導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

本工程由兩部分組成:碧流河水庫北段工程和碧流河水庫南段工程。

碧流河水庫北段工程輸水線路全長163.26km,其中;

鞍山加壓泵站。隧洞前輸水管線長121.37kin,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡稱PCCP),管線穿越高速公路、省國道、鐵路、大中型河流等采用鋼管,管徑為DN2800。

輸水隧洞長14.12km,為城門洞型斷面,隧洞斷面尺寸(B×H)為3.2m×3.48m,

隧洞后輸水管線末端輸水管線長27.77km,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡稱PCCP),管線穿越省國道、大中型河流等采用鋼管,管徑為DN2400。

對(duì)該工程采用的PCCP管材設(shè)計(jì)應(yīng)用了美國供水工程協(xié)會(huì)ANSI/AWWA C304-99標(biāo)準(zhǔn)配套的設(shè)計(jì)程序“VDP”進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。

2、設(shè)計(jì)方法簡介

根據(jù)AWWA C304-99標(biāo)準(zhǔn),采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法對(duì)PCCP管進(jìn)行設(shè)計(jì),既考慮管材的預(yù)應(yīng)力狀況,也考慮外載(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作壓力(Pw)瞬時(shí)壓力(Pt)檢驗(yàn)壓力(Pft)的綜合影響,保證管材的使用可靠性,從彈性和強(qiáng)度極限上提供足夠的安全儲(chǔ)備設(shè)計(jì)。計(jì)算程序采用AWWA C304-99配套設(shè)計(jì)軟件UDP和本院自編軟件CDP,規(guī)范要求的最小鋼絲面積作為鋼絲初始面積核對(duì)管體各項(xiàng)極限狀態(tài)的指標(biāo)要求,如果不能通過驗(yàn)算條件鋼絲面積自動(dòng)累加,直到滿足要求。

需要說明的是根據(jù)AWWA C304的默認(rèn)要求,預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強(qiáng)度的75%,并且:

當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絲只有一層時(shí)鋼絲的應(yīng)力松馳系數(shù)如下:

R=0.111-3.5(As/Ac)

(AWWA C304式6-30)

多層纏絲鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)如下:

內(nèi)部第一層纏絲:

其他層纏絲:

由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304沒有給出當(dāng)fsg=0.7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)GBS0010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.1條規(guī)定:

當(dāng)ocon≤O.7fptk時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值:

σL4=0.125(σcoll+fptk-0.5)σcol3(式中口conll口為fsg、fptk即為fsu)

當(dāng)O.7fptk

σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon

當(dāng)σCOil=0.7fptk時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值σ14=2.5%σcon,當(dāng)口con=0.75fptk寸鋼絲應(yīng)力松馳值σ14=3.5%σcon,由此可見,當(dāng)fsg=0.7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值應(yīng)比當(dāng)fsg=0,75fsu的鋼絲應(yīng)力松馳值小,按fsg=0.7sfs計(jì)算更為保守,因此本報(bào)告不再尋求fsg=0.7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,其差值作為合理安全儲(chǔ)備。

3、設(shè)計(jì)條件選取

以下各參數(shù)為設(shè)計(jì)中易為忽視的部分。

3.1管道內(nèi)壓

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)內(nèi)壓為工作壓力+O.3MPa;瞬時(shí)壓力為工作壓力的40%;管道上部覆蓋土層厚度2、4、6m三種,與不同的工作壓力進(jìn)行組合。

3.2　管基包角

管基中心角選取90°。雖然在施工中采用120°包角施工,但受承包人施工經(jīng)驗(yàn)、回填材料等多種因素影響。包角部位回填壓實(shí)質(zhì)量存在不穩(wěn)定情況,因此設(shè)計(jì)中仍然按90°考慮,多出部分作為施工安全儲(chǔ)備。

3.3　相對(duì)濕度

戶外設(shè)計(jì)相對(duì)濕度:本工程各標(biāo)分別取RH=52%、50%、60%。雖然業(yè)主在關(guān)于明確PcCP管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的意見中明確了PCCP管材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力學(xué)參數(shù)中的相對(duì)濕度按照RH=60%計(jì)取,但考慮到各標(biāo)段環(huán)境溫度不盡相同,且其對(duì)管道的設(shè)計(jì)影響較小,因此對(duì)上述取值是可行的(只要不大于60%,數(shù)值越大越偏于保守)。

3.4　土壤特性

土壤特性系數(shù)Ku=0.15,為飽和表土的最大值。Ku=0.19,為無粘性顆粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土較深的管道,計(jì)算土荷載偏大。根據(jù)AWWA M9規(guī)定當(dāng)設(shè)計(jì)無資料時(shí)可以取Ku=0.15。

3.5　溝槽型式

管道埋設(shè)全線均采用上埋式。主要是因?yàn)榇笾睆絇ccP管鋪設(shè)線路一般較長,沿線工程地質(zhì)情況復(fù)雜,溝槽開挖寬度很容易超出溝埋式的要求。采用溝埋式設(shè)計(jì)雖然可以節(jié)省部分造價(jià),但對(duì)結(jié)果影響不大。采用統(tǒng)一的埋設(shè)型式,可以簡化設(shè)計(jì),也便于施工管理。

4、設(shè)計(jì)原則

本工程二標(biāo)、三標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用美國混凝土壓力管協(xié)會(huì)AWWA C304標(biāo)準(zhǔn)配套程序UDP設(shè)計(jì)軟件,該軟件系統(tǒng)默認(rèn)鋼絲直徑及抗拉強(qiáng)度均為英制規(guī)格且無公制選項(xiàng),預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強(qiáng)度的75%,而招標(biāo)文件明確為70%,因此承包商采用如下等效預(yù)壓應(yīng)力的方法進(jìn)行換算:

按此換算方法,多數(shù)情況下是可行的,但是,AWWA C304共有14種荷載組合、14種不同的控制條件,當(dāng)按uDPR件計(jì)算時(shí)出現(xiàn)如設(shè)計(jì)控制條件為AWWA C304第7.4.1條規(guī)定的“在荷載內(nèi)壓組合FWl,FWlr2及FT2情況下,預(yù)應(yīng)力鋼絲內(nèi)最大拉應(yīng)力不得高于總纏絲應(yīng)力fsl”及AWWA C304第7.5.I條規(guī)定的“當(dāng)管子承受荷載與內(nèi)壓組合FWT3及FWT4時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼絲最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過其屈服強(qiáng)度fsy”時(shí),該轉(zhuǎn)換方法就不合適,當(dāng)管子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)以上控制條件時(shí),以上換算方法偏于保守。

5、結(jié)　語

結(jié)合本院工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況,為確保PCCP管芯混凝土質(zhì)量,設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用低標(biāo)號(hào)混凝土,同時(shí)考慮生產(chǎn)進(jìn)度和簡化生產(chǎn)管理,盡量減少混凝土標(biāo)號(hào)種類。

篇2

中圖分類號(hào)：TU99文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

市政排水管道是城市基礎(chǔ)設(shè)施非常重要的組成部分。在城市的日常運(yùn)行和發(fā)展建設(shè)中有著舉足輕重的作用。近些年來，由于降雨造成的突發(fā)事件漸漸引起了人們的關(guān)注，比如2012年7月的北京暴雨，造成的損失非常嚴(yán)重，引起了全國對(duì)排水設(shè)施的思考。

1排水體制的選擇

排水體制主要有合流制和分流制兩種。排水體制的選擇，應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c(diǎn)、水文條件、水體狀況、氣候特征、原有排水設(shè)施、污水處理程度和處理后出水利用等綜合考慮后確定。同一城鎮(zhèn)的不同地區(qū)可采用不同的排水體制。除降雨量少的干旱地區(qū)外，新建地區(qū)的排水系統(tǒng)應(yīng)采用分流制?，F(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)，有條件的應(yīng)按照城鎮(zhèn)排水規(guī)劃的要求，實(shí)施雨污分流改造；暫時(shí)不具備雨污分流條件的，應(yīng)采取截流、調(diào)蓄和處理相結(jié)合的措施。

2現(xiàn)場(chǎng)踏勘

給排水管道距離相對(duì)較長，或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū)，或敷設(shè)在農(nóng)田，或跨越山丘和河流，還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項(xiàng)管道工程同時(shí)會(huì)遇到上述幾種或所有的地形和地貌，其復(fù)雜的地形和地貌若不現(xiàn)場(chǎng)查看，則很難全面完成設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)會(huì)同給排水、概預(yù)算等專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和選線，了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質(zhì)概況，必要時(shí)應(yīng)在施工圖階段對(duì)個(gè)別疑難地段重新踏勘。

3測(cè)量和地勘要求

要準(zhǔn)確地反應(yīng)管道沿線的地形地貌和水文地質(zhì)情況，必須有測(cè)量和勘探部門提供的準(zhǔn)確的地形和水文地質(zhì)資料。

3.1勘探點(diǎn)間距和鉆孔深度

勘探點(diǎn)應(yīng)布置在管道的中線上，并不得偏離中線3m，間距應(yīng)根據(jù)地形復(fù)雜程度確定的30～100m，較復(fù)雜和地質(zhì)變化較大的地段應(yīng)適當(dāng)加密，深度應(yīng)達(dá)到管道埋設(shè)深度以下1m以上，遇河流應(yīng)鉆至河床最大沖刷深度以下2～3m。

3.2提供勘探成果要求

劃分沿線地質(zhì)單元；查明管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)的地層成因、巖性特征和厚度；調(diào)查巖層產(chǎn)狀和分化破碎程度及對(duì)管道有影響的全部活動(dòng)斷裂帶的性質(zhì)和分布特點(diǎn)；調(diào)查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象的范圍、性質(zhì)、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)管道的影響；查明沿線井、泉的分布和水位等影響；查明擬穿、跨河流的岸坡穩(wěn)定性，河床及兩岸的地層巖性和洪水淹沒范圍。

