管道结构设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇管道结构设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

本工程由两部分组成:碧流河水库北段工程和碧流河水库南段工程。

碧流河水库北段工程输水线路全长163.26km,其中;

鞍山加压泵站。隧洞前输水管线长121.37kin,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越高速公路、省国道、铁路、大中型河流等采用钢管,管径为DN2800。

输水隧洞长14.12km,为城门洞型断面,隧洞断面尺寸(B×H)为3.2m×3.48m,

隧洞后输水管线末端输水管线长27.77km,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越省国道、大中型河流等采用钢管,管径为DN2400。

对该工程采用的PCCP管材设计应用了美国供水工程协会ANSI/AWWA C304-99标准配套的设计程序“VDP”进行了结构设计计算。

2、设计方法简介

根据AWWA C304-99标准,采用极限状态设计方法对PCCP管进行设计,既考虑管材的预应力状况,也考虑外载(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作压力(Pw)瞬时压力(Pt)检验压力(Pft)的综合影响,保证管材的使用可靠性,从弹性和强度极限上提供足够的安全储备设计。计算程序采用AWWA C304-99配套设计软件UDP和本院自编软件CDP,规范要求的最小钢丝面积作为钢丝初始面积核对管体各项极限状态的指标要求,如果不能通过验算条件钢丝面积自动累加,直到满足要求。

需要说明的是根据AWWA C304的默认要求,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,并且:

当预应力钢丝只有一层时钢丝的应力松驰系数如下:

R=0.111-3.5(As/Ac)

(AWWA C304式6-30)

多层缠丝钢丝应力松驰系数如下:

内部第一层缠丝:

其他层缠丝:

由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304没有给出当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,根据中国标准GBS0010《混凝土结构设计规范》第6.2.1条规定:

当ocon≤O.7fptk时钢丝应力松驰值:

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

当O.7fptk

σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon

当σCOil=0.7fptk时钢丝应力松驰值σ14=2.5%σcon,当口con=0.75fptk寸钢丝应力松驰值σ14=3.5%σcon,由此可见,当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰值应比当fsg=0,75fsu的钢丝应力松驰值小,按fsg=0.7sfs计算更为保守,因此本报告不再寻求fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,其差值作为合理安全储备。

3、设计条件选取

以下各参数为设计中易为忽视的部分。

3.1管道内压

现场试验内压为工作压力+O.3MPa;瞬时压力为工作压力的40%;管道上部覆盖土层厚度2、4、6m三种,与不同的工作压力进行组合。

3.2　管基包角

管基中心角选取90°。虽然在施工中采用120°包角施工,但受承包人施工经验、回填材料等多种因素影响。包角部位回填压实质量存在不稳定情况,因此设计中仍然按90°考虑,多出部分作为施工安全储备。

3.3　相对湿度

户外设计相对湿度:本工程各标分别取RH=52%、50%、60%。虽然业主在关于明确PcCP管结构设计问题的意见中明确了PCCP管材结构设计力学参数中的相对湿度按照RH=60%计取,但考虑到各标段环境温度不尽相同,且其对管道的设计影响较小,因此对上述取值是可行的(只要不大于60%,数值越大越偏于保守)。

3.4　土壤特性

土壤特性系数Ku=0.15,为饱和表土的最大值。Ku=0.19,为无粘性颗粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土较深的管道,计算土荷载偏大。根据AWWA M9规定当设计无资料时可以取Ku=0.15。

3.5　沟槽型式

管道埋设全线均采用上埋式。主要是因为大直径PccP管铺设线路一般较长,沿线工程地质情况复杂,沟槽开挖宽度很容易超出沟埋式的要求。采用沟埋式设计虽然可以节省部分造价,但对结果影响不大。采用统一的埋设型式,可以简化设计,也便于施工管理。

4、设计原则

本工程二标、三标结构设计采用美国混凝土压力管协会AWWA C304标准配套程序UDP设计软件,该软件系统默认钢丝直径及抗拉强度均为英制规格且无公制选项,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,而招标文件明确为70%,因此承包商采用如下等效预压应力的方法进行换算:

按此换算方法,多数情况下是可行的,但是,AWWA C304共有14种荷载组合、14种不同的控制条件,当按uDPR件计算时出现如设计控制条件为AWWA C304第7.4.1条规定的“在荷载内压组合FWl,FWlr2及FT2情况下,预应力钢丝内最大拉应力不得高于总缠丝应力fsl”及AWWA C304第7.5.I条规定的“当管子承受荷载与内压组合FWT3及FWT4时,预应力钢丝最大拉应力不应超过其屈服强度fsy”时,该转换方法就不合适,当管子结构设计出现以上控制条件时,以上换算方法偏于保守。

5、结　语

结合本院工程设计经验和本工程的实际情况,为确保PCCP管芯混凝土质量,设计时尽量选用低标号混凝土,同时考虑生产进度和简化生产管理,尽量减少混凝土标号种类。

篇2

中图分类号：TU99文献标识码：A

市政排水管道是城市基础设施非常重要的组成部分。在城市的日常运行和发展建设中有着举足轻重的作用。近些年来，由于降雨造成的突发事件渐渐引起了人们的关注，比如2012年7月的北京暴雨，造成的损失非常严重，引起了全国对排水设施的思考。

1排水体制的选择

排水体制主要有合流制和分流制两种。排水体制的选择，应根据城镇的总体规划，结合当地的地形特点、水文条件、水体状况、气候特征、原有排水设施、污水处理程度和处理后出水利用等综合考虑后确定。同一城镇的不同地区可采用不同的排水体制。除降雨量少的干旱地区外，新建地区的排水系统应采用分流制。现有合流制排水系统，有条件的应按照城镇排水规划的要求，实施雨污分流改造；暂时不具备雨污分流条件的，应采取截流、调蓄和处理相结合的措施。

