燃气管道穿越道路取消套管的探讨

燃气管道穿越道路取消套管的探讨摘要：通过对燃气管道现对燃气管道在埋地情况所受的荷重进行初步分析，以及套管在地面以下所起的作用，提出在一定条件下取消套管的建议。关键词：燃气管道；穿越；套管0前言在燃气管道工程的施工过程中，常常遇到埋地燃气管道穿越公路、机动车道、街道等易受压力的特殊路段。通常设计单位会采用加设套管保护措施，防止外来压力对燃气管道的破坏。但是，笔者多年的工作实践，发现燃气管道埋深达到一定要求时，穿越公路等加设套管所起的作用非常有限。相反，加设套管后还带来许多问题，实践证明也是如此。我们将已埋设十余年的燃气管道挖出来检查，只要防腐层保护完好，燃气管道依然如新，并未有损坏或折断。燃气管道真正被破坏的原因是管道除锈不干净、防腐层破损等造成防腐不良引起的，或因其他工程施工不当人为破坏所致。我们对燃气管道埋地所受的荷重进行初步分析，了解套管在地面以下所起的作用，供同行参考。1分析两种压力埋地燃气管道在穿越公路等所承受的荷重，主要有两种垂直压力。一是种管道上方填土重量所产生的垂直压力，另一种是车辆等载重体行驶时车轮产生的冲击压力。现分别对这两种压力进行分析：(1)填土重量产生的垂直压力燃气管道在埋深H时，所受的压力应为填土重量产生的垂直压力和填土侧向压力之和。考虑到侧向压力比较小，可忽略不计。根据富利欧林公式，填土重量产生的垂直压力为：PN=W[5-(5-H)3／25]／3(1)式中：PN——管道填土产生的垂直压力，t／m2；H——管道的埋设深度，m，W——填土容重，t／m2。从公式(1)中可以看出，管道所受的填土重量产生的压力PN只与填土本身容重和埋设深度有关。当容重一定时，PN与埋设深度成正比，即埋设深度越浅，管道所受的填土重量产生的压力越小，反之越大。(2)车辆行驶所产生的冲击压力车辆在行驶中对地面的压力会向路面以下扩散，并逐渐减弱。假设车轮荷重以45°向地下扩散，冲击系数为0．3，那车轮荷重对路面产生的垂直压力为：PV=P0(1+K)／[(a+2H)(b+2H)](2)式中：PV——车轮荷重产生的垂直压力，t／m2P0——一个车辆后车轮荷重，t；a——车轮触地长度，m；b——车轮触地宽度，m；H——管道埋设深度，m；K——冲击系数。从有关资料查得：a=0．2m，b=0．5m，K=0．3。根据(2)式可知，车辆荷重产生的压力与车辆本身荷重和埋设深度有关，当车轮荷重一定时，与管道埋设深度成反比，即埋设深度越深，车辆荷重所产生的压力越小。单从公式(2)看，管道宜深埋。既然燃气管道所受的压力为填土重量产生的压力与车辆荷重所产生的压力之和，从公式(1)和(2)中看，管道所受的压力即与埋设深度成正比，又与埋设深度成反比，那么，从地面传到管道上的压力与埋设深度和车轮压力的关系如何呢?现在我们通过计算来分析。表1管道所承受的压力埋设深度(m)荷重(t/m2)填土产生的压力1个后轮产生的压力填土+1个后轮压力填土+2个后轮压力0.50.95.86.712.51.01.61.93.55.41.52.20.93.14.02.02.60.63.23.82.52.90.43.33.73.03.10.33.43.7现假设一辆20t重的车辆在管道上方路面行驶，计算管道在不同埋设深度的受力情况。通过公式(1)和(2)计算，管道所承受的压力情况见表1。为了更形象地表示埋设深度与管道所受压力的关系，我们利用曲线图来说明。以埋设深度H为横坐标，管道所受垂直压力为纵坐标，将表1中的数据整理描绘而为图1。图1从图1的曲线可看出，在埋深小于1．0m时，曲线变化较明显；超过1．0m变化则较平坦。随着埋设深度增大，填土重量产生的荷重压力增加，而车轮产生的压力慢慢减小，两者之和趋于定值，曲线趋于平坦。由此可见，当埋设深度超过1．0m时，虽然车轮荷重产生的压力减小了，但是填土重量却大大增加，填土重量产生的压力随之增加，管道所受的压力也增加。所以燃气管道并不是埋深越深越好，只要保证管道埋深不小于1．0m，车轮荷重对管道的冲击压力是有限的。现在我们来分析钢管埋设深度在1．0～1．5m之间时，管道产生的拉应力和压应力，看其是否满足钢管的强度要求。