4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1結(jié)構(gòu)形式

管道的結(jié)構(gòu)形式主要由給排水專業(yè)確定，結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)根據(jù)管道的用途(給水還是排水，污水還是雨水)、工作環(huán)境(承壓還是非承壓)、口徑、流量、埋置深度、水文地質(zhì)情況、敷設(shè)方式和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等從專業(yè)角度提出參考意見。一般情況下，承壓管道常采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼管、UPVC管、PE管、現(xiàn)澆鋼筋混凝士箱涵。非承壓管常采用混凝土管、鋼筋混凝土管、砌體蓋板涵、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。當(dāng)污水管道口徑較大時(shí)應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵，特殊情況、特殊地段(過河渠、公路、鐵路等)、局部地段非承壓管也采用鋼管等形式。大型給排水管道工程也有采用盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的。

4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗(yàn)壓力對(duì)管道的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算及復(fù)核，提供管道壁厚、管道等級(jí)、或結(jié)構(gòu)配筋圖。對(duì)于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強(qiáng)度要求的管道，應(yīng)根據(jù)計(jì)算采用具體的加強(qiáng)加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等，當(dāng)鋼管計(jì)算出的壁厚不經(jīng)濟(jì)時(shí)，應(yīng)采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定。

4.3敷設(shè)方式

敷設(shè)方式的選擇應(yīng)根據(jù)埋置深度、地面地下障礙物等因素確定，一般有溝埋式、上埋式、頂管及架空，較為常用敷設(shè)方式采用溝埋式，當(dāng)溝埋式有一定的難度時(shí)，可選擇頂管和架空等敷設(shè)方式。不同的敷設(shè)方式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦不同。

4.4抗浮穩(wěn)定

有些管道敷設(shè)的地段地下水位較高或者施工期間多雨，因而管道的抗浮穩(wěn)定應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的重視。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算采取相應(yīng)的抗浮措施，避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4.5抗震設(shè)計(jì)

4.5.1場(chǎng)地和管材的選擇

確定管線走向時(shí)應(yīng)盡量避開對(duì)抗震不利的場(chǎng)地、地基，如不可避免而必須通過地震斷裂帶或可液化土地基時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。給水管道應(yīng)選擇抗拉、抗折強(qiáng)度高且具有較好延性的鋼管，并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道應(yīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并有相應(yīng)的構(gòu)造措施，盡量避免嚴(yán)重破壞。

4.5.2構(gòu)造措施

承插管設(shè)置柔性連接；磚石砌體的矩形、拱形無壓管道，除砌體材料應(yīng)滿足磚石結(jié)構(gòu)抗震要求外，一般可加強(qiáng)整體剛度(頂?shù)装宀捎谜w式)、減少在地震影響下產(chǎn)生的變形，提高管道的抗震性能；圓形排水管應(yīng)設(shè)置不小于l20度的混凝土管基，管道接口采用鋼絲網(wǎng)水泥帶，液化地段采用柔性接口的鋼筋混凝土管；管道穿越構(gòu)筑物時(shí)應(yīng)在管道與套管的縫隙內(nèi)填充柔性填料，若管道必須與墻體嵌固時(shí)，應(yīng)在墻外就近設(shè)置柔性連接；管道附屬構(gòu)筑物應(yīng)采用符合抗震要求的材料和整體剛度好的結(jié)構(gòu)型式。

(1)地基處理。出圖時(shí)應(yīng)包含地基處理的平、縱斷面圖。掃描矢量化需要處理的地段的地勘資料縱斷面，選擇參考點(diǎn)并根據(jù)給排水專業(yè)的平、縱斷面將管道基底輪廓線放在地質(zhì)縱斷面上，劃分地質(zhì)單元并注明樁號(hào)和基底高程，標(biāo)明溝槽范圍內(nèi)和基底以下土層構(gòu)造以及地下水位。根據(jù)縱斷面地質(zhì)單元的劃分(樁號(hào)劃分)，確定需處理的范圍，針對(duì)不同的地質(zhì)情況和厚度分別采取相應(yīng)的處理方法。具體的處理方法有：換填、拋石擠淤、砂石擠密、水泥攪拌樁、灰砂樁、木麻黃樁等方法。具體設(shè)計(jì)按地基處理規(guī)范規(guī)程執(zhí)行。

(2)管道支墩及鎮(zhèn)墩。對(duì)承插接口的壓力管道，應(yīng)設(shè)置水平和垂直支墩。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)管道轉(zhuǎn)角、土的參數(shù)、工作壓力和試驗(yàn)壓力計(jì)算所需支墩的大小。埋地鋼管可不設(shè)管道支墩。

5給排水管道設(shè)計(jì)中的其他問題

5.1在用戶管線出口建立格柵中纖維、塑料等沉積物、懸浮物和漂浮物的大量存在，給管道的清掏和疏通維護(hù)作業(yè)帶來了很大困難。特別是抽升泵站的格柵間，每天都會(huì)攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進(jìn)入泵房后，常導(dǎo)致水泵葉輪堵塞、磨損損壞現(xiàn)象的發(fā)生。盡管格柵柵條的間距一再減小，但仍有大量的漂浮物進(jìn)入泵站造成堵塞。為了解決上述問題，建議在庭院或住宅小區(qū)的管道出口處設(shè)置簡易人工攔污格柵，定期進(jìn)行清理、清掏，從源頭上控制漂浮物進(jìn)入市政管網(wǎng)，以減輕市政管網(wǎng)維護(hù)管理的工作量。

5.2在檢查井井底設(shè)置沉淀池中的沉積物在管道內(nèi)水流量小、流速慢時(shí)會(huì)發(fā)生沉淀，造成管道淤積堵塞、通水不暢，而管道的疏通工作又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，針對(duì)傳統(tǒng)的檢查井做法，建議將其井底改為沉淀式的，井底下沉3O～50cm。這樣中的沉積物多數(shù)會(huì)沉積在檢查井中，不至于流人下游管段，只要定期清掏檢查井內(nèi)的沉積物即可，減少了管道維護(hù)作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

5.3在檢查井內(nèi)設(shè)置閘槽干管中的流量和流速均較大，有的檢查井內(nèi)的水位較高，管道維護(hù)作業(yè)或戶線管接頭時(shí)，需將管道內(nèi)的水位降低或斷流。為了方便維護(hù)作業(yè)，建議在干管的管道交匯處檢查井、轉(zhuǎn)彎處檢查井或直線段的每隔一定距離的檢查井內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置閘槽，通過閘槽的開閉控制水流，便于維護(hù)作業(yè)。同時(shí)為方便戶線支管接頭時(shí)的施工，建議能研制一種較輕便、實(shí)用的管道阻水設(shè)備。

6結(jié)束語

總之，市政排水管道工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)掌握專業(yè)技能，了解行業(yè)動(dòng)向，研究存在的問題，積極創(chuàng)新，盡可能地把設(shè)計(jì)做到經(jīng)濟(jì)、合理、適用、安全。

篇3

前言：建筑給排水設(shè)施, 是保證城市地面水及時(shí)排除, 防治城市水污染, 并使城市水資源保護(hù)得以良性循環(huán)的必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施, 我國排水工程建設(shè)初創(chuàng)于50年代, 到80年代以后, 隨著城市化進(jìn)程的加快和城市水污染日益得到重視,建筑給排水設(shè)施建設(shè)得到較快發(fā)展, 但建筑給排水設(shè)施普遍存在各種問題, 如防洪排水能力不足; 平坦地區(qū)的排水管渠的坡度偏小, 易淤積; 部分地區(qū)的排水設(shè)施不成系統(tǒng), 易形成內(nèi)澇等。造成這些問題的原因, 有設(shè)計(jì)不合理, 日常管理不到位, 自然條件變化等。通過對(duì)許多工程設(shè)計(jì)的總結(jié), 我們認(rèn)為, 建筑給排水工程設(shè)計(jì)能否更好地避免這些問題的發(fā)生, 做到經(jīng)濟(jì)合理, 運(yùn)行安全,受市政給排水工程規(guī)劃的影響較大。

1、現(xiàn)場(chǎng)踏勘

給排水管道距離相對(duì)較長,或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū),或敷設(shè)在農(nóng)田,或跨越山丘和河流,還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項(xiàng)管道工程同時(shí)會(huì)遇到上述幾種或所有的地形和地貌,其復(fù)雜的地形和地貌若不現(xiàn)場(chǎng)查看,則很難全面完成設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)會(huì)同給排水、概預(yù)算等專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和選線,了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質(zhì)概況,必要時(shí)應(yīng)在施工圖階段對(duì)個(gè)別疑難地段重新踏勘。

2、測(cè)量和地勘要求

要準(zhǔn)確地反應(yīng)管道沿線的地形地貌和水文地質(zhì)情況,必須有測(cè)量和勘探部門提供的準(zhǔn)確的地形和水文地質(zhì)資料。

2.1 勘探點(diǎn)間距和鉆孔深度

勘探點(diǎn)應(yīng)布置在管道的中線上,并不得偏離中線3m,間距應(yīng)根據(jù)地形復(fù)雜程度確定的30～100m,較復(fù)雜和地質(zhì)變化較大的地段應(yīng)適當(dāng)加密,深度應(yīng)達(dá)到管道埋設(shè)深度以下1m以上,遇河流應(yīng)鉆至河床最大沖刷深度以下2～3m。

2.2 提供勘探成果要求

劃分沿線地質(zhì)單元;查明管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)的地層成因、巖性特征和厚度;調(diào)查巖層產(chǎn)狀和分化破碎程度及對(duì)管道有影響的全部活動(dòng)斷裂帶的性質(zhì)和分布特點(diǎn);調(diào)查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象的范圍、性質(zhì)、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)管道的影響;查明沿線井、泉的分布和水位等影響;查明擬穿、跨河流的岸坡穩(wěn)定性,河床及兩岸的地層巖性和洪水淹沒范圍。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 結(jié)構(gòu)形式