2现场踏勘

给排水管道距离相对较长，或穿越城镇密集区，或敷设在农田，或跨越山丘和河流，还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌，其复杂的地形和地貌若不现场查看，则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线，了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况，必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

3测量和地勘要求

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况，必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

3.1勘探点间距和钻孔深度

勘探点应布置在管道的中线上，并不得偏离中线3m，间距应根据地形复杂程度确定的30～100m，较复杂和地质变化较大的地段应适当加密，深度应达到管道埋设深度以下1m以上，遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。

3.2提供勘探成果要求

划分沿线地质单元；查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度；调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点；调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响；查明沿线井、泉的分布和水位等影响；查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性，河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

4结构设计内容

4.1结构形式

管道的结构形式主要由给排水专业确定，结构专业应根据管道的用途(给水还是排水，污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。一般情况下，承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝士箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵，特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

4.2结构设计

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核，提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道，应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等，当钢管计算出的壁厚不经济时，应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

4.3敷设方式

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定，一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空，较为常用敷设方式采用沟埋式，当沟埋式有一定的难度时，可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式，其结构设计亦不同。

4.4抗浮稳定

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨，因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施，避免浮管现象的出现。

4.5抗震设计

4.5.1场地和管材的选择

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基，如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时，应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管，并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构，并有相应的构造措施，尽量避免严重破坏。

4.5.2构造措施

承插管设置柔性连接；砖石砌体的矩形、拱形无压管道，除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外，一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形，提高管道的抗震性能；圆形排水管应设置不小于l20度的混凝土管基，管道接口采用钢丝网水泥带，液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管；管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料，若管道必须与墙体嵌固时，应在墙外就近设置柔性连接；管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。

(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面，选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上，划分地质单元并注明桩号和基底高程，标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分)，确定需处理的范围，针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有：换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。

(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道，应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。

5给排水管道设计中的其他问题

5.1在用户管线出口建立格栅中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在，给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间，每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后，常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小，但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题，建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅，定期进行清理、清掏，从源头上控制漂浮物进入市政管网，以减轻市政管网维护管理的工作量。

5.2在检查井井底设置沉淀池中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀，造成管道淤积堵塞、通水不畅，而管道的疏通工作又费时费力。因此，针对传统的检查井做法，建议将其井底改为沉淀式的，井底下沉3O～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中，不至于流人下游管段，只要定期清掏检查井内的沉积物即可，减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

5.3在检查井内设置闸槽干管中的流量和流速均较大，有的检查井内的水位较高，管道维护作业或户线管接头时，需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业，建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽，通过闸槽的开闭控制水流，便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工，建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。

6结束语

总之，市政排水管道工程结构设计应严格按照现行相关规范、标准、规定进行。设计人员应当掌握专业技能，了解行业动向，研究存在的问题，积极创新，尽可能地把设计做到经济、合理、适用、安全。

篇3

前言：建筑给排水设施, 是保证城市地面水及时排除, 防治城市水污染, 并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施, 我国排水工程建设初创于50年代, 到80年代以后, 随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,建筑给排水设施建设得到较快发展, 但建筑给排水设施普遍存在各种问题, 如防洪排水能力不足; 平坦地区的排水管渠的坡度偏小, 易淤积; 部分地区的排水设施不成系统, 易形成内涝等。造成这些问题的原因, 有设计不合理, 日常管理不到位, 自然条件变化等。通过对许多工程设计的总结, 我们认为, 建筑给排水工程设计能否更好地避免这些问题的发生, 做到经济合理, 运行安全,受市政给排水工程规划的影响较大。

1、现场踏勘

给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

2、测量和地勘要求

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

2.1 勘探点间距和钻孔深度

勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。

2.2 提供勘探成果要求

划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

3、结构设计内容

3.1 结构形式

管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。

一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

3.2 结构设计

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。

对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

3.3 敷设方式

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。

3.4 抗浮稳定

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。

3.5 抗震设计

3.5.1 场地和管材的选择

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构,并有相应的构造措施,尽量避免严重破坏。

3.5.2 构造措施

承插管设置柔性连接;砖石砌体的矩形、拱形无压管道,除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外,一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形,提高管道的抗震性能;圆形排水管应设置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用钢丝网水泥带,液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管;管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料,若管道必须与墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接;管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。

(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面,选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上,划分地质单元并注明桩号和基底高程,标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分),确定需处理的范围,针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有:换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。

(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道,应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。

4 给排水管道设计中的其他问题

4.1 在用户管线出口建立格栅

中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。

4.2 在检查井井底设置沉淀池

中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉30～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

4.3 在检查井内设置闸槽

篇4

中图分类号： TU99 文献标识码： A 文章编号：

市政给排水管道工程设计是一个实践经验与能动性相结合的过程。在满足规范要求、注意设计控制要点的同时,要根据实际情况, 因地制宜、因时制宜, 经常充分的市场调查与经济技术比较, 做到既质量优良, 又经济合理、施工方便。为此，主要做好如下工作：

1．现场踏勘与测量

给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

勘探点间距和钻孔深度勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线 3m,间距应根据地形复杂程度确定的 30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下 1m 以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下 2～3m。

提供勘探成果要求划分沿线地质单元；查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度；调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点；调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

2.结构设计内容

管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC 管、PE 管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。

3.给排水管道设计中的其他问题

在用户管线出口建立格栅中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。

在检查井井底设置沉淀池中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉 30～50 cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

在检查井内设置闸槽干管中的流量和流速均较大,有的检查井内的水位较高,管道维护作业或户线管接头时,需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业,建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽,通过闸槽的开闭控制水流,便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工,建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。

4.结语

总之，在城市发展的过程中，为了在激烈的市场竞争中求得生存和发展,要求在企业给排水工程的设计中引入全局概念,以适应日趋严峻的城市发展要求。只有这样，才能设计出满足百年城市发展的市政给排水管道。

参考文献：

[1] 付迪.HDPE双壁波纹管在城市给排水工程中的应用[J]. 技术与市场. 2010(08)

