導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇管道結構設計，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應力鋼套筒混凝土管(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應力鋼套筒混凝土管(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。

對該工程采用的PCCP管材設計應用了美國供水工程協(xié)會ANSI/AWWA C304-99標準配套的設計程序“VDP”進行了結構設計計算。

2、設計方法簡介

根據(jù)AWWA C304-99標準,采用極限狀態(tài)設計方法對PCCP管進行設計,既考慮管材的預應力狀況,也考慮外載(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作壓力(Pw)瞬時壓力(Pt)檢驗壓力(Pft)的綜合影響,保證管材的使用可靠性,從彈性和強度極限上提供足夠的安全儲備設計。計算程序采用AWWA C304-99配套設計軟件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管體各項極限狀態(tài)的指標要求,如果不能通過驗算條件鋼絲面積自動累加,直到滿足要求。

需要說明的是根據(jù)AWWA C304的默認要求,預應力鋼絲張拉控制應力固定為鋼絲抗拉強度的75%,并且:

當預應力鋼絲只有一層時鋼絲的應力松馳系數(shù)如下:

R=0.111-3.5(As/Ac)

(AWWA C304式6-30)

多層纏絲鋼絲應力松馳系數(shù)如下:

內部第一層纏絲:

其他層纏絲:

由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304沒有給出當fsg=0.7fsu時鋼絲應力松馳系數(shù)的算法,根據(jù)中國標準GBS0010《混凝土結構設計規(guī)范》第6.2.1條規(guī)定:

當ocon≤O.7fptk時鋼絲應力松馳值:

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

當O.7fptk

σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon

當σCOil=0.7fptk時鋼絲應力松馳值σ14=2.5%σcon,當口con=0.75fptk寸鋼絲應力松馳值σ14=3.5%σcon,由此可見,當fsg=0.7fsu時鋼絲應力松馳值應比當fsg=0,75fsu的鋼絲應力松馳值小,按fsg=0.7sfs計算更為保守,因此本報告不再尋求fsg=0.7fsu時鋼絲應力松馳系數(shù)的算法,其差值作為合理安全儲備。

3、設計條件選取

以下各參數(shù)為設計中易為忽視的部分。

3.1管道內壓

現(xiàn)場試驗內壓為工作壓力+O.3MPa;瞬時壓力為工作壓力的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,但受承包人施工經驗、回填材料等多種因素影響。包角部位回填壓實質量存在不穩(wěn)定情況,因此設計中仍然按90°考慮,多出部分作為施工安全儲備。

3.3　相對濕度

戶外設計相對濕度:本工程各標分別取RH=52%、50%、60%。雖然業(yè)主在關于明確PcCP管結構設計問題的意見中明確了PCCP管材結構設計力學參數(shù)中的相對濕度按照RH=60%計取,但考慮到各標段環(huán)境溫度不盡相同,且其對管道的設計影響較小,因此對上述取值是可行的(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,計算土荷載偏大。根據(jù)AWWA M9規(guī)定當設計無資料時可以取Ku=0.15。

3.5　溝槽型式

管道埋設全線均采用上埋式。主要是因為大直徑PccP管鋪設線路一般較長,沿線工程地質情況復雜,溝槽開挖寬度很容易超出溝埋式的要求。采用溝埋式設計雖然可以節(jié)省部分造價,但對結果影響不大。采用統(tǒng)一的埋設型式,可以簡化設計,也便于施工管理。

4、設計原則

本工程二標、三標結構設計采用美國混凝土壓力管協(xié)會AWWA C304標準配套程序UDP設計軟件,該軟件系統(tǒng)默認鋼絲直徑及抗拉強度均為英制規(guī)格且無公制選項,預應力鋼絲張拉控制應力固定為鋼絲抗拉強度的75%,而招標文件明確為70%,因此承包商采用如下等效預壓應力的方法進行換算:

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,當按uDPR件計算時出現(xiàn)如設計控制條件為AWWA C304第7.4.1條規(guī)定的“在荷載內壓組合FWl,FWlr2及FT2情況下,預應力鋼絲內最大拉應力不得高于總纏絲應力fsl”及AWWA C304第7.5.I條規(guī)定的“當管子承受荷載與內壓組合FWT3及FWT4時,預應力鋼絲最大拉應力不應超過其屈服強度fsy”時,該轉換方法就不合適,當管子結構設計出現(xiàn)以上控制條件時,以上換算方法偏于保守。

5、結　語

結合本院工程設計經驗和本工程的實際情況,為確保PCCP管芯混凝土質量,設計時盡量選用低標號混凝土,同時考慮生產進度和簡化生產管理,盡量減少混凝土標號種類。

篇2

中圖分類號：TU99文獻標識碼：A

市政排水管道是城市基礎設施非常重要的組成部分。在城市的日常運行和發(fā)展建設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注，比如2012年7月的北京暴雨，造成的損失非常嚴重，引起了全國對排水設施的思考。

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，應根據(jù)城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃，結合當?shù)氐牡匦翁攸c、水文條件、水體狀況、氣候特征、原有排水設施、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)應采用分流制?，F(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)，有條件的應按照城鎮(zhèn)排水規(guī)劃的要求，實施雨污分流改造；暫時不具備雨污分流條件的，應采取截流、調蓄和處理相結合的措施。

2現(xiàn)場踏勘

給排水管道距離相對較長，或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū)，或敷設在農田，或跨越山丘和河流，還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項管道工程同時會遇到上述幾種或所有的地形和地貌，其復雜的地形和地貌若不現(xiàn)場查看，則很難全面完成設計。結構設計人員應會同給排水、概預算等專業(yè)設計人員共同進行現(xiàn)場踏勘和選線，了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質概況，必要時應在施工圖階段對個別疑難地段重新踏勘。