管道的結(jié)構(gòu)形式主要由給排水專業(yè)確定,結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)根據(jù)管道的用途(給水還是排水,污水還是雨水)、工作環(huán)境(承壓還是非承壓)、口徑、流量、埋置深度、水文地質(zhì)情況、敷設(shè)方式和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等從專業(yè)角度提出參考意見。

一般情況下,承壓管道常采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼管、UPVC管、PE管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵。非承壓管常采用混凝土管、鋼筋混凝土管、砌體蓋板涵、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。當(dāng)污水管道口徑較大時(shí)應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵,特殊情況、特殊地段(過河渠、公路、鐵路等)、局部地段非承壓管也采用鋼管等形式。大型給排水管道工程也有采用盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗(yàn)壓力對(duì)管道的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算及復(fù)核,提供管道壁厚、管道等級(jí)、或結(jié)構(gòu)配筋圖。

對(duì)于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強(qiáng)度要求的管道,應(yīng)根據(jù)計(jì)算采用具體的加強(qiáng)加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等,當(dāng)鋼管計(jì)算出的壁厚不經(jīng)濟(jì)時(shí),應(yīng)采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定。

3.3 敷設(shè)方式

敷設(shè)方式的選擇應(yīng)根據(jù)埋置深度、地面地下障礙物等因素確定,一般有溝埋式、上埋式、頂管及架空,較為常用敷設(shè)方式采用溝埋式,當(dāng)溝埋式有一定的難度時(shí),可選擇頂管和架空等敷設(shè)方式。不同的敷設(shè)方式,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦不同。

3.4 抗浮穩(wěn)定

有些管道敷設(shè)的地段地下水位較高或者施工期間多雨,因而管道的抗浮穩(wěn)定應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的重視。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算采取相應(yīng)的抗浮措施,避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.5 抗震設(shè)計(jì)

3.5.1 場(chǎng)地和管材的選擇

確定管線走向時(shí)應(yīng)盡量避開對(duì)抗震不利的場(chǎng)地、地基,如不可避免而必須通過地震斷裂帶或可液化土地基時(shí),應(yīng)根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。給水管道應(yīng)選擇抗拉、抗折強(qiáng)度高且具有較好延性的鋼管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道應(yīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),并有相應(yīng)的構(gòu)造措施,盡量避免嚴(yán)重破壞。

3.5.2 構(gòu)造措施

承插管設(shè)置柔性連接;磚石砌體的矩形、拱形無壓管道,除砌體材料應(yīng)滿足磚石結(jié)構(gòu)抗震要求外,一般可加強(qiáng)整體剛度(頂?shù)装宀捎谜w式)、減少在地震影響下產(chǎn)生的變形,提高管道的抗震性能;圓形排水管應(yīng)設(shè)置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用鋼絲網(wǎng)水泥帶,液化地段采用柔性接口的鋼筋混凝土管;管道穿越構(gòu)筑物時(shí)應(yīng)在管道與套管的縫隙內(nèi)填充柔性填料,若管道必須與墻體嵌固時(shí),應(yīng)在墻外就近設(shè)置柔性連接;管道附屬構(gòu)筑物應(yīng)采用符合抗震要求的材料和整體剛度好的結(jié)構(gòu)型式。

(1)地基處理。出圖時(shí)應(yīng)包含地基處理的平、縱斷面圖。掃描矢量化需要處理的地段的地勘資料縱斷面,選擇參考點(diǎn)并根據(jù)給排水專業(yè)的平、縱斷面將管道基底輪廓線放在地質(zhì)縱斷面上,劃分地質(zhì)單元并注明樁號(hào)和基底高程,標(biāo)明溝槽范圍內(nèi)和基底以下土層構(gòu)造以及地下水位。根據(jù)縱斷面地質(zhì)單元的劃分(樁號(hào)劃分),確定需處理的范圍,針對(duì)不同的地質(zhì)情況和厚度分別采取相應(yīng)的處理方法。具體的處理方法有:換填、拋石擠淤、砂石擠密、水泥攪拌樁、灰砂樁、木麻黃樁等方法。具體設(shè)計(jì)按地基處理規(guī)范規(guī)程執(zhí)行。

(2)管道支墩及鎮(zhèn)墩。對(duì)承插接口的壓力管道,應(yīng)設(shè)置水平和垂直支墩。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)管道轉(zhuǎn)角、土的參數(shù)、工作壓力和試驗(yàn)壓力計(jì)算所需支墩的大小。埋地鋼管可不設(shè)管道支墩。

4 給排水管道設(shè)計(jì)中的其他問題

4.1 在用戶管線出口建立格柵

中纖維、塑料等沉積物、懸浮物和漂浮物的大量存在,給管道的清掏和疏通維護(hù)作業(yè)帶來了很大困難。特別是抽升泵站的格柵間,每天都會(huì)攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進(jìn)入泵房后,常導(dǎo)致水泵葉輪堵塞、磨損損壞現(xiàn)象的發(fā)生。盡管格柵柵條的間距一再減小,但仍有大量的漂浮物進(jìn)入泵站造成堵塞。為了解決上述問題,建議在庭院或住宅小區(qū)的管道出口處設(shè)置簡易人工攔污格柵,定期進(jìn)行清理、清掏,從源頭上控制漂浮物進(jìn)入市政管網(wǎng),以減輕市政管網(wǎng)維護(hù)管理的工作量。

4.2 在檢查井井底設(shè)置沉淀池

中的沉積物在管道內(nèi)水流量小、流速慢時(shí)會(huì)發(fā)生沉淀,造成管道淤積堵塞、通水不暢,而管道的疏通工作又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此,針對(duì)傳統(tǒng)的檢查井做法,建議將其井底改為沉淀式的,井底下沉30～50cm。這樣中的沉積物多數(shù)會(huì)沉積在檢查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏檢查井內(nèi)的沉積物即可,減少了管道維護(hù)作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

4.3 在檢查井內(nèi)設(shè)置閘槽

篇4

中圖分類號(hào)： TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

市政給排水管道工程設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與能動(dòng)性相結(jié)合的過程。在滿足規(guī)范要求、注意設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)的同時(shí),要根據(jù)實(shí)際情況, 因地制宜、因時(shí)制宜, 經(jīng)常充分的市場(chǎng)調(diào)查與經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較, 做到既質(zhì)量優(yōu)良, 又經(jīng)濟(jì)合理、施工方便。為此，主要做好如下工作：

1．現(xiàn)場(chǎng)踏勘與測(cè)量

給排水管道距離相對(duì)較長,或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū),或敷設(shè)在農(nóng)田,或跨越山丘和河流,還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項(xiàng)管道工程同時(shí)會(huì)遇到上述幾種或所有的地形和地貌,其復(fù)雜的地形和地貌若不現(xiàn)場(chǎng)查看,則很難全面完成設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)會(huì)同給排水、概預(yù)算等專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和選線,了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質(zhì)概況,必要時(shí)應(yīng)在施工圖階段對(duì)個(gè)別疑難地段重新踏勘。

要準(zhǔn)確地反應(yīng)管道沿線的地形地貌和水文地質(zhì)情況,必須有測(cè)量和勘探部門提供的準(zhǔn)確的地形和水文地質(zhì)資料。

勘探點(diǎn)間距和鉆孔深度勘探點(diǎn)應(yīng)布置在管道的中線上,并不得偏離中線 3m,間距應(yīng)根據(jù)地形復(fù)雜程度確定的 30～100m,較復(fù)雜和地質(zhì)變化較大的地段應(yīng)適當(dāng)加密,深度應(yīng)達(dá)到管道埋設(shè)深度以下 1m 以上,遇河流應(yīng)鉆至河床最大沖刷深度以下 2～3m。

提供勘探成果要求劃分沿線地質(zhì)單元；查明管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)的地層成因、巖性特征和厚度；調(diào)查巖層產(chǎn)狀和分化破碎程度及對(duì)管道有影響的全部活動(dòng)斷裂帶的性質(zhì)和分布特點(diǎn)；調(diào)查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象的范圍、性質(zhì)、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)管道的影響;查明沿線井、泉的分布和水位等影響;查明擬穿、跨河流的岸坡穩(wěn)定性,河床及兩岸的地層巖性和洪水淹沒范圍。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

管道的結(jié)構(gòu)形式主要由給排水專業(yè)確定,結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)根據(jù)管道的用途(給水還是排水,污水還是雨水)、工作環(huán)境(承壓還是非承壓)、口徑、流量、埋置深度、水文地質(zhì)情況、敷設(shè)方式和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等從專業(yè)角度提出參考意見。一般情況下,承壓管道常采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼管、UPVC 管、PE 管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵。非承壓管常采用混凝土管、鋼筋混凝土管、砌體蓋板涵、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。當(dāng)污水管道口徑較大時(shí)應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵,特殊情況、特殊地段(過河渠、公路、鐵路等)、局部地段非承壓管也采用鋼管等形式。大型給排水管道工程也有采用盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的。

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗(yàn)壓力對(duì)管道的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算及復(fù)核,提供管道壁厚、管道等級(jí)、或結(jié)構(gòu)配筋圖。對(duì)于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強(qiáng)度要求的管道,應(yīng)根據(jù)計(jì)算采用具體的加強(qiáng)加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等,當(dāng)鋼管計(jì)算出的壁厚不經(jīng)濟(jì)時(shí),應(yīng)采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定。

敷設(shè)方式的選擇應(yīng)根據(jù)埋置深度、地面地下障礙物等因素確定,一般有溝埋式、上埋式、頂管及架空,較為常用敷設(shè)方式采用溝埋式,當(dāng)溝埋式有一定的難度時(shí),可選擇頂管和架空等敷設(shè)方式。不同的敷設(shè)方式,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦不同。

有些管道敷設(shè)的地段地下水位較高或者施工期間多雨,因而管道的抗浮穩(wěn)定應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的重視。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算采取相應(yīng)的抗浮措施,避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