篇5

中图分类号：TU833文献标识码： A

1固定墩主要受力

固定墩作为管道的支撑结构埋于地下，除了自重外，受到各种外力作用。

1.1 水平力

1.1.1 管道水平推力

管道水平推力F(单位为kN)根据管道的敷设、管径、运行温度、安装温度、工作压力的变化及与土的摩擦力计算可得出。此项数据在设计过程中由暖通专业计算并提供，用于结构计算。

1.1.2 主动土压力、被动土压力

管道支墩前后侧面的土体对支墩产生主动土压力及被动土压力，计算公式如下：

粘性土：

Pa=γhtan2(45°－φ／2)－2ctan(45°－φ／2)

Pp=γyhtan2(45°+φ／2)+2ctan(45°+φ／2)

砂土等无粘性土：

Pa=γhtan2(45°－φ／2)

Pp=γhtan2(45°+φ／2)

式中：Pa――主动土压力，kPa

Pp――被动土压力，kPa

γ――土的重度，水土分算时，取浮重度；水土合算时，取天然重度，kN/m3

h――固定墩埋深，m;

φ――土的内摩擦角

C ――土的粘聚力，kPa

1.1.3 固定墩与土的摩擦力

固定墩底面、侧面及顶面与土壤接触，都会产生摩擦力，但在计算中，上面及侧面的作用力可忽略不计，只计算底面产生的摩擦力。

Ff=G

式中：Ff――摩擦力，kN。

――土与固定墩的摩擦系数：对粘土，0.25~0.45；对砂土，0.40~0.50；对碎石土，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――固定墩的体积，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，水土分算时，取浮重度；水土合算时，取天然重度，kN/m3;

h0――固定墩上部覆土深度,m;

S――固定墩底板面积,m2;

2固定墩的结构验算

2.1 抗滑移验算[1]

抗滑移验算公式

式中：Ks――抗滑移系数；

K――固定支墩后背土压力折减系数，取0．4～0．7；

EP――被动土压力作用力，kN；

Ea――主动土压力作用力，kN。

Ff――摩擦力，kN。

2.2 抗倾覆验算[1]

抗倾覆验算公式

式中：Kov――抗倾覆系数；

X2――被动土压力作用点至固定墩底面的距离，m；

L――固定墩底板宽度，m；

X1――主动土压力作用点至固定墩底面的距离，m；

h2――固定墩管孔中心至地面的距离，m。

2.3 强度验算

2.3.1 侧墙强度验算

侧墙受到横向作用力，按悬臂构件计算，在底部产生弯矩。此弯矩主要由主动土压力、被动土压力及管道水平推力三部分力产生的弯矩矢量叠加而得。根据《混凝土结构设计规范》，按此弯矩计算侧墙配筋。

图2 管线埋深对固定墩性能的影响

侧墙受到横向作用力，按悬臂构件计算，在底部产生弯矩。此弯矩主要由主动土压力、被动土压力及管道水平推力三部分力产生的弯矩矢量叠加而得。根据《混凝土结构设计规范》，按此弯矩计算侧墙配筋。

2.3.2 底板强度验算

底板受到上部作用的荷载，在与土壤接触的底面产生净反力。净反力作用下，底板可视为悬臂构件，在侧墙处产生最大弯矩。根据《混凝土结构设计规范》，按此处弯矩计算底板配筋。并应对侧墙在底板上的冲切进行验算。

2.4 地基承载力验算

固定墩受到上部的垂直力及弯矩作用，在底板底面对土体产生土压力，根据《建筑地基基础设计规范》，验算地基承载力。使满足

3影响固定墩结构设计的因素

3.1 管道埋置深度

管道埋置深度，即管道轴心到地面的深度。此值由管道设计确定，结构专业根据管道的埋置深度，设计固定墩的埋置位置。当管道推力及固定墩尺寸确定时，随着埋置深度的增加，固定墩的抗滑移系数及抗倾覆系数变化如图2所示。

从图中可知，当管道推力及固定墩尺寸确定时，随着埋置深度的增加，固定墩的抗滑移系数及抗倾覆系数线性增加的趋势，可见，埋置深度越深对固定墩的抗滑移性能及抗倾覆性能越有利。

3.2 覆土性质

3.2.1 固定墩底部土性质

固定墩底部土的性质，决定固定墩与土层的摩擦系数μ，影响固定墩所受摩擦力Ff的大小。进而影响固定墩的抗滑移系数。在固定墩尺寸及埋深不变时，不同性质的固定墩底部土，对固定墩的抗滑移系数的影响如表1所示。

表1 固定墩底部土性质对抗滑移系数的影响

可见，随着土摩擦系数的增加，抗滑移性能得到提高。将固定墩下部土层换填为碎石土可改善固定墩的抗滑移性能。

3.2.1 固定墩周围土性质

固定墩周围土的性质，则决定了土层的内摩擦角φ及土的粘聚力c，影响土对固定墩的主动土压力及被动土压力的大小。进而影响固定墩的抗倾覆性能和抗滑移性能。在固定墩尺寸及埋深不变时，不同性质的固定墩周围土，对固定墩的抗滑移系数及抗倾覆系数的影响如表2所示。

表2 固定墩周围土性质对抗滑移及抗倾覆系数的影响

可见，当固定墩周围土粘性越小，抗滑移系数及抗倾覆系数越高。将固定墩周围土层换填粘性较小的砂土可改善固定墩的抗倾覆性能和抗滑移性能。

4结语

由以上分析可得到以下结论：

1、管道深埋对固定墩的结构设计有利；

2、当固定墩尺寸受到限制时，可将固定墩墩底土换填成摩擦系数较高的碎石土，或将固定墩周围土换填成粘性较小的砂土，以达到改善固定墩抗滑移性能及抗倾覆性能的目的。

篇6

在普遍工业设备和天然气等设备中，运输材料最便捷的途径就是管道运输，这种运输方式已经在此领域被多出运用起来。在普遍工业中每天对管道的应用不计其数，因此极易导致管道生锈、出现裂缝等情况，为了有效解决这一现象必须对管道进行定期的检查和修理。本文提到的管道机器人就是为管道检修量身定做的机械，它能够准确的找到生锈和出现裂缝的位置。能源自给式机器人分为两种，一种是有缆一种是无缆。其中有缆式管道机器人，这种管道机器人行程范围小，精准度不高，而无缆式管道机器人其能量主要来自于蓄电池，虽然行程范围广泛，但是蓄电池的电量有限，因此，无缆式机器人的行程范围仍然有限。