3測量和地勘要求

要準確地反應管道沿線的地形地貌和水文地質情況，必須有測量和勘探部門提供的準確的地形和水文地質資料。

3.1勘探點間距和鉆孔深度

勘探點應布置在管道的中線上，并不得偏離中線3m，間距應根據(jù)地形復雜程度確定的30～100m，較復雜和地質變化較大的地段應適當加密，深度應達到管道埋設深度以下1m以上，遇河流應鉆至河床最大沖刷深度以下2～3m。

3.2提供勘探成果要求

劃分沿線地質單元；查明管道埋設深度范圍內的地層成因、巖性特征和厚度；調查巖層產狀和分化破碎程度及對管道有影響的全部活動斷裂帶的性質和分布特點；調查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質現(xiàn)象的范圍、性質、發(fā)展趨勢及其對管道的影響；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結構設計內容

4.1結構形式

管道的結構形式主要由給排水專業(yè)確定，結構專業(yè)應根據(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、水文地質情況、敷設方式和經濟指標等從專業(yè)角度提出參考意見。一般情況下，承壓管道常采用預應力鋼筋混凝土管、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。當污水管道口徑較大時應采用現(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結構形式的。

4.2結構設計

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗壓力對管道的剛度和強度進行計算及復核，提供管道壁厚、管道等級、或結構配筋圖。對于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強度要求的管道，應根據(jù)計算采用具體的加強加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等，當鋼管計算出的壁厚不經濟時，應采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應根據(jù)實際情況和經濟指標來確定。

4.3敷設方式

敷設方式的選擇應根據(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，較為常用敷設方式采用溝埋式，當溝埋式有一定的難度時，可選擇頂管和架空等敷設方式。不同的敷設方式，其結構設計亦不同。

4.4抗浮穩(wěn)定

有些管道敷設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)定應引起結構設計人員的重視。設計時應根據(jù)計算采取相應的抗浮措施，避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4.5抗震設計

4.5.1場地和管材的選擇

確定管線走向時應盡量避開對抗震不利的場地、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，應根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。給水管道應選擇抗拉、抗折強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采用鋼筋混凝土結構，并有相應的構造措施，盡量避免嚴重破壞。

4.5.2構造措施

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

(1)地基處理。出圖時應包含地基處理的平、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縱斷面上，劃分地質單元并注明樁號和基底高程，標明溝槽范圍內和基底以下土層構造以及地下水位。根據(jù)縱斷面地質單元的劃分(樁號劃分)，確定需處理的范圍，針對不同的地質情況和厚度分別采取相應的處理方法。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。具體設計按地基處理規(guī)范規(guī)程執(zhí)行。

(2)管道支墩及鎮(zhèn)墩。對承插接口的壓力管道，應設置水平和垂直支墩。設計時應根據(jù)管道轉角、土的參數(shù)、工作壓力和試驗壓力計算所需支墩的大小。埋地鋼管可不設管道支墩。

5給排水管道設計中的其他問題

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，每天都會攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進入泵房后，常導致水泵葉輪堵塞、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)的管道出口處設置簡易人工攔污格柵，定期進行清理、清掏，從源頭上控制漂浮物進入市政管網，以減輕市政管網維護管理的工作量。

5.2在檢查井井底設置沉淀池中的沉積物在管道內水流量小、流速慢時會發(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時費力。因此，針對傳統(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的沉積物即可，減少了管道維護作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

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

6結束語

總之，市政排水管道工程結構設計應嚴格按照現(xiàn)行相關規(guī)范、標準、規(guī)定進行。設計人員應當掌握專業(yè)技能，了解行業(yè)動向，研究存在的問題，積極創(chuàng)新，盡可能地把設計做到經濟、合理、適用、安全。

篇3

前言：建筑給排水設施, 是保證城市地面水及時排除, 防治城市水污染, 并使城市水資源保護得以良性循環(huán)的必不可少的基礎設施, 我國排水工程建設初創(chuàng)于50年代, 到80年代以后, 隨著城市化進程的加快和城市水污染日益得到重視,建筑給排水設施建設得到較快發(fā)展, 但建筑給排水設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)的排水設施不成系統(tǒng), 易形成內澇等。造成這些問題的原因, 有設計不合理, 日常管理不到位, 自然條件變化等。通過對許多工程設計的總結, 我們認為, 建筑給排水工程設計能否更好地避免這些問題的發(fā)生, 做到經濟合理, 運行安全,受市政給排水工程規(guī)劃的影響較大。

1、現(xiàn)場踏勘

給排水管道距離相對較長,或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū),或敷設在農田,或跨越山丘和河流,還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項管道工程同時會遇到上述幾種或所有的地形和地貌,其復雜的地形和地貌若不現(xiàn)場查看,則很難全面完成設計。結構設計人員應會同給排水、概預算等專業(yè)設計人員共同進行現(xiàn)場踏勘和選線,了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質概況,必要時應在施工圖階段對個別疑難地段重新踏勘。

2、測量和地勘要求

要準確地反應管道沿線的地形地貌和水文地質情況,必須有測量和勘探部門提供的準確的地形和水文地質資料。

2.1 勘探點間距和鉆孔深度

勘探點應布置在管道的中線上,并不得偏離中線3m,間距應根據(jù)地形復雜程度確定的30～100m,較復雜和地質變化較大的地段應適當加密,深度應達到管道埋設深度以下1m以上,遇河流應鉆至河床最大沖刷深度以下2～3m。

2.2 提供勘探成果要求

劃分沿線地質單元;查明管道埋設深度范圍內的地層成因、巖性特征和厚度;調查巖層產狀和分化破碎程度及對管道有影響的全部活動斷裂帶的性質和分布特點;調查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質現(xiàn)象的范圍、性質、發(fā)展趨勢及其對管道的影響;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、結構設計內容

3.1 結構形式

管道的結構形式主要由給排水專業(yè)確定,結構專業(yè)應根據(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、水文地質情況、敷設方式和經濟指標等從專業(yè)角度提出參考意見。

一般情況下,承壓管道常采用預應力鋼筋混凝土管、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。當污水管道口徑較大時應采用現(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結構形式的。

3.2 結構設計

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗壓力對管道的剛度和強度進行計算及復核,提供管道壁厚、管道等級、或結構配筋圖。