確定管線走向時(shí)應(yīng)盡量避開對(duì)抗震不利的場(chǎng)地、地基,如不可避免而必須通過地震斷裂帶或可液化土地基時(shí),應(yīng)根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。

3.給排水管道設(shè)計(jì)中的其他問題

在用戶管線出口建立格柵中纖維、塑料等沉積物、懸浮物和漂浮物的大量存在,給管道的清掏和疏通維護(hù)作業(yè)帶來了很大困難。特別是抽升泵站的格柵間,每天都會(huì)攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進(jìn)入泵房后,常導(dǎo)致水泵葉輪堵塞、磨損損壞現(xiàn)象的發(fā)生。盡管格柵柵條的間距一再減小,但仍有大量的漂浮物進(jìn)入泵站造成堵塞。為了解決上述問題,建議在庭院或住宅小區(qū)的管道出口處設(shè)置簡易人工攔污格柵,定期進(jìn)行清理、清掏,從源頭上控制漂浮物進(jìn)入市政管網(wǎng),以減輕市政管網(wǎng)維護(hù)管理的工作量。

在檢查井井底設(shè)置沉淀池中的沉積物在管道內(nèi)水流量小、流速慢時(shí)會(huì)發(fā)生沉淀,造成管道淤積堵塞、通水不暢,而管道的疏通工作又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此,針對(duì)傳統(tǒng)的檢查井做法,建議將其井底改為沉淀式的,井底下沉 30～50 cm。這樣中的沉積物多數(shù)會(huì)沉積在檢查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏檢查井內(nèi)的沉積物即可,減少了管道維護(hù)作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

在檢查井內(nèi)設(shè)置閘槽干管中的流量和流速均較大,有的檢查井內(nèi)的水位較高,管道維護(hù)作業(yè)或戶線管接頭時(shí),需將管道內(nèi)的水位降低或斷流。為了方便維護(hù)作業(yè),建議在干管的管道交匯處檢查井、轉(zhuǎn)彎處檢查井或直線段的每隔一定距離的檢查井內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置閘槽,通過閘槽的開閉控制水流,便于維護(hù)作業(yè)。同時(shí)為方便戶線支管接頭時(shí)的施工,建議能研制一種較輕便、實(shí)用的管道阻水設(shè)備。

4.結(jié)語

總之，在城市發(fā)展的過程中，為了在激烈的市場(chǎng)競爭中求得生存和發(fā)展,要求在企業(yè)給排水工程的設(shè)計(jì)中引入全局概念,以適應(yīng)日趨嚴(yán)峻的城市發(fā)展要求。只有這樣，才能設(shè)計(jì)出滿足百年城市發(fā)展的市政給排水管道。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付迪.HDPE雙壁波紋管在城市給排水工程中的應(yīng)用[J]. 技術(shù)與市場(chǎng). 2010(08)

篇5

中圖分類號(hào)：TU833文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1固定墩主要受力

固定墩作為管道的支撐結(jié)構(gòu)埋于地下，除了自重外，受到各種外力作用。

1.1 水平力

1.1.1 管道水平推力

管道水平推力F(單位為kN)根據(jù)管道的敷設(shè)、管徑、運(yùn)行溫度、安裝溫度、工作壓力的變化及與土的摩擦力計(jì)算可得出。此項(xiàng)數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)過程中由暖通專業(yè)計(jì)算并提供，用于結(jié)構(gòu)計(jì)算。

1.1.2 主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力

管道支墩前后側(cè)面的土體對(duì)支墩產(chǎn)生主動(dòng)土壓力及被動(dòng)土壓力，計(jì)算公式如下：

粘性土：

Pa=γhtan2(45°－φ／2)－2ctan(45°－φ／2)

Pp=γyhtan2(45°+φ／2)+2ctan(45°+φ／2)

砂土等無粘性土：

Pa=γhtan2(45°－φ／2)

Pp=γhtan2(45°+φ／2)

式中：Pa――主動(dòng)土壓力，kPa

Pp――被動(dòng)土壓力，kPa

γ――土的重度，水土分算時(shí)，取浮重度；水土合算時(shí)，取天然重度，kN/m3

h――固定墩埋深，m;

φ――土的內(nèi)摩擦角

C ――土的粘聚力，kPa

1.1.3 固定墩與土的摩擦力

固定墩底面、側(cè)面及頂面與土壤接觸，都會(huì)產(chǎn)生摩擦力，但在計(jì)算中，上面及側(cè)面的作用力可忽略不計(jì)，只計(jì)算底面產(chǎn)生的摩擦力。

Ff=G

式中：Ff――摩擦力，kN。

――土與固定墩的摩擦系數(shù)：對(duì)粘土，0.25~0.45；對(duì)砂土，0.40~0.50；對(duì)碎石土，0.60。

G――固定墩自重及上面的覆土重，kN。

1.2 垂直力

1.2.1 固定墩自重G

G=γ0V

式中：γ0――固定墩的重度，一般取25kN/m3

V――固定墩的體積，m3

1.2.2 固定墩上部覆土的重量G1

G1=γh0S

式中：γ――固定墩上部土的重度，水土分算時(shí)，取浮重度；水土合算時(shí)，取天然重度，kN/m3;

h0――固定墩上部覆土深度,m;

S――固定墩底板面積,m2;

2固定墩的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

2.1 抗滑移驗(yàn)算[1]

抗滑移驗(yàn)算公式

式中：Ks――抗滑移系數(shù)；

K――固定支墩后背土壓力折減系數(shù)，取0．4～0．7；

EP――被動(dòng)土壓力作用力，kN；

Ea――主動(dòng)土壓力作用力，kN。

Ff――摩擦力，kN。

2.2 抗傾覆驗(yàn)算[1]

抗傾覆驗(yàn)算公式

式中：Kov――抗傾覆系數(shù)；

X2――被動(dòng)土壓力作用點(diǎn)至固定墩底面的距離，m；

L――固定墩底板寬度，m；

X1――主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)至固定墩底面的距離，m；

h2――固定墩管孔中心至地面的距離，m。

2.3 強(qiáng)度驗(yàn)算

2.3.1 側(cè)墻強(qiáng)度驗(yàn)算

側(cè)墻受到橫向作用力，按懸臂構(gòu)件計(jì)算，在底部產(chǎn)生彎矩。此彎矩主要由主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力及管道水平推力三部分力產(chǎn)生的彎矩矢量疊加而得。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按此彎矩計(jì)算側(cè)墻配筋。

圖2 管線埋深對(duì)固定墩性能的影響

側(cè)墻受到橫向作用力，按懸臂構(gòu)件計(jì)算，在底部產(chǎn)生彎矩。此彎矩主要由主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力及管道水平推力三部分力產(chǎn)生的彎矩矢量疊加而得。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按此彎矩計(jì)算側(cè)墻配筋。

2.3.2 底板強(qiáng)度驗(yàn)算

底板受到上部作用的荷載，在與土壤接觸的底面產(chǎn)生凈反力。凈反力作用下，底板可視為懸臂構(gòu)件，在側(cè)墻處產(chǎn)生最大彎矩。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按此處彎矩計(jì)算底板配筋。并應(yīng)對(duì)側(cè)墻在底板上的沖切進(jìn)行驗(yàn)算。

2.4 地基承載力驗(yàn)算

固定墩受到上部的垂直力及彎矩作用，在底板底面對(duì)土體產(chǎn)生土壓力，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，驗(yàn)算地基承載力。使?jié)M足

3影響固定墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素

3.1 管道埋置深度

管道埋置深度，即管道軸心到地面的深度。此值由管道設(shè)計(jì)確定，結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)管道的埋置深度，設(shè)計(jì)固定墩的埋置位置。當(dāng)管道推力及固定墩尺寸確定時(shí)，隨著埋置深度的增加，固定墩的抗滑移系數(shù)及抗傾覆系數(shù)變化如圖2所示。

從圖中可知，當(dāng)管道推力及固定墩尺寸確定時(shí)，隨著埋置深度的增加，固定墩的抗滑移系數(shù)及抗傾覆系數(shù)線性增加的趨勢(shì)，可見，埋置深度越深對(duì)固定墩的抗滑移性能及抗傾覆性能越有利。

3.2 覆土性質(zhì)

3.2.1 固定墩底部土性質(zhì)

固定墩底部土的性質(zhì)，決定固定墩與土層的摩擦系數(shù)μ，影響固定墩所受摩擦力Ff的大小。進(jìn)而影響固定墩的抗滑移系數(shù)。在固定墩尺寸及埋深不變時(shí)，不同性質(zhì)的固定墩底部土，對(duì)固定墩的抗滑移系數(shù)的影響如表1所示。

表1 固定墩底部土性質(zhì)對(duì)抗滑移系數(shù)的影響

可見，隨著土摩擦系數(shù)的增加，抗滑移性能得到提高。將固定墩下部土層換填為碎石土可改善固定墩的抗滑移性能。

3.2.1 固定墩周圍土性質(zhì)

固定墩周圍土的性質(zhì)，則決定了土層的內(nèi)摩擦角φ及土的粘聚力c，影響土對(duì)固定墩的主動(dòng)土壓力及被動(dòng)土壓力的大小。進(jìn)而影響固定墩的抗傾覆性能和抗滑移性能。在固定墩尺寸及埋深不變時(shí)，不同性質(zhì)的固定墩周圍土，對(duì)固定墩的抗滑移系數(shù)及抗傾覆系數(shù)的影響如表2所示。

表2 固定墩周圍土性質(zhì)對(duì)抗滑移及抗傾覆系數(shù)的影響

可見，當(dāng)固定墩周圍土粘性越小，抗滑移系數(shù)及抗傾覆系數(shù)越高。將固定墩周圍土層換填粘性較小的砂土可改善固定墩的抗傾覆性能和抗滑移性能。