针对这一问题，本篇文章根据现实中的一些创意来将这些想法应用到新型管道机器人的设计上，根据此创意设计出的机器人主要是靠其管道中含有的流体不断流动来产生能源。当机器人停止运动时，这种流体就开始发电，为蓄电池补充能量。

二、管道机器人的设计方案阐述

（一）管道机器人设计时应注意的事项

能源自给式管道机器人与有缆机器人和无缆机器人不同，以下是在传统管道机器人设计基础上对能源自给式管道机器人设计的一些要求。

（1）维持能源自给式管道机器人正常运动的动力是其内部流体流动产生的能量，这些能量的产生能够保障机器人的运动。

（2）在管道机器人的设计中必须要对其运动速度加以控制，要设计控制速度的机械装置。

（3） 能源自给式管道机器人是在无缆式管道机器人的基础上加以改进，无缆式管道机器人不能自己为蓄电池充电，而能源自给式管道机器人可以将管道中的流体运动转换成电能，为蓄电池充电。

（4） 在设计机器人的过程中要对其设置自主更换前进方向的能力。这种能力能够在机器人行进到分叉管道时被有效运用起来，它能使机器人自主找到能够前进的管道，并且自主调节前进方向。

（二）管道机器人的总体方案设计

下面是管道机器人的总体方案设计，假设管道中的流体成分为气体，那么可以以上文的设计要求为依托，将机器人的机械结构设计成具有自给功能优势的管道形式，如下图1所示。能源自给式机器人从本质上来看，就是能够进行能源的自动生产及运转，因此此结构组成必然要设有发电、本体、及导向结构，而发电实际上就是将气体运转环节产生的动能转化成电能，从而为机器人本身的能动性提供电能基础。由图1所示发电部分涵盖着风轮、变速齿轮和发电机。机器人内的本体结构能够其系统运行及电能存储提供基础条件，导向部分主要是由电磁铁和导向头共同组成，其主要是帮助机器人顺利调转方向。根据图1可以看出三部分之间主要是靠一组弹簧来链接，弹簧外部包有蒙皮，该设计能够最大化的减少第七题与机器人之间存在的摩擦，使机身保持相对稳定的状态。与此同时还在发电部分和主体部分安装三个支撑轮组件。

三、新型能源自给式管道机器人发电部分的设计

本小结重点阐述了新型能源自给式管道机器人的发电部分。主要器件有叶轮、发电机、齿轮机构和充电电池等。其中叶轮是管道机器人中发电部分的关键部件，主要作用是在叶轮中有流体流入时，能够带动叶轮转动，同时还能够为管道机器人提供推力。另一点，当流体与叶轮表面发生接触时，压力降也会伴随而来，而压力降在机器人的机械结构中是主要的推动力来源。因此，将发电机外壳设计成流线型，方便流体的顺畅流入。此外为了使机器人能够在窄小的管道中顺利运行，特此选择面积小，体积小的发电机。这种发电机的转子直径为30mm，与之相对应的配套有齿轮传动机构。

四、支扮轮组件的设计

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中图分类号： U45 文献标识码： A

一、电力隧道规划

（一）平面线路规划

电力隧道线路规划需要根据中心城区电网负荷情况进行规划，在一些特殊的中心城区位置，一般的电力隧道走向都是地下建设、地铁以及立交桥等等。在进行电力通道规划时，需要协调相关部门，做好路线合理规划工作。对力隧道路径选择时，一般要选择长度较长、线型比较顺直以及路段比较宽的城市主干线。进行规划时，尽量避免影响因素出现，从而使得规划水平提高。施工实践表明，在当前的规划过程中，一般会受到技术条件限制或者受到其他的市政工程制约。一条完整的电力隧道实施过程中，需要进行多形式设置，从而满足走向需求。同时在施工过程中，会不可避免的穿越一些重点工程，像地铁、像重要建筑等等。在进行规划时，为了更好地减少阻力问题，降低规划风险，从而逐渐实现电力隧道规划发展需求，需要电力隧道在进行平面规划设计时，应该根据实际情况开展设计工作。如下表不同地区隧道通道型式规划设计

（二）线路曲线规划

电力隧道具备自身的使用功能，在进行规划设计时，基于电力隧道的特性，这样就可以不要对线路曲线半径做出严格的规定或者控制。在进行城市规划时，一般会受到大转角或者是地形限制，在必要的时候可以通过工作井的方式进行处理。一般而言城市地下空间1-7m为城市市政管道的黄金通道，大多数管线布置在这个深度，盾构及顶管机械作业，一般要考虑一定富裕深度，一般埋深达到10m，才较为安全，否则容易伤及市政管线。在纵断面设计时，较大断面的电缆隧道可以采取深埋方式避开其他市政管线，从而获得完好规划。

二、电力隧道结构设计

电力隧道内部设施通常为横担支架、电缆、冷却管、照明及通风等电力设备，其布置方式将影响隧道结构的传力模式，需要在设计阶段，根据内部设施布置方案进行合理性及稳定性的验算分析，确保工程安全性。电力隧道设计过程中，通常会遇见断面直径设计问题，这个直径采用顶管方式适宜直径在1.9至3.5m范围内，采用盾构方式的适宜断面在3.5到5.5m范围内。其中顶管在小于1.9m直径时一般直接将顶管直径取到1.5m以下，并且在内部排管然后填充细砂或者细石砼，因而不在适合归入电缆隧道范畴。一般而言，电力隧道大部分采用的是明开挖隧道，顶管，浅埋暗挖等方式，对于盾构方式在电力隧道中使用较少，但却是一个发展方向。