對于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強度要求的管道,應根據(jù)計算采用具體的加強加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等,當鋼管計算出的壁厚不經濟時,應采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應根據(jù)實際情況和經濟指標來確定。

3.3 敷設方式

敷設方式的選擇應根據(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,較為常用敷設方式采用溝埋式,當溝埋式有一定的難度時,可選擇頂管和架空等敷設方式。不同的敷設方式,其結構設計亦不同。

3.4 抗浮穩(wěn)定

有些管道敷設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)定應引起結構設計人員的重視。設計時應根據(jù)計算采取相應的抗浮措施,避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.5 抗震設計

3.5.1 場地和管材的選擇

確定管線走向時應盡量避開對抗震不利的場地、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,應根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。給水管道應選擇抗拉、抗折強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采用鋼筋混凝土結構,并有相應的構造措施,盡量避免嚴重破壞。

3.5.2 構造措施

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

(1)地基處理。出圖時應包含地基處理的平、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縱斷面上,劃分地質單元并注明樁號和基底高程,標明溝槽范圍內和基底以下土層構造以及地下水位。根據(jù)縱斷面地質單元的劃分(樁號劃分),確定需處理的范圍,針對不同的地質情況和厚度分別采取相應的處理方法。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。具體設計按地基處理規(guī)范規(guī)程執(zhí)行。

(2)管道支墩及鎮(zhèn)墩。對承插接口的壓力管道,應設置水平和垂直支墩。設計時應根據(jù)管道轉角、土的參數(shù)、工作壓力和試驗壓力計算所需支墩的大小。埋地鋼管可不設管道支墩。

4 給排水管道設計中的其他問題

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,每天都會攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進入泵房后,常導致水泵葉輪堵塞、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)的管道出口處設置簡易人工攔污格柵,定期進行清理、清掏,從源頭上控制漂浮物進入市政管網,以減輕市政管網維護管理的工作量。

4.2 在檢查井井底設置沉淀池

中的沉積物在管道內水流量小、流速慢時會發(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時費力。因此,針對傳統(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的沉積物即可,減少了管道維護作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

4.3 在檢查井內設置閘槽

篇4

中圖分類號： TU99 文獻標識碼： A 文章編號：

市政給排水管道工程設計是一個實踐經驗與能動性相結合的過程。在滿足規(guī)范要求、注意設計控制要點的同時,要根據(jù)實際情況, 因地制宜、因時制宜, 經常充分的市場調查與經濟技術比較, 做到既質量優(yōu)良, 又經濟合理、施工方便。為此，主要做好如下工作：

1．現(xiàn)場踏勘與測量

給排水管道距離相對較長,或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū),或敷設在農田,或跨越山丘和河流,還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項管道工程同時會遇到上述幾種或所有的地形和地貌,其復雜的地形和地貌若不現(xiàn)場查看,則很難全面完成設計。結構設計人員應會同給排水、概預算等專業(yè)設計人員共同進行現(xiàn)場踏勘和選線,了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質概況,必要時應在施工圖階段對個別疑難地段重新踏勘。

要準確地反應管道沿線的地形地貌和水文地質情況,必須有測量和勘探部門提供的準確的地形和水文地質資料。

勘探點間距和鉆孔深度勘探點應布置在管道的中線上,并不得偏離中線 3m,間距應根據(jù)地形復雜程度確定的 30～100m,較復雜和地質變化較大的地段應適當加密,深度應達到管道埋設深度以下 1m 以上,遇河流應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單元；查明管道埋設深度范圍內的地層成因、巖性特征和厚度；調查巖層產狀和分化破碎程度及對管道有影響的全部活動斷裂帶的性質和分布特點；調查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質現(xiàn)象的范圍、性質、發(fā)展趨勢及其對管道的影響;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.結構設計內容

管道的結構形式主要由給排水專業(yè)確定,結構專業(yè)應根據(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、水文地質情況、敷設方式和經濟指標等從專業(yè)角度提出參考意見。一般情況下,承壓管道常采用預應力鋼筋混凝土管、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。當污水管道口徑較大時應采用現(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結構形式的。

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗壓力對管道的剛度和強度進行計算及復核,提供管道壁厚、管道等級、或結構配筋圖。對于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強度要求的管道,應根據(jù)計算采用具體的加強加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等,當鋼管計算出的壁厚不經濟時,應采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應根據(jù)實際情況和經濟指標來確定。

敷設方式的選擇應根據(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,較為常用敷設方式采用溝埋式,當溝埋式有一定的難度時,可選擇頂管和架空等敷設方式。不同的敷設方式,其結構設計亦不同。

有些管道敷設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)定應引起結構設計人員的重視。設計時應根據(jù)計算采取相應的抗浮措施,避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

確定管線走向時應盡量避開對抗震不利的場地、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,應根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。

3.給排水管道設計中的其他問題

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,每天都會攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進入泵房后,常導致水泵葉輪堵塞、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)的管道出口處設置簡易人工攔污格柵,定期進行清理、清掏,從源頭上控制漂浮物進入市政管網,以減輕市政管網維護管理的工作量。

在檢查井井底設置沉淀池中的沉積物在管道內水流量小、流速慢時會發(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時費力。因此,針對傳統(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的沉積物即可,減少了管道維護作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

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

4.結語

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

參考文獻：

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

篇5

中圖分類號：TU833文獻標識碼： A

1固定墩主要受力

固定墩作為管道的支撐結構埋于地下，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、管徑、運行溫度、安裝溫度、工作壓力的變化及與土的摩擦力計算可得出。此項數(shù)據(jù)在設計過程中由暖通專業(yè)計算并提供，用于結構計算。

1.1.2 主動土壓力、被動土壓力

管道支墩前后側面的土體對支墩產生主動土壓力及被動土壓力，計算公式如下：

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――主動土壓力，kPa

Pp――被動土壓力，kPa

γ――土的重度，水土分算時，取浮重度；水土合算時，取天然重度，kN/m3

h――固定墩埋深，m;