4結(jié)語

由以上分析可得到以下結(jié)論：

1、管道深埋對(duì)固定墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利；

2、當(dāng)固定墩尺寸受到限制時(shí)，可將固定墩墩底土換填成摩擦系數(shù)較高的碎石土，或?qū)⒐潭ǘ罩車翐Q填成粘性較小的砂土，以達(dá)到改善固定墩抗滑移性能及抗傾覆性能的目的。

篇6

在普遍工業(yè)設(shè)備和天然氣等設(shè)備中，運(yùn)輸材料最便捷的途徑就是管道運(yùn)輸，這種運(yùn)輸方式已經(jīng)在此領(lǐng)域被多出運(yùn)用起來。在普遍工業(yè)中每天對(duì)管道的應(yīng)用不計(jì)其數(shù)，因此極易導(dǎo)致管道生銹、出現(xiàn)裂縫等情況，為了有效解決這一現(xiàn)象必須對(duì)管道進(jìn)行定期的檢查和修理。本文提到的管道機(jī)器人就是為管道檢修量身定做的機(jī)械，它能夠準(zhǔn)確的找到生銹和出現(xiàn)裂縫的位置。能源自給式機(jī)器人分為兩種，一種是有纜一種是無纜。其中有纜式管道機(jī)器人，這種管道機(jī)器人行程范圍小，精準(zhǔn)度不高，而無纜式管道機(jī)器人其能量主要來自于蓄電池，雖然行程范圍廣泛，但是蓄電池的電量有限，因此，無纜式機(jī)器人的行程范圍仍然有限。

針對(duì)這一問題，本篇文章根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的一些創(chuàng)意來將這些想法應(yīng)用到新型管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)上，根據(jù)此創(chuàng)意設(shè)計(jì)出的機(jī)器人主要是靠其管道中含有的流體不斷流動(dòng)來產(chǎn)生能源。當(dāng)機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種流體就開始發(fā)電，為蓄電池補(bǔ)充能量。

二、管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案闡述

（一）管道機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

能源自給式管道機(jī)器人與有纜機(jī)器人和無纜機(jī)器人不同，以下是在傳統(tǒng)管道機(jī)器人設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)能源自給式管道機(jī)器人設(shè)計(jì)的一些要求。

（1）維持能源自給式管道機(jī)器人正常運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力是其內(nèi)部流體流動(dòng)產(chǎn)生的能量，這些能量的產(chǎn)生能夠保障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

（2）在管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)中必須要對(duì)其運(yùn)動(dòng)速度加以控制，要設(shè)計(jì)控制速度的機(jī)械裝置。

（3） 能源自給式管道機(jī)器人是在無纜式管道機(jī)器人的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，無纜式管道機(jī)器人不能自己為蓄電池充電，而能源自給式管道機(jī)器人可以將管道中的流體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，為蓄電池充電。

（4） 在設(shè)計(jì)機(jī)器人的過程中要對(duì)其設(shè)置自主更換前進(jìn)方向的能力。這種能力能夠在機(jī)器人行進(jìn)到分叉管道時(shí)被有效運(yùn)用起來，它能使機(jī)器人自主找到能夠前進(jìn)的管道，并且自主調(diào)節(jié)前進(jìn)方向。

（二）管道機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)

下面是管道機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，假設(shè)管道中的流體成分為氣體，那么可以以上文的設(shè)計(jì)要求為依托，將機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有自給功能優(yōu)勢(shì)的管道形式，如下圖1所示。能源自給式機(jī)器人從本質(zhì)上來看，就是能夠進(jìn)行能源的自動(dòng)生產(chǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)，因此此結(jié)構(gòu)組成必然要設(shè)有發(fā)電、本體、及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，而發(fā)電實(shí)際上就是將氣體運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，從而為機(jī)器人本身的能動(dòng)性提供電能基礎(chǔ)。由圖1所示發(fā)電部分涵蓋著風(fēng)輪、變速齒輪和發(fā)電機(jī)。機(jī)器人內(nèi)的本體結(jié)構(gòu)能夠其系統(tǒng)運(yùn)行及電能存儲(chǔ)提供基礎(chǔ)條件，導(dǎo)向部分主要是由電磁鐵和導(dǎo)向頭共同組成，其主要是幫助機(jī)器人順利調(diào)轉(zhuǎn)方向。根據(jù)圖1可以看出三部分之間主要是靠一組彈簧來鏈接，彈簧外部包有蒙皮，該設(shè)計(jì)能夠最大化的減少第七題與機(jī)器人之間存在的摩擦，使機(jī)身保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。與此同時(shí)還在發(fā)電部分和主體部分安裝三個(gè)支撐輪組件。

三、新型能源自給式管道機(jī)器人發(fā)電部分的設(shè)計(jì)

本小結(jié)重點(diǎn)闡述了新型能源自給式管道機(jī)器人的發(fā)電部分。主要器件有葉輪、發(fā)電機(jī)、齒輪機(jī)構(gòu)和充電電池等。其中葉輪是管道機(jī)器人中發(fā)電部分的關(guān)鍵部件，主要作用是在葉輪中有流體流入時(shí)，能夠帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還能夠?yàn)楣艿罊C(jī)器人提供推力。另一點(diǎn)，當(dāng)流體與葉輪表面發(fā)生接觸時(shí)，壓力降也會(huì)伴隨而來，而壓力降在機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)中是主要的推動(dòng)力來源。因此，將發(fā)電機(jī)外殼設(shè)計(jì)成流線型，方便流體的順暢流入。此外為了使機(jī)器人能夠在窄小的管道中順利運(yùn)行，特此選擇面積小，體積小的發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑為30mm，與之相對(duì)應(yīng)的配套有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

四、支扮輪組件的設(shè)計(jì)

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中圖分類號(hào)： U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、電力隧道規(guī)劃

（一）平面線路規(guī)劃

電力隧道線路規(guī)劃需要根據(jù)中心城區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷情況進(jìn)行規(guī)劃，在一些特殊的中心城區(qū)位置，一般的電力隧道走向都是地下建設(shè)、地鐵以及立交橋等等。在進(jìn)行電力通道規(guī)劃時(shí)，需要協(xié)調(diào)相關(guān)部門，做好路線合理規(guī)劃工作。對(duì)力隧道路徑選擇時(shí)，一般要選擇長度較長、線型比較順直以及路段比較寬的城市主干線。進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，盡量避免影響因素出現(xiàn)，從而使得規(guī)劃水平提高。施工實(shí)踐表明，在當(dāng)前的規(guī)劃過程中，一般會(huì)受到技術(shù)條件限制或者受到其他的市政工程制約。一條完整的電力隧道實(shí)施過程中，需要進(jìn)行多形式設(shè)置，從而滿足走向需求。同時(shí)在施工過程中，會(huì)不可避免的穿越一些重點(diǎn)工程，像地鐵、像重要建筑等等。在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，為了更好地減少阻力問題，降低規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)，從而逐漸實(shí)現(xiàn)電力隧道規(guī)劃發(fā)展需求，需要電力隧道在進(jìn)行平面規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況開展設(shè)計(jì)工作。如下表不同地區(qū)隧道通道型式規(guī)劃設(shè)計(jì)

（二）線路曲線規(guī)劃

電力隧道具備自身的使用功能，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，基于電力隧道的特性，這樣就可以不要對(duì)線路曲線半徑做出嚴(yán)格的規(guī)定或者控制。在進(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)，一般會(huì)受到大轉(zhuǎn)角或者是地形限制，在必要的時(shí)候可以通過工作井的方式進(jìn)行處理。一般而言城市地下空間1-7m為城市市政管道的黃金通道，大多數(shù)管線布置在這個(gè)深度，盾構(gòu)及頂管機(jī)械作業(yè)，一般要考慮一定富裕深度，一般埋深達(dá)到10m，才較為安全，否則容易傷及市政管線。在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，較大斷面的電纜隧道可以采取深埋方式避開其他市政管線，從而獲得完好規(guī)劃。

二、電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力隧道內(nèi)部設(shè)施通常為橫擔(dān)支架、電纜、冷卻管、照明及通風(fēng)等電力設(shè)備，其布置方式將影響隧道結(jié)構(gòu)的傳力模式，需要在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)內(nèi)部設(shè)施布置方案進(jìn)行合理性及穩(wěn)定性的驗(yàn)算分析，確保工程安全性。電力隧道設(shè)計(jì)過程中，通常會(huì)遇見斷面直徑設(shè)計(jì)問題，這個(gè)直徑采用頂管方式適宜直徑在1.9至3.5m范圍內(nèi)，采用盾構(gòu)方式的適宜斷面在3.5到5.5m范圍內(nèi)。其中頂管在小于1.9m直徑時(shí)一般直接將頂管直徑取到1.5m以下，并且在內(nèi)部排管然后填充細(xì)砂或者細(xì)石砼，因而不在適合歸入電纜隧道范疇。一般而言，電力隧道大部分采用的是明開挖隧道，頂管，淺埋暗挖等方式，對(duì)于盾構(gòu)方式在電力隧道中使用較少，但卻是一個(gè)發(fā)展方向。

圖1、頂管隧道布置 圖2、頂管內(nèi)排管布置

在一般情況下，電力隧道需要根據(jù)凈空尺寸大小進(jìn)行確定，從而選擇到合適的施工方法。例如下表格的隧道工法選擇：

在施工過程中，當(dāng)選擇盾構(gòu)法時(shí)，這個(gè)時(shí)候的隧道管徑應(yīng)該大于3.5m，這個(gè)時(shí)候需要充分考慮阻力問題。這個(gè)時(shí)候的阻力會(huì)變大，而且還比較難以控制。因此，在進(jìn)行隧道施工方法選擇時(shí)，應(yīng)該保障選擇的方法可以使得直徑大于3.5m，這樣的施工實(shí)際情況可以充分考慮選擇盾構(gòu)法。電力隧道施工過程中，一般可以選擇的有圓形還有矩形兩種形狀。一般而言，矩形的橫截面積它的凈空利用率會(huì)比較高。相互對(duì)比之下的可以選擇該橫截面進(jìn)行施工就顯得比較合理，而且還需要綜合分析影響因素，從而選擇出合適的橫截面處理方法。例如500kV世博變電站，輸電隧道直接從550kv變電站直接引出，一般內(nèi)在的輸電要求比較高，這樣可以選擇內(nèi)徑比較大的圓形橫截面，這是我國國內(nèi)直徑輸電隧道最大之圓形橫截面施工。選擇了合適的施工法之后，需要確定出管片組成數(shù)量，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候可以根據(jù)這些管片的厚度以及形狀進(jìn)行選擇。如下圖所示：