图1、顶管隧道布置 图2、顶管内排管布置

在一般情况下，电力隧道需要根据净空尺寸大小进行确定，从而选择到合适的施工方法。例如下表格的隧道工法选择：

在施工过程中，当选择盾构法时，这个时候的隧道管径应该大于3.5m，这个时候需要充分考虑阻力问题。这个时候的阻力会变大，而且还比较难以控制。因此，在进行隧道施工方法选择时，应该保障选择的方法可以使得直径大于3.5m，这样的施工实际情况可以充分考虑选择盾构法。电力隧道施工过程中，一般可以选择的有圆形还有矩形两种形状。一般而言，矩形的横截面积它的净空利用率会比较高。相互对比之下的可以选择该横截面进行施工就显得比较合理，而且还需要综合分析影响因素，从而选择出合适的横截面处理方法。例如500kV世博变电站，输电隧道直接从550kv变电站直接引出，一般内在的输电要求比较高，这样可以选择内径比较大的圆形横截面，这是我国国内直径输电隧道最大之圆形横截面施工。选择了合适的施工法之后，需要确定出管片组成数量，在进行设计时候可以根据这些管片的厚度以及形状进行选择。如下图所示：

图3、盾构断面

一般而言，输电隧道选择了隧道盾构段，将其当成最大电力专用隧道，在进行结构设计以及内部结构布设时，一般都会有它独特的地方。为了更好的发挥出隧道实际作用，更好的充分使用隧道净空。需要在隧道中部位置进行设置，这样可以获得设置横梁面图形。设计过程中，需要将隧道进行分层，可以将其分层四个电缆布置区。在每个支架中可以将其中的一部分确定出来，这样可以支撑起两个中间柱，而且其余的连接角钢可以在布设上进行连接，从而获得更大的空间。这样的空间可以更好的满足电力施工需求，更好的满足当前布设需求。

结束语

随着社会不断发展，我国隧道施工工程越来越多，为了满足城市供电需求，为了满足社会发展需求，需要进行电网规划设计。在进行地下电力传输时，需要不断的完善和发展规划，选择隧道输送电力已经成为当前发展首先方式。

参考文献

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1.1荷载—结构模型的建立

显然，只要施工过程不能使支护结构和周围的岩石保持紧密的连接，有效地阻止围岩变形和松弛的压力，隧道的支护结构应根据荷载—结构模型检验。荷载—结构模型是由岩体和坍塌破坏引起的竖向和侧向活动压力的主要特征。但也有一些不同的方法来处理周围的岩石和支撑结构之间的相互作用：①有源负载模型在不考虑围岩与支护结构相互作用的过程中，在活动荷载作用下，支撑结构可以在活动荷载作用下变形、计算原理和结构的作用。该模型主要用于围岩和支护结构的“刚度比”的情况下，软弱围岩没有“能力”来约束刚性衬砌的变形。②有源负载加上围岩的弹性约束的模型（图1-1b）。围岩不仅适用于支护结构，而且还因为围岩与支护结构相互作用。由于在非均匀分布的影响下，一部分支撑结构会发生对围岩变形的影响，只要周围岩层具有一定的刚度，就有必要对变形的结构进行支撑，这就是所谓的弹性阻力，属于被动性。支撑结构的另一部分是从围岩变形的隧道中，不会引起弹性阻力，形成所谓的“走出去”。对于①类模型，只要确定了作用在支护结构上的主动荷载，其余问题用结构力学的一般方法(如力法、位移法)即可解决。对于②类模型，除了上述的主动荷裁外，尚需解决围岩的弹性抗力问题。在围岩上引起的弹性抗力的大小，目前常用以“温克列尔(Winkler)假定”为基础的局部变形理论来确定。它认为围岩的弹性抗力是与围岩在该点的变形成正比的，用公式表示为：σi=Kδi式中的δi为围岩表面上任意一点所产生的弹性抗力；σi为围岩在同一点i的压缩变形；K为比例系数，称为围岩的弹性抗力系数。弹性阻力的大小和分布取决于支护结构的变形，支护结构的变形与弹性阻力有关。按②类模型的内力是一个非线性问题，采用迭代方法或线性假设是必要的。

1.2李宁隧道结构受力和变形特性

隧道衬砌在围岩压力下产生变形。在隧道拱顶中，围岩变形是不受围岩约束的，称为“拆离带”；围岩变形受围岩变形影响。因此，隧道衬砌结构的围岩变形的双重作用：既有积极的围岩压力，使衬砌结构变形，又能防止被动抵抗形成对衬砌结构的变形。这种效果的前提是，周围的岩石和隧道衬砌必须充分和密切接触。

1.3支护结构的计算方法

在荷载—结构模型中，分析计算的对象是支护结构，即衬砌。因此，要根据衬砌的受力特点，进一步研究它的力学模拟和计算图式的问题。由于隧道长度较之横断面尺寸要大得多，而且，又假设荷载和结构特性沿隧道长度方向是不变的，因此，可以认为隧道衬砌不会产生纵向位移，即处于平面变形状态。

1.4主动荷载模式

1.4.1弹性固定的无铰拱适用于这类计算模式的常有半衬砌。先拱后墙施工时，做好的拱圈在隧洞口前的工况就是这种半衬砌。这种拱圈的拱脚支承在弹性围岩上，故称弹性固定无铰拱。半衬砌拱拱升跨比一般小，当竖向荷载作用下，多数情况下，拱环是内部的隧道变形，弹性阻力。

