給水球墨鑄鐵管在綜合管廊中的設計與應用

張 丹

(常州市市政工程設計研究院有限公司，江蘇常州213003)

1 概況

2015年國務院辦公廳《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》(國辦發〔2015〕61號 )發布后，我國的管廊建設進入高速發展階段。截至目前，中國成為管廊建設里程最長的國家。電力、信息、燃氣、給水和再生水等大部分管道均可入廊敷設，入廊的管線種類根據整個區域的規劃和工程的實際需求等確定。給水管道作為壓力管且輸送的介質安全，往往和電力、信息管線作為入廊的首選管道。

2 總體布局

某工程位于常州市產城融合新區，是該區域南北向主要干道，管廊建設總長約1990 m，除雨水和污水管線外，其余管線均入管廊敷設。管廊位于道路東側的人行道下，覆土厚度約為2.5 m，位置如圖1所示。

圖1 管廊位置

入廊管線包括給水、供電、信息和燃氣，單獨設置燃氣艙，其中自來水管道管徑分2段(DN600和DN300)，綜合艙管廊的管線布置斷面形式如圖2所示。

圖2 管廊管線布置斷面

3 管材與接口形式選擇

管材的選擇是給水設計的重點，在《城市綜合管廊工程技術規范》(GB 50838—2015)中，給水管材可選用鋼管、球墨鑄鐵管、塑料管等。管材選擇首先要滿足抗腐蝕性能、承壓性能和使用安全，其次要施工和管養方便且經濟合理。針對以上3種管材的性能(表1)，其連接方式和適用范圍均不同，需通過比選決定。

表1 不同管道的性能

國內綜合管廊的給水管道較多使用鋼管，其機械強度大，耐內壓高，但耐腐蝕性能較差，壽命約在30 a左右，難以滿足綜合管廊100 a的規劃要求。鋼管可采用焊接、法蘭和溝槽連接，目前采用3PE或者涂塑復合鋼管解決了管節防腐問題，但是接口的防腐仍然存在問題，且需要設置溫度補償裝置。

球墨鑄鐵管因其方便的連接方式、良好的耐腐蝕性能和機械性能，在供水工程中使用最為廣泛，但是在管廊中的應用尚在推廣中。球墨鑄鐵管有T形接口和自錨接口，T形接口抗滑脫性能較差，在轉彎和三通處需要設置支墩；自錨接口的管道整體性好，轉彎處可不設置支墩，有效地節省了地下空間，但是價格較貴。球墨鑄鐵管的熱膨脹系數小，且每節承插管軸向允許一定的位移，不需要設置溫度補償裝置。

PE管在管廊中使用較少，其重量輕，管廊內運輸施工方便，耐腐蝕性能強，線膨脹系數比球墨鑄鐵管、鋼管高十余倍，對溫度變化較敏感。

由于管廊長期處于封閉、高濕的環境，并且球墨鑄鐵管用于地下管廊在已有較多的實際應用，如三亞海棠灣管廊、長沙高塘坪路綜合管廊等。本工程確定采用球墨鑄鐵管，在直線段使用普通T型承插接口，在轉彎和三通處采用自錨接口管，充分利用2種接口的優點，這樣既可節省工程造價和支墩的空間，同時利用承插管可以現場割接的優點，減少定制管，便于安裝。為了進一步節約空間，該工程選用最新的內自錨接口管。

4 支墩的設計

支墩的設計主要考慮管道內水壓力對管道的推力、溫度變化應力和管道的支撐，如果全線采用自錨式接口則支墩的設置和鋼管類似，這是因為全線管道形成了一個整體，需在彎頭處設置抗推力支墩，在直線段設置管道支撐支墩。如果全線使用承插口球墨鑄鐵管，除了要在每節管道設置管道支撐的支墩外，還要設置轉彎、三通等抗推力支墩。

采用式(1)計算支墩 ：

P=0.785×DE2×Fs/1000

(1)