圖3、盾構(gòu)斷面

一般而言，輸電隧道選擇了隧道盾構(gòu)段，將其當(dāng)成最大電力專用隧道，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)布設(shè)時(shí)，一般都會(huì)有它獨(dú)特的地方。為了更好的發(fā)揮出隧道實(shí)際作用，更好的充分使用隧道凈空。需要在隧道中部位置進(jìn)行設(shè)置，這樣可以獲得設(shè)置橫梁面圖形。設(shè)計(jì)過程中，需要將隧道進(jìn)行分層，可以將其分層四個(gè)電纜布置區(qū)。在每個(gè)支架中可以將其中的一部分確定出來，這樣可以支撐起兩個(gè)中間柱，而且其余的連接角鋼可以在布設(shè)上進(jìn)行連接，從而獲得更大的空間。這樣的空間可以更好的滿足電力施工需求，更好的滿足當(dāng)前布設(shè)需求。

結(jié)束語

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，我國隧道施工工程越來越多，為了滿足城市供電需求，為了滿足社會(huì)發(fā)展需求，需要進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。在進(jìn)行地下電力傳輸時(shí)，需要不斷的完善和發(fā)展規(guī)劃，選擇隧道輸送電力已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展首先方式。

參考文獻(xiàn)

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1.1荷載—結(jié)構(gòu)模型的建立

顯然，只要施工過程不能使支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍的巖石保持緊密的連接，有效地阻止圍巖變形和松弛的壓力，隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)荷載—結(jié)構(gòu)模型檢驗(yàn)。荷載—結(jié)構(gòu)模型是由巖體和坍塌破壞引起的豎向和側(cè)向活動(dòng)壓力的主要特征。但也有一些不同的方法來處理周圍的巖石和支撐結(jié)構(gòu)之間的相互作用：①有源負(fù)載模型在不考慮圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的過程中，在活動(dòng)荷載作用下，支撐結(jié)構(gòu)可以在活動(dòng)荷載作用下變形、計(jì)算原理和結(jié)構(gòu)的作用。該模型主要用于圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的“剛度比”的情況下，軟弱圍巖沒有“能力”來約束剛性襯砌的變形。②有源負(fù)載加上圍巖的彈性約束的模型（圖1-1b）。圍巖不僅適用于支護(hù)結(jié)構(gòu)，而且還因?yàn)閲鷰r與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用。由于在非均勻分布的影響下，一部分支撐結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生對(duì)圍巖變形的影響，只要周圍巖層具有一定的剛度，就有必要對(duì)變形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，這就是所謂的彈性阻力，屬于被動(dòng)性。支撐結(jié)構(gòu)的另一部分是從圍巖變形的隧道中，不會(huì)引起彈性阻力，形成所謂的“走出去”。對(duì)于①類模型，只要確定了作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載，其余問題用結(jié)構(gòu)力學(xué)的一般方法(如力法、位移法)即可解決。對(duì)于②類模型，除了上述的主動(dòng)荷裁外，尚需解決圍巖的彈性抗力問題。在圍巖上引起的彈性抗力的大小，目前常用以“溫克列爾(Winkler)假定”為基礎(chǔ)的局部變形理論來確定。它認(rèn)為圍巖的彈性抗力是與圍巖在該點(diǎn)的變形成正比的，用公式表示為：σi=Kδi式中的δi為圍巖表面上任意一點(diǎn)所產(chǎn)生的彈性抗力；σi為圍巖在同一點(diǎn)i的壓縮變形；K為比例系數(shù)，稱為圍巖的彈性抗力系數(shù)。彈性阻力的大小和分布取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與彈性阻力有關(guān)。按②類模型的內(nèi)力是一個(gè)非線性問題，采用迭代方法或線性假設(shè)是必要的。

1.2李寧隧道結(jié)構(gòu)受力和變形特性

隧道襯砌在圍巖壓力下產(chǎn)生變形。在隧道拱頂中，圍巖變形是不受圍巖約束的，稱為“拆離帶”；圍巖變形受圍巖變形影響。因此，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的圍巖變形的雙重作用：既有積極的圍巖壓力，使襯砌結(jié)構(gòu)變形，又能防止被動(dòng)抵抗形成對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的變形。這種效果的前提是，周圍的巖石和隧道襯砌必須充分和密切接觸。

1.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

在荷載—結(jié)構(gòu)模型中，分析計(jì)算的對(duì)象是支護(hù)結(jié)構(gòu)，即襯砌。因此，要根據(jù)襯砌的受力特點(diǎn)，進(jìn)一步研究它的力學(xué)模擬和計(jì)算圖式的問題。由于隧道長度較之橫斷面尺寸要大得多，而且，又假設(shè)荷載和結(jié)構(gòu)特性沿隧道長度方向是不變的，因此，可以認(rèn)為隧道襯砌不會(huì)產(chǎn)生縱向位移，即處于平面變形狀態(tài)。

1.4主動(dòng)荷載模式

1.4.1彈性固定的無鉸拱適用于這類計(jì)算模式的常有半襯砌。先拱后墻施工時(shí)，做好的拱圈在隧洞口前的工況就是這種半襯砌。這種拱圈的拱腳支承在彈性圍巖上，故稱彈性固定無鉸拱。半襯砌拱拱升跨比一般小，當(dāng)豎向荷載作用下，多數(shù)情況下，拱環(huán)是內(nèi)部的隧道變形，彈性阻力。

1.4.2圓形襯砌修建在軟土地層中的圓形襯砌，也常常按主動(dòng)荷載模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。承受的荷載主要有土壓力、水壓力、結(jié)構(gòu)自重和與之相平衡的地基反力。

1.5主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載模式

1.5.1假定抗力圖形該法的計(jì)算特點(diǎn)是假定抗力的分布范圍的分布規(guī)律，如上、下零點(diǎn)和最大值的位置。而抗力的最大值和結(jié)構(gòu)由主動(dòng)荷載與被動(dòng)荷載共同作用在該點(diǎn)產(chǎn)生的變位有關(guān)。因此這是一個(gè)非線性問題。只要能附加一個(gè)最大抗力點(diǎn)的抗力與其位移成正比為條件列出的方程即可求出最大抗力值和冗力。將主動(dòng)荷載與被動(dòng)荷載求出的內(nèi)力值進(jìn)行疊加，即為結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

1.5.2局部變形地基梁法局部變形地基梁法，由于拱形直墻襯砌內(nèi)力的特點(diǎn)，將拱圈和邊墻分為兩個(gè)單元分別進(jìn)行計(jì)算，在各自的計(jì)算中考慮相互影響。計(jì)算中拱圈視為彈性固定無鉸拱，邊墻視為雙向彈性地基梁。拱圈和邊墻受力變形的相互影響，表現(xiàn)為計(jì)算拱圈時(shí)，拱腳的變位應(yīng)取邊墻墻頂?shù)淖兾唬?jì)算邊墻時(shí)，墻頂?shù)某跏紬l件與拱腳的內(nèi)力和變位一致。

2巖體力學(xué)方法

由于現(xiàn)代隧道施工技術(shù)的發(fā)展，可在隧道開挖后及時(shí)地給圍巖以必要的約束，抑制其變形，阻止圍巖松弛，不使其因變形過度而產(chǎn)生松動(dòng)壓力。此時(shí)，開挖隧道而釋放的圍巖應(yīng)變能將由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)所組成的結(jié)構(gòu)體系共同承擔(dān)，隧道結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生應(yīng)力重新分布而達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在隧道在結(jié)構(gòu)體系中，一方面，圍巖具有一定的支護(hù)力，這是由應(yīng)力調(diào)整引起的，從而達(dá)到了新的穩(wěn)定；另一方面，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)能防止圍巖變形，因此必須對(duì)圍巖進(jìn)行一個(gè)變量的調(diào)整。這種反應(yīng)力和周圍巖石的松動(dòng)壓力是非常不同的，它是支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖變形過程中的支撐壓力，它可以稱之為“變形壓力”。目前對(duì)于這種模型求解方法有分析方法、數(shù)值法、特征曲線法三種。

2.1分析方法

根據(jù)給定的邊界條件，該方法直接求解了平衡方程、幾何方程和物理方程。這是一個(gè)彈塑性力學(xué)問題，求解時(shí)，假定圍巖為無重平面，初始應(yīng)力作用在無窮遠(yuǎn)處，并假定支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖密貼，即其外徑與隧道的開挖半徑相等，且與開挖同時(shí)瞬間完成。由于數(shù)學(xué)上的困難，現(xiàn)在還只能對(duì)少數(shù)幾個(gè)問題(例如圓形隧道)給出具體解答。

2.2數(shù)值方法

對(duì)于復(fù)雜的隧道，特別是圍巖的非線性特性，必須采用數(shù)值計(jì)算方法。該方法主要是指將有限元法分為圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)能量原理建立了整個(gè)系統(tǒng)的虛擬工作方程，也稱為剛度方程，從而系統(tǒng)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力的單位。隧道結(jié)構(gòu)體系有限元分析的一般步驟為：結(jié)構(gòu)體系離散化(包括荷載的離散化)、單元分析(形成單元?jiǎng)偠染仃?、整體分析(形成總體剛度矩陣)、求解剛度方程(求節(jié)點(diǎn)位移)、求單元應(yīng)力。

