15×955.8= 0.172 m=172 mm

管道热伸长量为172 mm。考虑到补偿器的后期维修与管理方便，故该工程采用方形补偿器的自然补偿，单根管线全线设置4座补偿器，尺寸为高×长=4 m×4 m，可以满足全线管道变形量要求。

由于全线均采用方形补偿器的自然补偿方式，故在每个自然补偿器高点处均设置排气阀一座，避免气蚀对于补偿器弯头端的长时间侵蚀。

4.3 管道保温及防腐处理

由于该工程地处东北，且为外露管道，同时桥梁穿越段为海水交换通道，故对管道的保温及保温外防腐设计提出了一定要求。

该工程管道保温采用超细玻璃棉制品,要求保温层厚度为100 mm，技术指标满足如下要求：密度≤40 kg/m3，导热系数＜0.026 w/m℃，耐热性＜400℃。为避免海水蒸发腐蚀作用，故管道外保护层选用0.5 mm厚的镀锌薄钢板外刷防腐漆（同钢桁架防腐漆）,管道绝热层做法结构见图6。

图6 绝热层做法结构图

4.3.1 绝热层的要求

（1）绝热材料棉毡用于管道绝热，施工时应使棉毡紧贴于管道表面，用镀锌铁丝扎紧，捆扎间距为200～400 mm。

（2）管道支座、吊架以及法兰、阀门和出入孔等部位，在整体绝热时留一定装卸间隙，待整体绝热及保护层施工完毕后，再做局部绝热处理，并注意施工完毕的绝热结构不得妨碍活动支座的滑动。

4.3.2 保护层要求

（1）玻璃布：以螺纹状紧缠在绝热层外，前后搭接约50 mm，自低向高处施工，布带两端和每隔3 m处用镀锌铁丝捆扎。

（2）玻璃布乳化沥青涂层：在缠好的玻璃布外表面涂刷乳化沥青，用量为2～3kg/m2，涂刷两道，第二道需在第一道干燥后进行。

4.3.3 金属保护层的要求

（1）安装前，先将金属板两边弯出两道半圆凸缘后再将凸缘对其安装。

（2）水平管道绝热，可直接将金属板卷合在绝热层外，按管道坡向自下而上施工，两板环向半圆凸缘重叠，纵向搭口向下，搭接处重合50 mm。

（3）考虑管道运行受热膨胀位移，金属保护层应在伸缩方向留适当活动搭口。

5 工程结论

该工程有效解决了大口径管道长距离随桥敷设问题和管道后期的使用和维护。同时，在管道的设计中通过各个节点的优化处置，避免管道作用桥梁结构的影响。实践证明，DN600 mm的输水管道可以安全随桥架设。该工程不仅缩短了整体建设工期，也大大降低了管道部分建设投资。该工程的建设为后期类似工程的建设提供了一定的参考。

[1]刘艺.管道应力计算软件在随桥燃气管道的应用[J].煤气与热力,2009（5）:32-35.

[2]赵海燕,魏丽,戴荧.跨海大管径给水管道随桥敷设问题研究[J].公路,20011（7）:149-151.

运营里程世界第一 客流量世界第二 上海地铁可靠度提升15倍

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TU990.3

B

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,工程师，从事市政给水排水设计工作。