式中 DE——管道接口設計直徑，mm；

Fs——管道設計壓力，MPa；

P——管道截面外推力標準值，kN。

管道工作壓力為0.4 MPa，管道設計壓力為0.8 MPa；彎頭的推力F=2×P×sinθ/2，三通的推力F=P。

采用2種接口組合應用的方式，在直線段T型承插口管道設置支撐支墩，在管道彎頭、三通、異徑管和堵頭等處采用內自錨連接管道，可免支墩設置。

4.1 轉彎支墩或三通支墩

在采用雙承自錨彎頭后，可在轉彎、三通等處采用自錨接口，兩側各布置1支或數支自錨接口管，將支墩沿管道軸線設置在直管段。如圖3所示，設計中在彎頭兩側各使用一段長1.5 m的自錨短管，而在2段自錨短管上設置支墩，位于自錨短管的正中間。采用自錨接口的水平彎頭和三通處，應在彎頭安裝完成后在其正下方砌磚垛支撐，防止彎頭在水和自重的作用下變形。

圖3 轉彎處支墩的設置

4.2 直線支墩

每節管道布置1個支墩，管道支墩應位于靠近承口處，每根管的支撐不應少于1個。管徑DN200～DN600支墩的位置與承口的距離Z的取值在0.4～1.1 m，DN700至DN1000的Z取值在0.5～1.2 m。

當管道中間設置短管時，需要根據短管的長度來布置支墩，短管小于1 m不設支墩；小于3 m設置1個支墩，大于3 m設置2個支墩。

5 進出管廊設計

給水支管出管廊的方法有側出廊、頂出廊和下出廊3種：當給水管道位于管廊的最外側時，可以采用側出廊，但管廊兩側回填土的密實度較難達到設計要求，影響側出廊的管道安裝；下出廊由于管廊埋深深，需要通過轉換井接至上部出來；一般工程采用上出廊的方式比較多。本工程采用自錨式球墨鑄鐵管，支管出廊盡量采用直接頂部出廊，立管均采用自錨接口，如圖4所示。

圖4 支管出廊布置

在管廊起、末端管道進出管廊采用自錨管和自錨彎頭，管廊外側設置一定長度的自錨管與管廊內管道連成整體，從而防止管道滑脫。

6 附屬設施

6.1 管道補償

以球墨鑄鐵管每節長度為6 m計算，得到每節管道的最大伸縮量為0.43 cm。承插口球墨鑄鐵管在安裝時每節管道之間都預留了1 cm的間隙，因此每個承插口存在一定的伸縮量，可以滿足溫度的補償，不需要設置溫度補償器，僅在設置閥門的地方設置伸縮接頭便于閥門的安裝。

6.2 排泥

管廊在每個防火分區內均設置集水坑，管廊采用≥2‰的縱坡，在管廊內部設置寬0.2 m、深0.1 m的排水溝，坡向集水坑，每個集水坑設置2臺潛水排污泵，1用1備，Q=40 m3/h，H=20 m。自來水管的排泥也借助該排污泵，在管廊的最低點，每2個檢修閥門之間均設置排泥閥，排入集水坑后通過泵提升至外部管道，平均排泥時間不超過6 h。

6.3 閥門設置

從管廊的安全考慮，在進、出管廊外設置手動蝶閥，在管廊內設置電動蝶閥。每個市政道路的給水支管出廊處在管廊外設置手動蝶閥，在管廊內設置電動蝶閥，而用于消火栓和其他用戶接出管的出廊支管僅在管廊內設置手動蝶閥。按照檢修要求，在管廊內每隔500～800 m設置檢修閥門，采用電動蝶閥。由于管廊的給水支管出廊均為上部，排氣閥盡量結合支管的布置設置在管廊的外部。

7 結論

① 綜合管廊給水管采用球墨鑄鐵管具有使用壽命長、施工方便等優點，直線段采用T型承插接口球墨鑄鐵管，轉彎和三通處采用內自錨接口球墨鑄鐵管，充分利用了承插口經濟、安裝便利的特點，又結合了自錨管免支墩設置的優勢，節約了安裝空間。

② 管廊的平面線型盡量采用直線型，如果需要轉彎應盡量采用標準的球墨鑄鐵管轉彎角度如11.25°等，以方便管道的安裝。

③ 鋼支墩便于施工，混凝土支墩耐腐蝕，但管廊土建施工時預留的混凝土支墩位置存在誤差，易導致管道的安裝存在一定的困難。

④ 出廊給水支管的設置應結合現狀和規劃進行預留，以減少管廊外給水管的敷設長度。