φ――土的內摩擦角

C ――土的粘聚力，kPa

1.1.3 固定墩與土的摩擦力

固定墩底面、側面及頂面與土壤接觸，都會產生摩擦力，但在計算中，上面及側面的作用力可忽略不計，只計算底面產生的摩擦力。

Ff=G

式中：Ff――摩擦力，kN。

――土與固定墩的摩擦系數(shù)：對粘土，0.25~0.45；對砂土，0.40~0.50；對碎石土，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，取浮重度；水土合算時，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固定墩的結構驗算

2.1 抗滑移驗算[1]

抗滑移驗算公式

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――被動土壓力作用力，kN；

Ea――主動土壓力作用力，kN。

Ff――摩擦力，kN。

2.2 抗傾覆驗算[1]

抗傾覆驗算公式

式中：Kov――抗傾覆系數(shù)；

X2――被動土壓力作用點至固定墩底面的距離，m；

L――固定墩底板寬度，m；

X1――主動土壓力作用點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 強度驗算

2.3.1 側墻強度驗算

側墻受到橫向作用力，按懸臂構件計算，在底部產生彎矩。此彎矩主要由主動土壓力、被動土壓力及管道水平推力三部分力產生的彎矩矢量疊加而得。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》，按此彎矩計算側墻配筋。

圖2 管線埋深對固定墩性能的影響

側墻受到橫向作用力，按懸臂構件計算，在底部產生彎矩。此彎矩主要由主動土壓力、被動土壓力及管道水平推力三部分力產生的彎矩矢量疊加而得。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》，按此彎矩計算側墻配筋。

2.3.2 底板強度驗算

底板受到上部作用的荷載，在與土壤接觸的底面產生凈反力。凈反力作用下，底板可視為懸臂構件，在側墻處產生最大彎矩。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》，按此處彎矩計算底板配筋。并應對側墻在底板上的沖切進行驗算。

2.4 地基承載力驗算

固定墩受到上部的垂直力及彎矩作用，在底板底面對土體產生土壓力，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》，驗算地基承載力。使?jié)M足

3影響固定墩結構設計的因素

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。此值由管道設計確定，結構專業(yè)根據(jù)管道的埋置深度，設計固定墩的埋置位置。當管道推力及固定墩尺寸確定時，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，當管道推力及固定墩尺寸確定時，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，可見，埋置深度越深對固定墩的抗滑移性能及抗傾覆性能越有利。

3.2 覆土性質

3.2.1 固定墩底部土性質

固定墩底部土的性質，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，不同性質的固定墩底部土，對固定墩的抗滑移系數(shù)的影響如表1所示。

表1 固定墩底部土性質對抗滑移系數(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

固定墩周圍土的性質，則決定了土層的內摩擦角φ及土的粘聚力c，影響土對固定墩的主動土壓力及被動土壓力的大小。進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，不同性質的固定墩周圍土，對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 固定墩周圍土性質對抗滑移及抗傾覆系數(shù)的影響

可見，當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結語

由以上分析可得到以下結論：

1、管道深埋對固定墩的結構設計有利；

2、當固定墩尺寸受到限制時，可將固定墩墩底土換填成摩擦系數(shù)較高的碎石土，或將固定墩周圍土換填成粘性較小的砂土，以達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)設備和天然氣等設備中，運輸材料最便捷的途徑就是管道運輸，這種運輸方式已經在此領域被多出運用起來。在普遍工業(yè)中每天對管道的應用不計其數(shù)，因此極易導致管道生銹、出現(xiàn)裂縫等情況，為了有效解決這一現(xiàn)象必須對管道進行定期的檢查和修理。本文提到的管道機器人就是為管道檢修量身定做的機械，它能夠準確的找到生銹和出現(xiàn)裂縫的位置。能源自給式機器人分為兩種，一種是有纜一種是無纜。其中有纜式管道機器人，這種管道機器人行程范圍小，精準度不高，而無纜式管道機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，無纜式機器人的行程范圍仍然有限。

針對這一問題，本篇文章根據(jù)現(xiàn)實中的一些創(chuàng)意來將這些想法應用到新型管道機器人的設計上，根據(jù)此創(chuàng)意設計出的機器人主要是靠其管道中含有的流體不斷流動來產生能源。當機器人停止運動時，這種流體就開始發(fā)電，為蓄電池補充能量。

二、管道機器人的設計方案闡述

（一）管道機器人設計時應注意的事項

能源自給式管道機器人與有纜機器人和無纜機器人不同，以下是在傳統(tǒng)管道機器人設計基礎上對能源自給式管道機器人設計的一些要求。

（1）維持能源自給式管道機器人正常運動的動力是其內部流體流動產生的能量，這些能量的產生能夠保障機器人的運動。

（2）在管道機器人的設計中必須要對其運動速度加以控制，要設計控制速度的機械裝置。

（3） 能源自給式管道機器人是在無纜式管道機器人的基礎上加以改進，無纜式管道機器人不能自己為蓄電池充電，而能源自給式管道機器人可以將管道中的流體運動轉換成電能，為蓄電池充電。

（4） 在設計機器人的過程中要對其設置自主更換前進方向的能力。這種能力能夠在機器人行進到分叉管道時被有效運用起來，它能使機器人自主找到能夠前進的管道，并且自主調節(jié)前進方向。

（二）管道機器人的總體方案設計

下面是管道機器人的總體方案設計，假設管道中的流體成分為氣體，那么可以以上文的設計要求為依托，將機器人的機械結構設計成具有自給功能優(yōu)勢的管道形式，如下圖1所示。能源自給式機器人從本質上來看，就是能夠進行能源的自動生產及運轉，因此此結構組成必然要設有發(fā)電、本體、及導向結構，而發(fā)電實際上就是將氣體運轉環(huán)節(jié)產生的動能轉化成電能，從而為機器人本身的能動性提供電能基礎。由圖1所示發(fā)電部分涵蓋著風輪、變速齒輪和發(fā)電機。機器人內的本體結構能夠其系統(tǒng)運行及電能存儲提供基礎條件，導向部分主要是由電磁鐵和導向頭共同組成，其主要是幫助機器人順利調轉方向。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，該設計能夠最大化的減少第七題與機器人之間存在的摩擦，使機身保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。與此同時還在發(fā)電部分和主體部分安裝三個支撐輪組件。