1.4.2圆形衬砌修建在软土地层中的圆形衬砌，也常常按主动荷载模式进行结构计算。承受的荷载主要有土压力、水压力、结构自重和与之相平衡的地基反力。

1.5主动荷载加被动荷载模式

1.5.1假定抗力图形该法的计算特点是假定抗力的分布范围的分布规律，如上、下零点和最大值的位置。而抗力的最大值和结构由主动荷载与被动荷载共同作用在该点产生的变位有关。因此这是一个非线性问题。只要能附加一个最大抗力点的抗力与其位移成正比为条件列出的方程即可求出最大抗力值和冗力。将主动荷载与被动荷载求出的内力值进行叠加，即为结构内力。

1.5.2局部变形地基梁法局部变形地基梁法，由于拱形直墙衬砌内力的特点，将拱圈和边墙分为两个单元分别进行计算，在各自的计算中考虑相互影响。计算中拱圈视为弹性固定无铰拱，边墙视为双向弹性地基梁。拱圈和边墙受力变形的相互影响，表现为计算拱圈时，拱脚的变位应取边墙墙顶的变位，计算边墙时，墙顶的初始条件与拱脚的内力和变位一致。

2岩体力学方法

由于现代隧道施工技术的发展，可在隧道开挖后及时地给围岩以必要的约束，抑制其变形，阻止围岩松弛，不使其因变形过度而产生松动压力。此时，开挖隧道而释放的围岩应变能将由围岩和支护结构所组成的结构体系共同承担，隧道结构体系产生应力重新分布而达到新的平衡状态。在隧道在结构体系中，一方面，围岩具有一定的支护力，这是由应力调整引起的，从而达到了新的稳定；另一方面，由于支护结构能防止围岩变形，因此必须对围岩进行一个变量的调整。这种反应力和周围岩石的松动压力是非常不同的，它是支护结构和围岩变形过程中的支撑压力，它可以称之为“变形压力”。目前对于这种模型求解方法有分析方法、数值法、特征曲线法三种。

2.1分析方法

根据给定的边界条件，该方法直接求解了平衡方程、几何方程和物理方程。这是一个弹塑性力学问题，求解时，假定围岩为无重平面，初始应力作用在无穷远处，并假定支护结构与围岩密贴，即其外径与隧道的开挖半径相等，且与开挖同时瞬间完成。由于数学上的困难，现在还只能对少数几个问题(例如圆形隧道)给出具体解答。

2.2数值方法

对于复杂的隧道，特别是围岩的非线性特性，必须采用数值计算方法。该方法主要是指将有限元法分为围岩和支护结构，然后根据能量原理建立了整个系统的虚拟工作方程，也称为刚度方程，从而系统对各节点的位移和应力的单位。隧道结构体系有限元分析的一般步骤为：结构体系离散化(包括荷载的离散化)、单元分析(形成单元刚度矩阵)、整体分析(形成总体刚度矩阵)、求解刚度方程(求节点位移)、求单元应力。

2.3特征曲线法

特征曲线法也称为“收敛—约束”法，是用围岩的支护需求曲线和支护结构的补给曲线以求得达到稳定状态时支护结构的内力。特征曲线法的基本原理是：隧道开挖后，如无支护，围岩必然产生向隧道内的变形(收敛)。施加支护以后，支护结构约束了围岩的变形(约束)，此时围岩与支护结构共同承受围岩挤向隧道的变形压力。

3基于围岩分类的经验设计方法

在大多数情况下，隧道的支持系统还取决于“体验设计”，并在实施过程中，根据信息量进行修改和验证。实证设计的前提是正确对隧道围岩进行分类，然后根据典型图的支护结构分类体系。

3.1对隧道围岩要有正确的分级

对隧道围岩要有一个正确的分级，这些分级是根据地质调查结果，为隧道单独编制的；大体上把隧道围岩分为四个基本类型。即：①完整、稳定岩体；②易破碎、剥离的块状岩体；③有地压作用的破碎岩体；④强烈挤压性岩体或有强大地压的岩体。

3.2参数的选用

在各类岩体中，支护结构参数大体是按下述原则选用的：①完整，稳定的岩体：锚杆长＜1.5m，根数n=4～5根/m左右，从力学上看是不期待锚杆的，围岩本身强度就可以支护坑道，但因有局部裂隙或岩爆等，用其加以构造控制而已。喷混凝土用于填平补齐，为确保洞内安全作业应设金属网防止顶部岩石剥离。②易破碎、剥离的块状岩体：这类岩体范围较广，还可细分为若干亚类。锚杆长1.5～3.5m，n=10根/m左右，多数情况是长、短锚杆配合使用，短锚杆用胀壳式，长锚杆用胶结式。喷层厚0～10cm，稳定性好些的用来填平补齐，也可只在拱部喷射，此时开挖正面无须喷射。金属网与①同，特殊情况要采用可缩性支撑或轻型格栅钢支撑。二次衬砌厚度约30～40cm，包括喷层在内约40cm就可以了。③有地压作用的破碎岩体：锚杆长3.0～4.0m，有时用6.0m的全面胶结式，n=10根/m左右，这种围岩视单轴抗压强度与埋深压力的比值，预计有塑性区发生时，从控制它的发展看，锚杆必须用喷混凝土等加强。喷层厚约15～20cm(拱部和侧壁)，视岩体破碎情况正面也要喷3cm左右。开挖进度要注意，必要时控制在1m以下。二次衬砌厚度，包括喷层在内为40～50cm，尽可能薄些。④强烈挤压性岩体或有强大地压的岩体：在这种围岩中施工是很困难的，要分台阶施工，限制分部的面积。锚杆长4.0～6.0m，n=15根/m左右。喷层厚20～25cm，正面喷3～5cm。必须采用可缩性支撑，间距约75cm。二次衬砌厚度按50cm考虑。在30天以内断面要闭合，即要修好仰拱。