我们分别以10#和20#钢为研究对象：10#钢：δs=2100kg／cm220#钢：δs=2500kg／cm2式中δs为钢管的屈服极限(kg／cm2)现在通过公式来计算拉应力和压应力：拉应力：δ1=N／δ+bM／δ2压应力：δ2=N／δ-bM／δ2式中：N——单位长度管子产生的法向应力，kg／m2；M——弯矩，kg／m2；δ——管道的壁厚，m；δ1——拉应力，kg／m2δ2——压应力，kg／m2。当管道埋设深度为1．0m时，经计算，拉应力和压应力分别如下：δ1=160．21kg／cm：δ2=173．38kg／cm2当管道埋设深度为1．5m时，经计算，拉应力和压应力分别如下：δ1=117．21kg／cm2δ2=130．00kg／cm2在管道穿越公路等机动车道时，拉应力和压应力应满足以下条件：δ1≤δs／1．7δ2≤δs／1．7对10#钢和20#钢而言10#钢δs／1．7=1470kg／cm220#钢δs／1．7=1235kg／cm2所以，管道埋设深度在1．0～1．5m时，拉应力和压应力是满足钢管的强度要求的。至于管道埋地在外载作用下稳定性问题，主要与管道的壁厚和管径有关。只要δ／D＞12／1000时，管道稳定性可以保证的，不需核算。根据国产钢管壁厚δ与管径D之比，基本上都是δ／D＞12／1000，并且在选用管材时考虑到了腐蚀余量，一般比计算壁厚加大3mm，甚至更大，这样就更保险了。下面是我们在深圳市应用的实例：2004年9月深圳工业大道市政燃气工程穿越工业八、七路。管材为管径DN300夹克管，过路管长度为40m，管道埋深为1．2m。该工程原设计加设DN500的套管，后根据设计变更取消套管，燃气管道直埋。2004年10月深圳市招商路市政燃气管道工程穿越招商路。管材为管径DN110的PE管，过路管长度为35m，管道埋深为1．2m。未加设套管。2005年5月深圳市深南大道市政燃气工程穿越中心区3#路。管材为管径DN400的夹克管，过路管长度为20m，管道埋深为1．2m。未加设套管。通过实践，我们体会到取消套管具有以下优势：(1)施工方便。取消套管后不用穿套管，管沟开挖后直接下管，省去了焊接套管、穿套管等工序，节省施工时间。(2)减少使用吊装机械。由于加设套管一般须采用机械吊装，增加了作业人员和作业机械，取消套管后，可直接采用葫芦架下管，方便、快捷，减少施工噪音。从以上埋地管道受力分析清楚表明，钢管的强度条件与埋地管道承受的压力产生的变应力相比，大有富余，潜力很大只要管道埋设深度超过1．0m时，就不至地面车辆荷重产生的压力受损，不必加设套管；相反加设了套管还会带来诸多问题：(1)加设套管会增加经济费用增加套管就增加管道和防腐材料，而且套管管径要比输气管道大两号，以输气管道为中273，套管为由426为例，输气管道和套管单价分别为260．8元／m和360．5元／m。假设穿越42m公路，输气管道费用为10953．63元，套管的费用为15862元。从实际施工中穿越公路颇多，都加设套管必势增加费用。(2)加设套管可能破坏输气管道表面防腐层实际施工中，是先将输气管道和套管防腐好后，将输气管道穿进套管内一起下沟埋设。如果是小管径的管道，重量比较轻，穿套管时还比较容易控制，如果是大管径的输气管道，若施工质量控制不严，穿套管时往往容易划破输气管道的防腐层，而且套管内管道由于信号屏蔽，无法检测防腐层破坏情况。(3)加设套管增加施工难度，影响人们日常生活现在地下管线比较复杂，各种其他管线相互交叉穿越的现象普遍存在，这给埋地管道的敷设带来诸多不便。管道管径越大，施工越困难。因为套管直径比输气管道直径大两号，这更加大了施工的难度。由于现在施工时都要求保证“净畅宁”，增大施工难度，势必引起施工时间的加长，交通的阻塞，噪音的增加，给人们的生活带来许多不便。另外，城市道路交叉口，管线密集，为避让管线，无法加设套管。总之，输气管道穿越公路时，当埋设深度超过1．0m可不加设套管保护，在技术上是可行的，经济和社会效益都是显著的。(本文作者：王学萍1姚伟21．深圳市南山区建设工程质量监督检验站，广东深圳518052；2．深圳市燃气工程有限公司，广东深圳518002)