三、新型能源自給式管道機器人發(fā)電部分的設計

本小結重點闡述了新型能源自給式管道機器人的發(fā)電部分。主要器件有葉輪、發(fā)電機、齒輪機構和充電電池等。其中葉輪是管道機器人中發(fā)電部分的關鍵部件，主要作用是在葉輪中有流體流入時，能夠帶動葉輪轉動，同時還能夠為管道機器人提供推力。另一點，當流體與葉輪表面發(fā)生接觸時，壓力降也會伴隨而來，而壓力降在機器人的機械結構中是主要的推動力來源。因此，將發(fā)電機外殼設計成流線型，方便流體的順暢流入。此外為了使機器人能夠在窄小的管道中順利運行，特此選擇面積小，體積小的發(fā)電機。這種發(fā)電機的轉子直徑為30mm，與之相對應的配套有齒輪傳動機構。

四、支扮輪組件的設計

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中圖分類號： U45 文獻標識碼： 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)電網負荷情況進行規(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、地鐵以及立交橋等等。在進行電力通道規(guī)劃時，需要協(xié)調相關部門，做好路線合理規(guī)劃工作。對力隧道路徑選擇時，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。進行規(guī)劃時，盡量避免影響因素出現(xiàn)，從而使得規(guī)劃水平提高。施工實踐表明，在當前的規(guī)劃過程中，一般會受到技術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施過程中，需要進行多形式設置，從而滿足走向需求。同時在施工過程中，會不可避免的穿越一些重點工程，像地鐵、像重要建筑等等。在進行規(guī)劃時，為了更好地減少阻力問題，降低規(guī)劃風險，從而逐漸實現(xiàn)電力隧道規(guī)劃發(fā)展需求，需要電力隧道在進行平面規(guī)劃設計時，應該根據(jù)實際情況開展設計工作。如下表不同地區(qū)隧道通道型式規(guī)劃設計

（二）線路曲線規(guī)劃

電力隧道具備自身的使用功能，在進行規(guī)劃設計時，基于電力隧道的特性，這樣就可以不要對線路曲線半徑做出嚴格的規(guī)定或者控制。在進行城市規(guī)劃時，一般會受到大轉角或者是地形限制，在必要的時候可以通過工作井的方式進行處理。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)管線布置在這個深度，盾構及頂管機械作業(yè)，一般要考慮一定富裕深度，一般埋深達到10m，才較為安全，否則容易傷及市政管線。在縱斷面設計時，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、電力隧道結構設計

電力隧道內部設施通常為橫擔支架、電纜、冷卻管、照明及通風等電力設備，其布置方式將影響隧道結構的傳力模式，需要在設計階段，根據(jù)內部設施布置方案進行合理性及穩(wěn)定性的驗算分析，確保工程安全性。電力隧道設計過程中，通常會遇見斷面直徑設計問題，這個直徑采用頂管方式適宜直徑在1.9至3.5m范圍內，采用盾構方式的適宜斷面在3.5到5.5m范圍內。其中頂管在小于1.9m直徑時一般直接將頂管直徑取到1.5m以下，并且在內部排管然后填充細砂或者細石砼，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，對于盾構方式在電力隧道中使用較少，但卻是一個發(fā)展方向。

圖1、頂管隧道布置 圖2、頂管內排管布置

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，當選擇盾構法時，這個時候的隧道管徑應該大于3.5m，這個時候需要充分考慮阻力問題。這個時候的阻力會變大，而且還比較難以控制。因此，在進行隧道施工方法選擇時，應該保障選擇的方法可以使得直徑大于3.5m，這樣的施工實際情況可以充分考慮選擇盾構法。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比較高。相互對比之下的可以選擇該橫截面進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，一般內在的輸電要求比較高，這樣可以選擇內徑比較大的圓形橫截面，這是我國國內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，在進行設計時候可以根據(jù)這些管片的厚度以及形狀進行選擇。如下圖所示：

圖3、盾構斷面

一般而言，輸電隧道選擇了隧道盾構段，將其當成最大電力專用隧道，在進行結構設計以及內部結構布設時，一般都會有它獨特的地方。為了更好的發(fā)揮出隧道實際作用，更好的充分使用隧道凈空。需要在隧道中部位置進行設置，這樣可以獲得設置橫梁面圖形。設計過程中，需要將隧道進行分層，可以將其分層四個電纜布置區(qū)。在每個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中間柱，而且其余的連接角鋼可以在布設上進行連接，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，更好的滿足當前布設需求。

結束語

隨著社會不斷發(fā)展，我國隧道施工工程越來越多，為了滿足城市供電需求，為了滿足社會發(fā)展需求，需要進行電網規(guī)劃設計。在進行地下電力傳輸時，需要不斷的完善和發(fā)展規(guī)劃，選擇隧道輸送電力已經成為當前發(fā)展首先方式。