3.3爆破技术的控制

在施工中应尽量少损害围岩，使其尽量保持原有岩体的强度，因此，应采用控制爆破技术。

3.4开挖面的全面防护

预计有大变形和松弛的情况下，开挖面要全面防护(包括正面)，使之有充分的约束效应，在分台阶开挖时，上半断面进深不宜过长，以免影响整个断面的闭合时间。

3.5防水层

二次衬砌通常是模筑的，在内衬防水层的组合中，形成防水层。内衬变薄，可减少弯矩，弯曲失效可降至最低。

3.6岩石变形的作用

允许甚至希望，岩石变形，以减少需要完成的配套措施，这些防护措施包括衬砌，必要时加上抑拱以及附在或深入到不稳定岩层内部的锚固系统，或其他结构构件。

4监控设计方法

由于地下结构的受力特点极其复杂，近年来，在铁路隧道的测量、监测、围岩及支护结构的监测和现场监测结果的研究中，对一些工程进行了改进设计和指导施工。而现场测量与工程地质、力学分析紧密结合，正在逐步形成一套完整的信息设计原则和方法。信息设计通常包括两个阶段：施工前预设计阶段和修正设计阶段。施工前预设计是在认真研究勘测资料和地质调查成果的基础上，应用工程类比法进行；该校正设计是基于现场监测测量所获得的信息，进行了理论分析和数值分析，对围岩与支护结构稳定性作出综合判断，得出最终合理的设计参数与施工对策。信息设计的主要环节包括：现场监测、数据处理、信息反馈三个方面。现场监测包括：制定监测方案、确定测试内容、选择测试手段、实施监测计划。数据处理包括：原始数据的整理、明确数据处理的目的、选择处理方法、提出处理结果。信息反馈包括：反馈方法(理论反馈与经验反馈)和反馈的作用(修正设计与指导施工)。

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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

中图分类号：E223文献标识码：A 文章编号：

前言

2007年3月，国务院将海口列为国家历史文化名城。海口市历史上作为连接我国内陆与东南亚地区的重要枢纽，形成了特色鲜明的文化沉淀。旧城区现存的几条民国时期所形成的南洋风格特色骑楼街巷，是作为海口城市由古老城镇发展为沿海繁华商业城市的历史见证，具有很高的文化价值和艺术价值。保护历史遗存，挖掘城市历史文化特色，恢复历史城区活力，是海口城市发展需要重点考虑的问题。

根据海口骑楼建筑历史文化街区保护与综合整治规划，海口市人民政府适时地提出了对骑楼建筑历史文化街区内五条老街及一些巷弄进行保护和综合整治的工作要求，在工作目的中强调了改善区域基础设施条件、完善市政等配套设施的要求。要达到以上工作目的，设计中采用分流制及截流式合流制相结合的排水体制，其中五条主要老街（中山路、大兴西路、博爱北路、新华北路、解放东路）的街区排水均采用雨污分流制。这五条老街均具有以下特点：

第一，街道两侧均为上世纪20、30年代修建的骑楼建筑，具有很高的保护价值，同时由于使用时间较长，房屋总体质量较差。

第二，街道下各类管线密集，老管线的敷设由于没有相应规划控制，凌乱不堪，同时原有地下管线，地下设施的档案资料由于涉及部门多范围广很难调查清楚，造成排水布设难度较大。

第三，五条老街位于海口市海甸溪南岸，区域地下水位较高，地质状况不甚理想，给排水管道施工带来极大的不便。

上述状况都给排水管道的设计和施工带来了一定的困难。如何合理地对骑楼建筑历史文化街区排水管道沟槽进行设计，确保安全经济是整个综合整治项目的难点。

一、沟槽支护特点

1.沟槽支护具有不确定性

随着城市建设的快速发展，地下各种设施管线也越来越密集，原有地下管线，地下设施的档案资料由于涉及部门多范围广很难调查清楚。沟槽支护工程又受周边建筑和地下设施的影响很大，使支护结构设计施工和基坑开挖前无法准确查明。在沟槽支护结构施工或基坑开挖过程中，有些事先不明、无法预料的周边条件和地质条件的变化，往往给工程带来很大的麻烦，甚至造成严重后果。给国家和单位造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。

2.技术综合性强

沟槽支护技术是给排水专业工艺、岩土力学与结构力学的结合。工程技术人员既要有丰富的给排水工程专业设计施工知识和经验，又要有一定的岩土力学结构专业知识和经验；同时支护设计与施工方法选择受地域地质条件影响很大，因此需要具有相当丰富的施工经验和对当地地质情况的深入了解。

3.沟槽支护具有临时性

沟槽支护结构大多为临时性结构，其作用仅是在沟槽开挖和管道安装施工期间，保证沟槽周边建筑物、道路、地下管线等环境的安全和本工程管道安装的顺利进行，其有效使用期往往很短。

二、工程概述

海口市骑楼建筑历史文化街区保护与综合整治工程（一期）包括海口市五条老街（新华北路、解放东路、博爱北路、大兴西路、中山路及中山横路），本次建设项目的目标是：达到城市街道设施完善、空间完整有序、交通便捷顺畅、环境整洁美观、街道空间富有特色和识别性，使海口市骑楼建筑历史文化街区的形象有较大改观，提升历史文化街区整体形象价值，增强历史文化街区的对外吸引力。

由于海口市骑楼老街两侧建筑的特殊性，同时考虑到项目沿线地下水位较高，为了防止管道沟槽施工过程中对两侧骑楼建筑的影响，建设业主特委托我们进行专项沟槽支护设计。本次设计沟槽长度为1525m。

三、 支护设计原则

在确保支护结构的安全、保证沟槽周围道路及建筑物安全的前提下，做到经济合理，满足国家建设工程的有关法规和规范要求，施工可行方便，尽量缩短工期，满足土方开挖及地下管线施工的技术要求。

