燈船

[拼音]:dixia guandao

[英文]:underground pipeline

敷設在地下用於輸送液體、氣體或鬆散固體的管道。中國古代早已採用陶土燒製的地下排水管道。明朝建都北京,大量採用磚和條石砌築地下排水管道。寬達1米左右,高達 2米左右。現代的地下管道種類繁多,有圓形、橢圓形、半橢圓形、多圓心形、卵形、矩形(單孔、雙孔和多孔)、馬蹄形等各種斷面形式,採用鋼、鑄鐵、混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土、磚、石、石棉水泥、陶土、塑料、玻璃鋼(增強塑料)等材料建造。

類別與適用範圍

有以下數種:

預製混凝土圓管和預製鋼筋混凝土圓管

均為工廠製作的機制管,用離心法、懸輥法和立式擠壓法制造。管內徑小於 400毫米時採用混凝土管;大於 500毫米時採用鋼筋混凝土管。中國在70年代已生產和敷設管徑為2000毫米左右的大口徑管道。圓管的壁厚為內徑的1/12~1/10,混凝土標號不低於300號,鋼筋大部用冷拔低碳鋼絲。平口管介面可用水泥砂漿或鋼絲網水泥砂漿抹帶;企口管介面用膨脹水泥或石棉水泥填實;當防滲要求較高時宜用預製或現場灌築的混凝土套環介面,在管介面部分用水泥砂漿,膨脹水泥或石棉水泥等材料填實。

預應力混凝土管

內徑為 400~1400毫米的管子可用於工作壓力為0.4~1.2兆帕的管道中;當工作壓力小於0.4兆帕時,最大管徑可達4000毫米。採用承插式介面和圓形斷面膠圈密封止水。有管心繞絲和立式振動擠壓兩種制管工藝。混凝土標號不低於400號,預應力鋼筋用高強冷拔鋼絲。

自應力混凝土管

用於工作壓力為0.4~1兆帕的輸水管道。內徑100~600毫米。採用承插式介面和圓形斷面膠圈密封止水。這是一種利用膨脹水泥張拉鋼筋而產生預應力的鋼筋混凝土管。

鑄鐵管

用於工作壓力不超過 1兆帕的輸水管道。分低壓管(小於0.45兆帕)、普壓管(0.45~0.75兆帕)和高壓管(0.75~1兆帕)三種,管徑可達1200毫米。有連續鑄造和砂型鑄造(直立式和離心式)兩種制管工藝。

鋼管

用於工作壓力為 1兆帕以下的輸水、輸油和輸氣管道,管內徑可達3000毫米以上。當內徑大於1600毫米時可在管壁上焊剛性環以減小管壁厚度。採用焊接介面。

磚石管道

用於無內壓的輸水和排水管道,斷面形式一般為矩形或拱形。由於地方性材料磚、石價廉,施工方便,且管道大小可根據地形和流量任意調整,因此,磚石管道為中國各地區普遍採用。矩形斷面的淨寬可達4米左右,高達3米。拱形斷面一般有上部為半圓,下部為直牆的馬蹄形和多圓心形兩種形式,淨寬可達4米左右(圖1)。

磚石管道大多用混凝土或鋼筋混凝土底板,矩形斷面管道的頂板也採用鋼筋混凝土預製板。由於磚石砌體的抗滲能力差,一般用水泥砂漿抹面防滲,因此,不宜用於防滲要求高的管道。磚石砌矩形管道還可用作地下通行和半通行的暖氣和電纜溝。

鋼筋混凝土管道

用於防滲要求高的大中型輸水排水管道。現場灌築的大尺寸管道,其工作內壓可達0.2兆帕時,內徑較大。中國已建的大型單孔矩形斷面淨寬達8.5米,淨高達4.2米;雙孔斷面中每孔的淨寬和淨高分別達7米和3.5米。中型的矩形和拱形斷面也可採用預製裝配結構。圖2為施工中的預製裝配排水管道,其底板均在現場灌築。

管道計算

根據下列因素進行計算:

荷載

作用在地下管道上的荷載,主要有管道自重、管內介質壓力、豎向和水平土壓力、地下水壓力、地面活載(交通荷載)產生的豎向和水平壓力以及地震作用等,其中除管自重和管內介質壓力外,都直接或間接地與管道周圍土體發生關係。土體不僅對管道施加荷載,而且對管道的變形起約束作用。圓形或橢圓形管道受到豎向土壓後,豎向直徑減小,水平向直徑增大,但由於管道被土體包圍,因此產生水平土壓力。鋼筋混凝土、鑄鐵、石棉水泥管等剛性管的剛度大,豎向和水平向變形都很小,由此引起的土的彈性抗力很小。因此,作用在管道上的水平土壓力通常按主動土壓力計算。對鋼管、波紋鋼管、玻璃管等柔性管,在豎向土壓力作用下,其變形可達管直徑的2~5%,相應的水平向變形受到土的彈性抗力的約束,從而使管道對豎向土壓力的承載能力相應提高。

集中係數

管道上的豎向荷載應等於管道上部土體重量乘以大於1的係數,這個係數稱集中係數。在中國一般採用1.05~1.4。而當槽寬很窄或不開槽埋管時,由於管道上部土體受到兩側土體的向上摩擦力,因此管道上的豎向荷載應等於管道上部土體重量乘以小於 1的集中係數。柔性管管體的豎向變位較大,上部土體之間摩擦力影響不大,豎向土壓力取管道上部土體重量。

土體密實度的影響

土體的相對沉降和彈性抗力取決於土的性質和密實度。因此,對開槽埋設的管道,應要求管道兩側回填土的密實度達到90%以上,對柔性管應達到95%以上。管頂上部的回填土亦應根據不同部位提出相應的密實度要求,使作用在管道上的土壓力值減小到最低限度。

地面車輛的作用

當管頂覆土較薄時,應考慮地面車輛通過土體傳到管道上的壓力。由於車輛以集中力的形式作用在地面上,因此,可採用布森涅斯克彈性半無限體理論來計算。在實用上可簡化為分佈角方法,即假定地面集中荷載按與豎直線成30°~45°的分佈角往下均勻傳播。當管頂覆土超過2米時,車輛荷載的影響可以不計。

圓管荷載計算簡圖

對圓形剛性管道,一般是將豎向和水平土壓力作為均布壓力作用在管道頂部和兩側,基床反力在支承角2α(圖3)範圍內按均布或按一定的分佈規律作用在管道上。當為土基床時可採用拋物線圖形,如為混凝土基床則接近於均布甚至兩側反力大於管底反力。由於施工條件的限制,土基床的支承角2α≤90°,而混凝土基床的支承角2α最大可達180°,因此採用混凝土基床能提高管的承載能力,在工程實踐中亦有人採用根據試驗結果提出圓管上的土壓力和土基床反力為圓弧形(圖4)的假定。

對柔性管道,由於土的彈性抗力的作用,其兩側的荷載圖形可用拋物線表示,在管中心處壓力值最大。土的彈性抗力的大小,可根據兩側回填土的實測資料和工程實踐的經驗來確定。

斷面計算

根據彈性理論求得管道各斷面內力後,按強度選擇斷面尺寸。混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土管尚需進行抗裂度驗算和控制裂縫寬度的計算。鋼管還應驗算穩定性和剛度。計算自應力混凝土管和鑄鐵管的強度,有時需做標準管段的強度對比試驗。凡工廠生產的各種標準規格管,常按廠方提供的技術指標,核算管道的承載能力。

管道地基

開槽埋管時,管道地基上的附加荷載很小,因此只需把管道安放在可靠的原狀土層上,地基可不作處理。但如果管道敷設在回填土、淤泥上,或在被施工超挖、原狀地基被破壞的土層上,則必須對地基進行適當的處理後才能敷管。當管道沿長度方向通過不同地層或相鄰區段,其豎向荷載變化較大時,管道沿縱向可能產生較大的不均勻沉陷,應該用柔性介面或沿縱向對地基進行處理,以防止管道斷裂。

環形斷面管多為工廠生產的標準化產品,分節運到現場就位安裝和進行介面,同時支模和灌築管基混凝土,這樣可加快施工進度和保證工程質量。