參考文獻

篇8

1.1荷載—結構模型的建立

顯然，只要施工過程不能使支護結構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，隧道的支護結構應根據(jù)荷載—結構模型檢驗。荷載—結構模型是由巖體和坍塌破壞引起的豎向和側向活動壓力的主要特征。但也有一些不同的方法來處理周圍的巖石和支撐結構之間的相互作用：①有源負載模型在不考慮圍巖與支護結構相互作用的過程中，在活動荷載作用下，支撐結構可以在活動荷載作用下變形、計算原理和結構的作用。該模型主要用于圍巖和支護結構的“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結構，而且還因為圍巖與支護結構相互作用。由于在非均勻分布的影響下，一部分支撐結構會發(fā)生對圍巖變形的影響，只要周圍巖層具有一定的剛度，就有必要對變形的結構進行支撐，這就是所謂的彈性阻力，屬于被動性。支撐結構的另一部分是從圍巖變形的隧道中，不會引起彈性阻力，形成所謂的“走出去”。對于①類模型，只要確定了作用在支護結構上的主動荷載，其余問題用結構力學的一般方法(如力法、位移法)即可解決。對于②類模型，除了上述的主動荷裁外，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”為基礎的局部變形理論來確定。它認為圍巖的彈性抗力是與圍巖在該點的變形成正比的，用公式表示為：σi=Kδi式中的δi為圍巖表面上任意一點所產生的彈性抗力；σi為圍巖在同一點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結構的變形，支護結構的變形與彈性阻力有關。按②類模型的內力是一個非線性問題，采用迭代方法或線性假設是必要的。

1.2李寧隧道結構受力和變形特性

隧道襯砌在圍巖壓力下產生變形。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，隧道襯砌結構的圍巖變形的雙重作用：既有積極的圍巖壓力，使襯砌結構變形，又能防止被動抵抗形成對襯砌結構的變形。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支護結構的計算方法

在荷載—結構模型中，分析計算的對象是支護結構，即襯砌。因此，要根據(jù)襯砌的受力特點，進一步研究它的力學模擬和計算圖式的問題。由于隧道長度較之橫斷面尺寸要大得多，而且，又假設荷載和結構特性沿隧道長度方向是不變的，因此，可以認為隧道襯砌不會產生縱向位移，即處于平面變形狀態(tài)。

1.4主動荷載模式

1.4.1彈性固定的無鉸拱適用于這類計算模式的常有半襯砌。先拱后墻施工時，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，當豎向荷載作用下，多數(shù)情況下，拱環(huán)是內部的隧道變形，彈性阻力。

1.4.2圓形襯砌修建在軟土地層中的圓形襯砌，也常常按主動荷載模式進行結構計算。承受的荷載主要有土壓力、水壓力、結構自重和與之相平衡的地基反力。

1.5主動荷載加被動荷載模式

1.5.1假定抗力圖形該法的計算特點是假定抗力的分布范圍的分布規(guī)律，如上、下零點和最大值的位置。而抗力的最大值和結構由主動荷載與被動荷載共同作用在該點產生的變位有關。因此這是一個非線性問題。只要能附加一個最大抗力點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。將主動荷載與被動荷載求出的內力值進行疊加，即為結構內力。

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力的特點，將拱圈和邊墻分為兩個單元分別進行計算，在各自的計算中考慮相互影響。計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)為計算拱圈時，拱腳的變位應取邊墻墻頂?shù)淖兾?，計算邊墻時，墻頂?shù)某跏紬l件與拱腳的內力和變位一致。

2巖體力學方法

由于現(xiàn)代隧道施工技術的發(fā)展，可在隧道開挖后及時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生松動壓力。此時，開挖隧道而釋放的圍巖應變能將由圍巖和支護結構所組成的結構體系共同承擔，隧道結構體系產生應力重新分布而達到新的平衡狀態(tài)。在隧道在結構體系中，一方面，圍巖具有一定的支護力，這是由應力調整引起的，從而達到了新的穩(wěn)定；另一方面，由于支護結構能防止圍巖變形，因此必須對圍巖進行一個變量的調整。這種反應力和周圍巖石的松動壓力是非常不同的，它是支護結構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。這是一個彈塑性力學問題，求解時，假定圍巖為無重平面，初始應力作用在無窮遠處，并假定支護結構與圍巖密貼，即其外徑與隧道的開挖半徑相等，且與開挖同時瞬間完成。由于數(shù)學上的困難，現(xiàn)在還只能對少數(shù)幾個問題(例如圓形隧道)給出具體解答。

2.2數(shù)值方法

對于復雜的隧道，特別是圍巖的非線性特性，必須采用數(shù)值計算方法。該方法主要是指將有限元法分為圍巖和支護結構，然后根據(jù)能量原理建立了整個系統(tǒng)的虛擬工作方程，也稱為剛度方程，從而系統(tǒng)對各節(jié)點的位移和應力的單位。隧道結構體系有限元分析的一般步驟為：結構體系離散化(包括荷載的離散化)、單元分析(形成單元剛度矩陣)、整體分析(形成總體剛度矩陣)、求解剛度方程(求節(jié)點位移)、求單元應力。

2.3特征曲線法

特征曲線法也稱為“收斂—約束”法，是用圍巖的支護需求曲線和支護結構的補給曲線以求得達到穩(wěn)定狀態(tài)時支護結構的內力。特征曲線法的基本原理是：隧道開挖后，如無支護，圍巖必然產生向隧道內的變形(收斂)。施加支護以后，支護結構約束了圍巖的變形(約束)，此時圍巖與支護結構共同承受圍巖擠向隧道的變形壓力。

3基于圍巖分類的經驗設計方法

在大多數(shù)情況下，隧道的支持系統(tǒng)還取決于“體驗設計”，并在實施過程中，根據(jù)信息量進行修改和驗證。實證設計的前提是正確對隧道圍巖進行分類，然后根據(jù)典型圖的支護結構分類體系。

3.1對隧道圍巖要有正確的分級

對隧道圍巖要有一個正確的分級，這些分級是根據(jù)地質調查結果，為隧道單獨編制的；大體上把隧道圍巖分為四個基本類型。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強烈擠壓性巖體或有強大地壓的巖體。

