管道桥设计过程及思想

【摘要】本文通过对鹤岗矿务局集中供热工程中遇到的难点进行分析，深入讨论了利用管道桥方式进行长距离架空管道敷设中遇到的问题，并提出了解决办法。

【关键词】管道桥；抗倾覆力矩；内压

鹤岗矿务局热电厂装机规模为15MW（汽轮机N25+C25+锅炉3x75t/h；汽轮机2xC50+锅炉2x220t/h）。最大抽汽量为400t/h，按8000m2/t指标估算可供热320万m2。管网规划设计为南北两条干线。南线规划面积为198万m2，（其中有40m2为蒸汽供热，需汽改水），换热站24个。北线规划面积为27万m2，换热站7个。因资金情况，矿务局决定2000年实施南线。分期建设一期工程规划为100万m2，12个换热站。二期工程为98万m2（包括汽改水部分），12个换热站。该项目一期工程竣工时，实际供热面积为94.5万m29个换热站。经近一个采暖期的运行采暖效果良好，热网未有重大事故发生，受到业主单位的好评。以下就该项目设计、计算、施工过程中遇到的问题进行全面的总结，为以后的工作积累资料。

现就该热网工程南线的基本情况介绍如下：鹤岗为丘陵地貌。地形高差大（最大40m），鹤岗过去对城市建设缺乏统一的长期规划，市区内各种水、暖、电力、电信管网分布较乱，情况繁杂。一期工程南线管道主要的任务是向矿务局局本部所在地供暖。主干线全长11.5km。其中D1020x10长76m；820x9长5902（直埋3053m，架空2849m）；D630x8长1102m（直埋678m，地沟424m）；D529x8长558等。敷设方式有直埋、架空、地沟、涵洞、管桥、套管。补偿方式有轴向波纹补偿器、横向波纹补偿器、万向波纹补偿器、方型补偿器。阀门隔断井（房）4个。管网穿越主要公路5处，国铁1处，矿铁2处。

从设计、施工的角度看该工程的难点为管道桥。现将它的设计过程及我们遇到的的技术问题介绍如下：

熱网管线布置中有一处D820管道与四股铁路及一座路桥相交的地方，该处铁路为矿区自营铁路，它负担矿区南部三个矿井和一个大型选煤厂的煤炭、物质、人员等运输任务，运输繁忙，是矿区的铁路运输咽喉。该路桥是市区的重要交通枢纽，此处的地理位置极为重要。四股铁路中有两股为电气化铁路。该处铁路、机车划线、高低压架线、排水沟等现场情况复杂。采用何种方案及该方案的施工技术保证、经济风险、安全性等以及投产后确保铁路和管道的安全运行等方面措施，须作综合权衡比较后决定。我们根据现场情况提出三种方案：1管桥、2涵洞、3单管加强。经设计人员与业主单位实地调研后，一致认为使用管桥方案。

根据意见我们设计了一座管道桥。该桥为钢结构桥，全长46m，宽3.5m东西走向由两品桁架三个桥墩组成，每品桁架长23m为波幅结构。三个桥墩，两边为钢筋混凝土构件，中间桥墩为金属结构。桥体桁架部分两侧固定，中间滑动结构。管道安装于桁架中。

管道的固定支点和每品桁架的固定支点分设于两侧钢筋混凝土支墩，管道的滑动支架落在桁架上（见下图）。我们对管道在桥上的力学状况以及如何解决管道的受热线膨胀对桥和桥墩的影响，减小桥墩、桁架的核载，以提高桥的安全，性降低建桥成本等问题进行分析。

起初在管道设计上我们将上桥前的管道用东西两个固定支架锁定，解开两侧管道的推力。在两固定架与桥之间管道利用其空间自由补偿。桥上管道使用轴向波纹补偿器吸收轴向变形，将推力传至混凝土桥墩。根据模拟管系图进行计算，结果发现桥墩的抗倾覆力矩太大（约1000吨m），依靠钢筋混凝土墩解决该力矩将很困难。之后我们试利用桁架的拉接，即将管道推力变成整体（管道和桥）内力的作法，但由于管道热膨胀推力作用在桁架上对桁架整体稳定、造价、安全等方面产生很大影响而放弃。

基于上述失败，我们尝试修改管系的布置方式取消桥上的轴向波纹管补偿器消除了内压推为，减小推力对桥墩的作用，使力矩限制在允许的范围之内。我们将西桥墩设为管道固定点，东桥墩的固定点改为滑动点。在桥上距西固定点10m处设两台横向补偿器，吸收管系东侧横向变形，东桥墩与东管道固定支墩间设两台万向补偿器，吸收横向及纵向变形和推力。桥的西固定点与西固定支墩间依靠管道自然补偿。经上述修改后，东西两桥墩受力情况良好（约20吨m）。在初运行时发现管道的变形、桥的变形均在允许的范围。经近一年的运行，其安全性得到了证明。

管桥的下面与电气化铁路的划触线垂直间距为400cm。在电气机车高速运行时会发生崩簧情况。是否对桥采取相应绝缘措施及方法？电气专业对此进行论证及查阅有关规范后认为必须有绝缘措施。我们采用在桁架下面每股铁路上方用1cm厚电工绝缘板，U型螺栓固定方法进行绝缘保护，达到规程要求。并对桥及管网的防雷、防高压线坠落的接地保护措施进行了校核。

另外，在这里我们对涵洞方案、单管加强方案做以下总结。涵洞方案：因该处地下水较浅、施工周期长且须扒铁路而经济损失很大，而放弃。单管加强方案，因跨度大且长期在铁路的上方以及火车运行产生的剧烈震动的影响无法预测而没有使用。

通过这座桥的设计，使我们对桥的力学、管道在桥上的推力、桥与管道的合成受力、管道的布置方法有了明确的认识，积累了经验；同时，也开阔了我们的思路。

参考文献

[1]王振喜主编《管道支架设计手册》

[2]《城市热力网设计规范》CJJ34—2002

作者简介

赵锦旗 毕业于西南交通大学建筑环境与设备工程专业，现工作在中煤国际工程集团沈阳设计研究院市政工程设计所，从事暖通专业的设计工作。

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