四、工程地质条件

1. 地形地貌

拟改建道路沿线穿过的原始地貌为南渡江三角洲冲积平原，地势平坦。道路沿线的地面高程为2.51m～4.19m。

整个路段为海口主要商业街，道路狭小，商店林立，热闹非凡，人流和车流量频繁。

地层结构及基坑支护设计采用岩土参数

经勘察查明，钻探深度范围内，各道路沿线地层自上而下依次为杂填土层(Qml)、第四系全新统河流冲洪积相（Q4al+pl）、下更新统海陆交互相沉积层(Q1mc)。

基坑支护设计采用岩土参数见下表。

地基土设计参数建议 （表1）

五、水文地质条件

在勘探深度范围内道路沿线地下水有一层，主要是赋存于第①层杂填土、②粉砂、第③层粗砂层中，为第四系松散层孔隙潜水，其补给来源主要接受大气降水和美舍河、海甸溪侧向入渗，排泄途径主要是地表蒸发和向海甸溪渗流，本次勘察期间测得地下水稳定水位为0.80m左右。根据街道居民反映的情况，地下水年变化幅度约0.5m。

六、沟槽支护设计方案比选

参照岩土工程勘察报告及相关规范规程并结合相关类似工程经验，根据沟槽开挖至回填间隔时间短的特点，按各路段所处周边环境及挖深的不同，有针对性的选择适合其施工的支护方案。

由于骑楼街道间距较窄，同时道路两侧许多骑楼古建筑基础较浅，建筑扩大基础边缘甚至已进入机动车道内缘，因此在本项目中采用明开槽放坡方式开挖不甚合适，本设计均采用直槽加支护方式对沟槽进行施工。

根据管线横断面布置，为了缩短施工工期，减少对民众的影响，雨污水采用合槽方式进行施工。

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当前诸多行业，如石油、天然气、中央空调通风等，管道作为一种有效物料传输介质，得到广泛应用[1]。本设计开发出一种价格低廉、操作简单，从底层到上层，从硬件到软件，从模块到系统的一体化柔性结构式机器人系统。

1 机器人机械设计

1.1 外形设计

机器人整体机械设计采用多段式柔性结构（如图1-1）[2]，使其能够灵活适应复杂管道环境。驱动部分采用传动带、涡轮蜗杆结构，由步进电机驱动以实现机器人运动。步进电机带动蜗杆旋转，蜗杆涡轮齿合传动，涡轮带动带轮旋转，从而传动带运动带动主动轮运动，实现机器人行走。支撑部分由滚珠丝杠、步进电机、车轮、连杆和推杆等组成。步进电机带动丝杠转动，螺母直线运动带动推杆运动，实现机器人整体结构撑起，以实现适应不同管径（400mm～600mm）。

图1-1 机器人头部结构图

1.2 轴承选择

本设计中轴承主要承受轴向载荷，周向载荷很小可忽略不计，因此选用7219C型角接触球轴承。其当量动载荷为：

—载荷系数，本设计中取为1.1

—轴承承受载荷，本设计中=278.15N，则

验算轴承寿命：

n—轴承转速，本设计中

C—轴承额定动载荷，此处取为135000

P—轴承承受的载荷

—指数，对于球轴承；对于滚子轴承，则，初选轴承满足要求。

1.3 电机选择

电机驱动力矩：

—启动时折算到电机轴加速力矩

—摩擦力矩

本系统中

电机驱动功率：

因此，本设计选用24V、500转、20W maxon RE25 大功率空心杯减速电机。

2 机器人控制系统设计

机器人控制系统分为PC终端层、CPU控制层及执行机构层三层结构（如图2-1）[3]。上层为PC终端层，负责采样数据处理及系统整体调度；控制层由主控系统、摄像头系统并列组成，主控系统负责环境信息采样并将信息上传PC，PC对其分析处理并向下发送控制协议，CCD对环境进行图像采样，将图像数据上传PC并可视化显示，图像处理使工作人员了解管道状况；执行机构层由各类执行电机组成，驱动机器人执行相应动作。

图2-1 机器人控制系统架构图

2.1 系统通信

由于环境信息采集实时性要求高，且图像信息数据量大，因此上下位机对应设计双通道通信。主CPU与PC机占用一通道；CCD图像采集占用二通道；主从CPU SPI通信。两通道并行通信。

数据以包形式通信，一包数据为16位，高八位为校验信号，低八位为数据信号。系统接收一包数据，将数据包解析，首先根据校验信号判断数据有效性，校验正确则继续接收数据，否则返回错误校验信号继续索要有效数据。数据接收采用中断方式，提高系统效率。上位机支持通信设备自动识别，人工修改配置参数等，符合实际需求。

自定义数据包协议如下：

2.2 控制策略

机器人无线通信选用ZGBee2410模块，利用其组建混合网，实现一台PC同时控制多台机器人（如图2-2）。正常状态每台机器人与PC单独通信，若因环境恶劣通信中断，机器人3秒后自动停止动作进入等待状态（图2-2中3号），此时可派出搜救机器人（图2-2中2号）向丢失机器人发送呼叫信号，直至收到其回应，利用搜救机器人做跳板，实现探测机器人与PC通信。

图2-2 控制策略架构图

3 结论

本文设计了一种柔性结构式管道探测机器人，阐述了其工作原理。整套系统遵循模块化设计原则，各模块独立工作亦可自由组合，任何一模块异常不会级联整体；柔性式机械形体，可伸缩自适应管径支撑机构，提高了环境适应力；蜗轮蜗杆传动机构，打破传统三电机模式，一个步进电机即可驱动机器人三轮行进，节省成本同时减轻机器人重量；CPU模块采用主从式控制，低端CPU实现高端CPU功能，节省成本且利于扩展；通信模块控制协议与图像数据双通道通信，控制策略采用ZGBee混合网模式，提高系统可靠性与稳定性。原理样机经设计方案论证，制作了实物样机并进行联机调试，结果表明所设计系统能正常工作。但本设计只是初步完成系统设计架构，面对复杂管道现场环境，未来有待于进一步研究，可向着人工智能、自适应自学习方向发展，将会有较大发展前景。

参考文献：