3.2參數(shù)的選用

在各類巖體中，支護結構參數(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，從力學上看是不期待錨桿的，圍巖本身強度就可以支護坑道，但因有局部裂隙或巖爆等，用其加以構造控制而已。噴混凝土用于填平補齊，為確保洞內安全作業(yè)應設金屬網防止頂部巖石剝離。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，長錨桿用膠結式。噴層厚0～10cm，穩(wěn)定性好些的用來填平補齊，也可只在拱部噴射，此時開挖正面無須噴射。金屬網與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，有時用6.0m的全面膠結式，n=10根/m左右，這種圍巖視單軸抗壓強度與埋深壓力的比值，預計有塑性區(qū)發(fā)生時，從控制它的發(fā)展看，錨桿必須用噴混凝土等加強。噴層厚約15～20cm(拱部和側壁)，視巖體破碎情況正面也要噴3cm左右。開挖進度要注意，必要時控制在1m以下。二次襯砌厚度，包括噴層在內為40～50cm，盡可能薄些。④強烈擠壓性巖體或有強大地壓的巖體：在這種圍巖中施工是很困難的，要分臺階施工，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天以內斷面要閉合，即要修好仰拱。

3.3爆破技術的控制

在施工中應盡量少損害圍巖，使其盡量保持原有巖體的強度，因此，應采用控制爆破技術。

3.4開挖面的全面防護

預計有大變形和松弛的情況下，開挖面要全面防護(包括正面)，使之有充分的約束效應，在分臺階開挖時，上半斷面進深不宜過長，以免影響整個斷面的閉合時間。

3.5防水層

二次襯砌通常是模筑的，在內襯防水層的組合中，形成防水層。內襯變薄，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，這些防護措施包括襯砌，必要時加上抑拱以及附在或深入到不穩(wěn)定巖層內部的錨固系統(tǒng)，或其他結構構件。

4監(jiān)控設計方法

由于地下結構的受力特點極其復雜，近年來，在鐵路隧道的測量、監(jiān)測、圍巖及支護結構的監(jiān)測和現(xiàn)場監(jiān)測結果的研究中，對一些工程進行了改進設計和指導施工。而現(xiàn)場測量與工程地質、力學分析緊密結合，正在逐步形成一套完整的信息設計原則和方法。信息設計通常包括兩個階段：施工前預設計階段和修正設計階段。施工前預設計是在認真研究勘測資料和地質調查成果的基礎上，應用工程類比法進行；該校正設計是基于現(xiàn)場監(jiān)測測量所獲得的信息，進行了理論分析和數(shù)值分析，對圍巖與支護結構穩(wěn)定性作出綜合判斷，得出最終合理的設計參數(shù)與施工對策。信息設計的主要環(huán)節(jié)包括：現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、信息反饋三個方面?，F(xiàn)場監(jiān)測包括：制定監(jiān)測方案、確定測試內容、選擇測試手段、實施監(jiān)測計劃。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、提出處理結果。信息反饋包括：反饋方法(理論反饋與經驗反饋)和反饋的作用(修正設計與指導施工)。

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：E223文獻標識碼：A 文章編號：

前言

2007年3月，國務院將海口列為國家歷史文化名城。?？谑袣v史上作為連接我國內陸與東南亞地區(qū)的重要樞紐，形成了特色鮮明的文化沉淀。舊城區(qū)現(xiàn)存的幾條民國時期所形成的南洋風格特色騎樓街巷，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，具有很高的文化價值和藝術價值。保護歷史遺存，挖掘城市歷史文化特色，恢復歷史城區(qū)活力，是?？诔鞘邪l(fā)展需要重點考慮的問題。

根據(jù)?？隍T樓建筑歷史文化街區(qū)保護與綜合整治規(guī)劃，?？谑腥嗣裾m時地提出了對騎樓建筑歷史文化街區(qū)內五條老街及一些巷弄進行保護和綜合整治的工作要求，在工作目的中強調了改善區(qū)域基礎設施條件、完善市政等配套設施的要求。要達到以上工作目的，設計中采用分流制及截流式合流制相結合的排水體制，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：

第一，街道兩側均為上世紀20、30年代修建的騎樓建筑，具有很高的保護價值，同時由于使用時間較長，房屋總體質量較差。

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

第三，五條老街位于?？谑泻５橄习?，區(qū)域地下水位較高，地質狀況不甚理想，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計和施工帶來了一定的困難。如何合理地對騎樓建筑歷史文化街區(qū)排水管道溝槽進行設計，確保安全經濟是整個綜合整治項目的難點。

一、溝槽支護特點

1.溝槽支護具有不確定性

隨著城市建設的快速發(fā)展，地下各種設施管線也越來越密集，原有地下管線，地下設施的檔案資料由于涉及部門多范圍廣很難調查清楚。溝槽支護工程又受周邊建筑和地下設施的影響很大，使支護結構設計施工和基坑開挖前無法準確查明。在溝槽支護結構施工或基坑開挖過程中，有些事先不明、無法預料的周邊條件和地質條件的變化，往往給工程帶來很大的麻煩，甚至造成嚴重后果。給國家和單位造成了巨大的經濟損失和不良的社會影響。

2.技術綜合性強

溝槽支護技術是給排水專業(yè)工藝、巖土力學與結構力學的結合。工程技術人員既要有豐富的給排水工程專業(yè)設計施工知識和經驗，又要有一定的巖土力學結構專業(yè)知識和經驗；同時支護設計與施工方法選擇受地域地質條件影響很大，因此需要具有相當豐富的施工經驗和對當?shù)氐刭|情況的深入了解。

3.溝槽支護具有臨時性

溝槽支護結構大多為臨時性結構，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行，其有效使用期往往很短。

二、工程概述

海口市騎樓建筑歷史文化街區(qū)保護與綜合整治工程（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），本次建設項目的目標是：達到城市街道設施完善、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)整體形象價值，增強歷史文化街區(qū)的對外吸引力。

由于海口市騎樓老街兩側建筑的特殊性，同時考慮到項目沿線地下水位較高，為了防止管道溝槽施工過程中對兩側騎樓建筑的影響，建設業(yè)主特委托我們進行專項溝槽支護設計。本次設計溝槽長度為1525m。

三、 支護設計原則

在確保支護結構的安全、保證溝槽周圍道路及建筑物安全的前提下，做到經濟合理，滿足國家建設工程的有關法規(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要求。

四、工程地質條件

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，地勢平坦。道路沿線的地面高程為2.51m～4.19m。