2.3特征曲線法

特征曲線法也稱為“收斂—約束”法，是用圍巖的支護(hù)需求曲線和支護(hù)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)給曲線以求得達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。特征曲線法的基本原理是：隧道開挖后，如無支護(hù)，圍巖必然產(chǎn)生向隧道內(nèi)的變形(收斂)。施加支護(hù)以后，支護(hù)結(jié)構(gòu)約束了圍巖的變形(約束)，此時(shí)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受圍巖擠向隧道的變形壓力。

3基于圍巖分類的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

在大多數(shù)情況下，隧道的支持系統(tǒng)還取決于“體驗(yàn)設(shè)計(jì)”，并在實(shí)施過程中，根據(jù)信息量進(jìn)行修改和驗(yàn)證。實(shí)證設(shè)計(jì)的前提是正確對(duì)隧道圍巖進(jìn)行分類，然后根據(jù)典型圖的支護(hù)結(jié)構(gòu)分類體系。

3.1對(duì)隧道圍巖要有正確的分級(jí)

對(duì)隧道圍巖要有一個(gè)正確的分級(jí)，這些分級(jí)是根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，為隧道單獨(dú)編制的；大體上把隧道圍巖分為四個(gè)基本類型。即：①完整、穩(wěn)定巖體；②易破碎、剝離的塊狀巖體；③有地壓作用的破碎巖體；④強(qiáng)烈擠壓性巖體或有強(qiáng)大地壓的巖體。

3.2參數(shù)的選用

在各類巖體中，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)大體是按下述原則選用的：①完整，穩(wěn)定的巖體：錨桿長＜1.5m，根數(shù)n=4～5根/m左右，從力學(xué)上看是不期待錨桿的，圍巖本身強(qiáng)度就可以支護(hù)坑道，但因有局部裂隙或巖爆等，用其加以構(gòu)造控制而已。噴混凝土用于填平補(bǔ)齊，為確保洞內(nèi)安全作業(yè)應(yīng)設(shè)金屬網(wǎng)防止頂部巖石剝離。②易破碎、剝離的塊狀巖體：這類巖體范圍較廣，還可細(xì)分為若干亞類。錨桿長1.5～3.5m，n=10根/m左右，多數(shù)情況是長、短錨桿配合使用，短錨桿用脹殼式，長錨桿用膠結(jié)式。噴層厚0～10cm，穩(wěn)定性好些的用來填平補(bǔ)齊，也可只在拱部噴射，此時(shí)開挖正面無須噴射。金屬網(wǎng)與①同，特殊情況要采用可縮性支撐或輕型格柵鋼支撐。二次襯砌厚度約30～40cm，包括噴層在內(nèi)約40cm就可以了。③有地壓作用的破碎巖體：錨桿長3.0～4.0m，有時(shí)用6.0m的全面膠結(jié)式，n=10根/m左右，這種圍巖視單軸抗壓強(qiáng)度與埋深壓力的比值，預(yù)計(jì)有塑性區(qū)發(fā)生時(shí)，從控制它的發(fā)展看，錨桿必須用噴混凝土等加強(qiáng)。噴層厚約15～20cm(拱部和側(cè)壁)，視巖體破碎情況正面也要噴3cm左右。開挖進(jìn)度要注意，必要時(shí)控制在1m以下。二次襯砌厚度，包括噴層在內(nèi)為40～50cm，盡可能薄些。④強(qiáng)烈擠壓性巖體或有強(qiáng)大地壓的巖體：在這種圍巖中施工是很困難的，要分臺(tái)階施工，限制分部的面積。錨桿長4.0～6.0m，n=15根/m左右。噴層厚20～25cm，正面噴3～5cm。必須采用可縮性支撐，間距約75cm。二次襯砌厚度按50cm考慮。在30天以內(nèi)斷面要閉合，即要修好仰拱。

3.3爆破技術(shù)的控制

在施工中應(yīng)盡量少損害圍巖，使其盡量保持原有巖體的強(qiáng)度，因此，應(yīng)采用控制爆破技術(shù)。

3.4開挖面的全面防護(hù)

預(yù)計(jì)有大變形和松弛的情況下，開挖面要全面防護(hù)(包括正面)，使之有充分的約束效應(yīng)，在分臺(tái)階開挖時(shí)，上半斷面進(jìn)深不宜過長，以免影響整個(gè)斷面的閉合時(shí)間。

3.5防水層

二次襯砌通常是模筑的，在內(nèi)襯防水層的組合中，形成防水層。內(nèi)襯變薄，可減少彎矩，彎曲失效可降至最低。

3.6巖石變形的作用

允許甚至希望，巖石變形，以減少需要完成的配套措施，這些防護(hù)措施包括襯砌，必要時(shí)加上抑拱以及附在或深入到不穩(wěn)定巖層內(nèi)部的錨固系統(tǒng)，或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

4監(jiān)控設(shè)計(jì)方法

由于地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)極其復(fù)雜，近年來，在鐵路隧道的測(cè)量、監(jiān)測(cè)、圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的研究中，對(duì)一些工程進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工。而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與工程地質(zhì)、力學(xué)分析緊密結(jié)合，正在逐步形成一套完整的信息設(shè)計(jì)原則和方法。信息設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)階段：施工前預(yù)設(shè)計(jì)階段和修正設(shè)計(jì)階段。施工前預(yù)設(shè)計(jì)是在認(rèn)真研究勘測(cè)資料和地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用工程類比法進(jìn)行；該校正設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)測(cè)量所獲得的信息，進(jìn)行了理論分析和數(shù)值分析，對(duì)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作出綜合判斷，得出最終合理的設(shè)計(jì)參數(shù)與施工對(duì)策。信息設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)包括：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、信息反饋三個(gè)方面?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)包括：制定監(jiān)測(cè)方案、確定測(cè)試內(nèi)容、選擇測(cè)試手段、實(shí)施監(jiān)測(cè)計(jì)劃。數(shù)據(jù)處理包括：原始數(shù)據(jù)的整理、明確數(shù)據(jù)處理的目的、選擇處理方法、提出處理結(jié)果。信息反饋包括：反饋方法(理論反饋與經(jīng)驗(yàn)反饋)和反饋的作用(修正設(shè)計(jì)與指導(dǎo)施工)。

篇9

Abstract: the groove support is the guarantee piping installation and groove surrounding environment safety of groove of the retaining wall to strengthening and protection measures. The article mainly in haikou agriculture architectural history and cultural blocks, drainage groove supporting design and construction are discussed.

Key words: the historical and cultural blocks,; Drainage pipe; Groove support; Design; construction

中圖分類號(hào)：E223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

前言

2007年3月，國務(wù)院將海口列為國家歷史文化名城。海口市歷史上作為連接我國內(nèi)陸與東南亞地區(qū)的重要樞紐，形成了特色鮮明的文化沉淀。舊城區(qū)現(xiàn)存的幾條民國時(shí)期所形成的南洋風(fēng)格特色騎樓街巷，是作為?？诔鞘杏晒爬铣擎?zhèn)發(fā)展為沿海繁華商業(yè)城市的歷史見證，具有很高的文化價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。保護(hù)歷史遺存，挖掘城市歷史文化特色，恢復(fù)歷史城區(qū)活力，是?？诔鞘邪l(fā)展需要重點(diǎn)考慮的問題。

根據(jù)海口騎樓建筑歷史文化街區(qū)保護(hù)與綜合整治規(guī)劃，海口市人民政府適時(shí)地提出了對(duì)騎樓建筑歷史文化街區(qū)內(nèi)五條老街及一些巷弄進(jìn)行保護(hù)和綜合整治的工作要求，在工作目的中強(qiáng)調(diào)了改善區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施條件、完善市政等配套設(shè)施的要求。要達(dá)到以上工作目的，設(shè)計(jì)中采用分流制及截流式合流制相結(jié)合的排水體制，其中五條主要老街（中山路、大興西路、博愛北路、新華北路、解放東路）的街區(qū)排水均采用雨污分流制。這五條老街均具有以下特點(diǎn)：

第一，街道兩側(cè)均為上世紀(jì)20、30年代修建的騎樓建筑，具有很高的保護(hù)價(jià)值，同時(shí)由于使用時(shí)間較長，房屋總體質(zhì)量較差。

第二，街道下各類管線密集，老管線的敷設(shè)由于沒有相應(yīng)規(guī)劃控制，凌亂不堪，同時(shí)原有地下管線，地下設(shè)施的檔案資料由于涉及部門多范圍廣很難調(diào)查清楚，造成排水布設(shè)難度較大。

第三，五條老街位于?？谑泻５橄习叮瑓^(qū)域地下水位較高，地質(zhì)狀況不甚理想，給排水管道施工帶來極大的不便。

上述狀況都給排水管道的設(shè)計(jì)和施工帶來了一定的困難。如何合理地對(duì)騎樓建筑歷史文化街區(qū)排水管道溝槽進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保安全經(jīng)濟(jì)是整個(gè)綜合整治項(xiàng)目的難點(diǎn)。

一、溝槽支護(hù)特點(diǎn)

1.溝槽支護(hù)具有不確定性

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下各種設(shè)施管線也越來越密集，原有地下管線，地下設(shè)施的檔案資料由于涉及部門多范圍廣很難調(diào)查清楚。溝槽支護(hù)工程又受周邊建筑和地下設(shè)施的影響很大，使支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工和基坑開挖前無法準(zhǔn)確查明。在溝槽支護(hù)結(jié)構(gòu)施工或基坑開挖過程中，有些事先不明、無法預(yù)料的周邊條件和地質(zhì)條件的變化，往往給工程帶來很大的麻煩，甚至造成嚴(yán)重后果。給國家和單位造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。

2.技術(shù)綜合性強(qiáng)

溝槽支護(hù)技術(shù)是給排水專業(yè)工藝、巖土力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)的結(jié)合。工程技術(shù)人員既要有豐富的給排水工程專業(yè)設(shè)計(jì)施工知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，又要有一定的巖土力學(xué)結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法選擇受地域地質(zhì)條件影響很大，因此需要具有相當(dāng)豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況的深入了解。

3.溝槽支護(hù)具有臨時(shí)性

溝槽支護(hù)結(jié)構(gòu)大多為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，其作用僅是在溝槽開挖和管道安裝施工期間，保證溝槽周邊建筑物、道路、地下管線等環(huán)境的安全和本工程管道安裝的順利進(jìn)行，其有效使用期往往很短。

二、工程概述

?？谑序T樓建筑歷史文化街區(qū)保護(hù)與綜合整治工程（一期）包括?？谑形鍡l老街（新華北路、解放東路、博愛北路、大興西路、中山路及中山橫路），本次建設(shè)項(xiàng)目的目標(biāo)是：達(dá)到城市街道設(shè)施完善、空間完整有序、交通便捷順暢、環(huán)境整潔美觀、街道空間富有特色和識(shí)別性，使?？谑序T樓建筑歷史文化街區(qū)的形象有較大改觀，提升歷史文化街區(qū)整體形象價(jià)值，增強(qiáng)歷史文化街區(qū)的對(duì)外吸引力。

由于?？谑序T樓老街兩側(cè)建筑的特殊性，同時(shí)考慮到項(xiàng)目沿線地下水位較高，為了防止管道溝槽施工過程中對(duì)兩側(cè)騎樓建筑的影響，建設(shè)業(yè)主特委托我們進(jìn)行專項(xiàng)溝槽支護(hù)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)溝槽長度為1525m。

三、 支護(hù)設(shè)計(jì)原則

在確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全、保證溝槽周圍道路及建筑物安全的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理，滿足國家建設(shè)工程的有關(guān)法規(guī)和規(guī)范要求，施工可行方便，盡量縮短工期，滿足土方開挖及地下管線施工的技術(shù)要求。

四、工程地質(zhì)條件

1. 地形地貌

擬改建道路沿線穿過的原始地貌為南渡江三角洲沖積平原，地勢(shì)平坦。道路沿線的地面高程為2.51m～4.19m。

整個(gè)路段為?？谥饕虡I(yè)街，道路狹小，商店林立，熱鬧非凡，人流和車流量頻繁。

地層結(jié)構(gòu)及基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用巖土參數(shù)

經(jīng)勘察查明，鉆探深度范圍內(nèi)，各道路沿線地層自上而下依次為雜填土層(Qml)、第四系全新統(tǒng)河流沖洪積相（Q4al+pl）、下更新統(tǒng)海陸交互相沉積層(Q1mc)。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用巖土參數(shù)見下表。

地基土設(shè)計(jì)參數(shù)建議 （表1）

五、水文地質(zhì)條件

在勘探深度范圍內(nèi)道路沿線地下水有一層，主要是賦存于第①層雜填土、②粉砂、第③層粗砂層中，為第四系松散層孔隙潛水，其補(bǔ)給來源主要接受大氣降水和美舍河、海甸溪側(cè)向入滲，排泄途徑主要是地表蒸發(fā)和向海甸溪滲流，本次勘察期間測(cè)得地下水穩(wěn)定水位為0.80m左右。根據(jù)街道居民反映的情況，地下水年變化幅度約0.5m。

六、溝槽支護(hù)設(shè)計(jì)方案比選

參照巖土工程勘察報(bào)告及相關(guān)規(guī)范規(guī)程并結(jié)合相關(guān)類似工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)溝槽開挖至回填間隔時(shí)間短的特點(diǎn)，按各路段所處周邊環(huán)境及挖深的不同，有針對(duì)性的選擇適合其施工的支護(hù)方案。

由于騎樓街道間距較窄，同時(shí)道路兩側(cè)許多騎樓古建筑基礎(chǔ)較淺，建筑擴(kuò)大基礎(chǔ)邊緣甚至已進(jìn)入機(jī)動(dòng)車道內(nèi)緣，因此在本項(xiàng)目中采用明開槽放坡方式開挖不甚合適，本設(shè)計(jì)均采用直槽加支護(hù)方式對(duì)溝槽進(jìn)行施工。

根據(jù)管線橫斷面布置，為了縮短施工工期，減少對(duì)民眾的影響，雨污水采用合槽方式進(jìn)行施工。

篇10

當(dāng)前諸多行業(yè)，如石油、天然氣、中央空調(diào)通風(fēng)等，管道作為一種有效物料傳輸介質(zhì)，得到廣泛應(yīng)用[1]。本設(shè)計(jì)開發(fā)出一種價(jià)格低廉、操作簡單，從底層到上層，從硬件到軟件，從模塊到系統(tǒng)的一體化柔性結(jié)構(gòu)式機(jī)器人系統(tǒng)。

1 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)

1.1 外形設(shè)計(jì)

機(jī)器人整體機(jī)械設(shè)計(jì)采用多段式柔性結(jié)構(gòu)（如圖1-1）[2]，使其能夠靈活適應(yīng)復(fù)雜管道環(huán)境。驅(qū)動(dòng)部分采用傳動(dòng)帶、渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿渦輪齒合傳動(dòng)，渦輪帶動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，從而傳動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走。支撐部分由滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)、車輪、連桿和推桿等組成。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)撐起，以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同管徑（400mm～600mm）。

圖1-1 機(jī)器人頭部結(jié)構(gòu)圖

1.2 軸承選擇

本設(shè)計(jì)中軸承主要承受軸向載荷，周向載荷很小可忽略不計(jì)，因此選用7219C型角接觸球軸承。其當(dāng)量動(dòng)載荷為：

—載荷系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取為1.1

—軸承承受載荷，本設(shè)計(jì)中=278.15N，則

驗(yàn)算軸承壽命：

n—軸承轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)中

C—軸承額定動(dòng)載荷，此處取為135000

P—軸承承受的載荷

—指數(shù)，對(duì)于球軸承；對(duì)于滾子軸承，則，初選軸承滿足要求。

1.3 電機(jī)選擇

電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩：

—啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸加速力矩

—摩擦力矩

本系統(tǒng)中

電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率：

因此，本設(shè)計(jì)選用24V、500轉(zhuǎn)、20W maxon RE25 大功率空心杯減速電機(jī)。

2 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)器人控制系統(tǒng)分為PC終端層、CPU控制層及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層三層結(jié)構(gòu)（如圖2-1）[3]。上層為PC終端層，負(fù)責(zé)采樣數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)整體調(diào)度；控制層由主控系統(tǒng)、攝像頭系統(tǒng)并列組成，主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)環(huán)境信息采樣并將信息上傳PC，PC對(duì)其分析處理并向下發(fā)送控制協(xié)議，CCD對(duì)環(huán)境進(jìn)行圖像采樣，將圖像數(shù)據(jù)上傳PC并可視化顯示，圖像處理使工作人員了解管道狀況；執(zhí)行機(jī)構(gòu)層由各類執(zhí)行電機(jī)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

圖2-1 機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)通信

由于環(huán)境信息采集實(shí)時(shí)性要求高，且圖像信息數(shù)據(jù)量大，因此上下位機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)雙通道通信。主CPU與PC機(jī)占用一通道；CCD圖像采集占用二通道；主從CPU SPI通信。兩通道并行通信。

數(shù)據(jù)以包形式通信，一包數(shù)據(jù)為16位，高八位為校驗(yàn)信號(hào)，低八位為數(shù)據(jù)信號(hào)。系統(tǒng)接收一包數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)包解析，首先根據(jù)校驗(yàn)信號(hào)判斷數(shù)據(jù)有效性，校驗(yàn)正確則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，否則返回錯(cuò)誤校驗(yàn)信號(hào)繼續(xù)索要有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收采用中斷方式，提高系統(tǒng)效率。上位機(jī)支持通信設(shè)備自動(dòng)識(shí)別，人工修改配置參數(shù)等，符合實(shí)際需求。

自定義數(shù)據(jù)包協(xié)議如下：

2.2 控制策略

機(jī)器人無線通信選用ZGBee2410模塊，利用其組建混合網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)器人（如圖2-2）。正常狀態(tài)每臺(tái)機(jī)器人與PC單獨(dú)通信，若因環(huán)境惡劣通信中斷，機(jī)器人3秒后自動(dòng)停止動(dòng)作進(jìn)入等待狀態(tài)（圖2-2中3號(hào)），此時(shí)可派出搜救機(jī)器人（圖2-2中2號(hào)）向丟失機(jī)器人發(fā)送呼叫信號(hào)，直至收到其回應(yīng)，利用搜救機(jī)器人做跳板，實(shí)現(xiàn)探測(cè)機(jī)器人與PC通信。

圖2-2 控制策略架構(gòu)圖

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種柔性結(jié)構(gòu)式管道探測(cè)機(jī)器人，闡述了其工作原理。整套系統(tǒng)遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，各模塊獨(dú)立工作亦可自由組合，任何一模塊異常不會(huì)級(jí)聯(lián)整體；柔性式機(jī)械形體，可伸縮自適應(yīng)管徑支撐機(jī)構(gòu)，提高了環(huán)境適應(yīng)力；蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，打破傳統(tǒng)三電機(jī)模式，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)機(jī)器人三輪行進(jìn)，節(jié)省成本同時(shí)減輕機(jī)器人重量；CPU模塊采用主從式控制，低端CPU實(shí)現(xiàn)高端CPU功能，節(jié)省成本且利于擴(kuò)展；通信模塊控制協(xié)議與圖像數(shù)據(jù)雙通道通信，控制策略采用ZGBee混合網(wǎng)模式，提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。原理樣機(jī)經(jīng)設(shè)計(jì)方案論證，制作了實(shí)物樣機(jī)并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能正常工作。但本設(shè)計(jì)只是初步完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，面對(duì)復(fù)雜管道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，未來有待于進(jìn)一步研究，可向著人工智能、自適應(yīng)自學(xué)習(xí)方向發(fā)展，將會(huì)有較大發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：