整個路段為海口主要商業(yè)街，道路狹小，商店林立，熱鬧非凡，人流和車流量頻繁。

地層結構及基坑支護設計采用巖土參數(shù)

經勘察查明，鉆探深度范圍內，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)。

基坑支護設計采用巖土參數(shù)見下表。

地基土設計參數(shù)建議 （表1）

五、水文地質條件

在勘探深度范圍內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，其補給來源主要接受大氣降水和美舍河、海甸溪側向入滲，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、溝槽支護設計方案比選

參照巖土工程勘察報告及相關規(guī)范規(guī)程并結合相關類似工程經驗，根據(jù)溝槽開挖至回填間隔時間短的特點，按各路段所處周邊環(huán)境及挖深的不同，有針對性的選擇適合其施工的支護方案。

由于騎樓街道間距較窄，同時道路兩側許多騎樓古建筑基礎較淺，建筑擴大基礎邊緣甚至已進入機動車道內緣，因此在本項目中采用明開槽放坡方式開挖不甚合適，本設計均采用直槽加支護方式對溝槽進行施工。

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

篇10

當前諸多行業(yè)，如石油、天然氣、中央空調通風等，管道作為一種有效物料傳輸介質，得到廣泛應用[1]。本設計開發(fā)出一種價格低廉、操作簡單，從底層到上層，從硬件到軟件，從模塊到系統(tǒng)的一體化柔性結構式機器人系統(tǒng)。

1 機器人機械設計

1.1 外形設計

機器人整體機械設計采用多段式柔性結構（如圖1-1）[2]，使其能夠靈活適應復雜管道環(huán)境。驅動部分采用傳動帶、渦輪蝸桿結構，由步進電機驅動以實現(xiàn)機器人運動。步進電機帶動蝸桿旋轉，蝸桿渦輪齒合傳動，渦輪帶動帶輪旋轉，從而傳動帶運動帶動主動輪運動，實現(xiàn)機器人行走。支撐部分由滾珠絲杠、步進電機、車輪、連桿和推桿等組成。步進電機帶動絲杠轉動，螺母直線運動帶動推桿運動，實現(xiàn)機器人整體結構撐起，以實現(xiàn)適應不同管徑（400mm～600mm）。

圖1-1 機器人頭部結構圖

1.2 軸承選擇

本設計中軸承主要承受軸向載荷，周向載荷很小可忽略不計，因此選用7219C型角接觸球軸承。其當量動載荷為：

—載荷系數(shù)，本設計中取為1.1

—軸承承受載荷，本設計中=278.15N，則

驗算軸承壽命：

n—軸承轉速，本設計中

C—軸承額定動載荷，此處取為135000

P—軸承承受的載荷

—指數(shù)，對于球軸承；對于滾子軸承，則，初選軸承滿足要求。

1.3 電機選擇

電機驅動力矩：

—啟動時折算到電機軸加速力矩

—摩擦力矩

本系統(tǒng)中

電機驅動功率：

因此，本設計選用24V、500轉、20W maxon RE25 大功率空心杯減速電機。

2 機器人控制系統(tǒng)設計

機器人控制系統(tǒng)分為PC終端層、CPU控制層及執(zhí)行機構層三層結構（如圖2-1）[3]。上層為PC終端層，負責采樣數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)整體調度；控制層由主控系統(tǒng)、攝像頭系統(tǒng)并列組成，主控系統(tǒng)負責環(huán)境信息采樣并將信息上傳PC，PC對其分析處理并向下發(fā)送控制協(xié)議，CCD對環(huán)境進行圖像采樣，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)行機構層由各類執(zhí)行電機組成，驅動機器人執(zhí)行相應動作。

圖2-1 機器人控制系統(tǒng)架構圖

2.1 系統(tǒng)通信

由于環(huán)境信息采集實時性要求高，且圖像信息數(shù)據(jù)量大，因此上下位機對應設計雙通道通信。主CPU與PC機占用一通道；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，高八位為校驗信號，低八位為數(shù)據(jù)信號。系統(tǒng)接收一包數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)包解析，首先根據(jù)校驗信號判斷數(shù)據(jù)有效性，校驗正確則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，否則返回錯誤校驗信號繼續(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。上位機支持通信設備自動識別，人工修改配置參數(shù)等，符合實際需求。

自定義數(shù)據(jù)包協(xié)議如下：

2.2 控制策略

機器人無線通信選用ZGBee2410模塊，利用其組建混合網，實現(xiàn)一臺PC同時控制多臺機器人（如圖2-2）。正常狀態(tài)每臺機器人與PC單獨通信，若因環(huán)境惡劣通信中斷，機器人3秒后自動停止動作進入等待狀態(tài)（圖2-2中3號），此時可派出搜救機器人（圖2-2中2號）向丟失機器人發(fā)送呼叫信號，直至收到其回應，利用搜救機器人做跳板，實現(xiàn)探測機器人與PC通信。

圖2-2 控制策略架構圖

3 結論

本文設計了一種柔性結構式管道探測機器人，闡述了其工作原理。整套系統(tǒng)遵循模塊化設計原則，各模塊獨立工作亦可自由組合，任何一模塊異常不會級聯(lián)整體；柔性式機械形體，可伸縮自適應管徑支撐機構，提高了環(huán)境適應力；蝸輪蝸桿傳動機構，打破傳統(tǒng)三電機模式，一個步進電機即可驅動機器人三輪行進，節(jié)省成本同時減輕機器人重量；CPU模塊采用主從式控制，低端CPU實現(xiàn)高端CPU功能，節(jié)省成本且利于擴展；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混合網模式，提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。原理樣機經設計方案論證，制作了實物樣機并進行聯(lián)機調試，結果表明所設計系統(tǒng)能正常工作。但本設計只是初步完成系統(tǒng)設計架構，面對復雜管道現(xiàn)場環(huán)境，未來有待于進一步研究，可向著人工智能、自適應自學習方向發(fā)展，將會有較大發(fā)展前景。

參考文獻：