摘　要：分析彎曲道路上燃氣管道敷設的特點，建立彎曲道路上燃氣管道敷設的數學模型，根據計算結果提出合理的管道敷設方案。

關鍵詞：彎曲道路；  燃氣管道；  管道敷設；  管道走向

Design of Gas Pipeling on Curved Roads

Abstract：The characteristics of gas pipeline laying on curved roads are analyzed，and a mathematic model of gas pipeline laying on curved roads is built．A reasonable pipeline laying scheme is put forward according to the results of the calculation．

Keywords：curved road；gas pipeline；pipeline laying；pipeline route

目前，市政燃氣管道主要沿市政道路敷設，設計中經常遇到曲率半徑較小的市政道路，受市政管線綜合規劃的限制，允許燃氣管道偏移的空間較為有限，基于此提出設計中采用合理的設計方案解決彎道上市政燃氣管道的敷設。

1　設計分析

1.1　設計依據

對于設計壓力大于1.6MPa的室外燃氣管道，設計主要依據GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》，規范明確規定，“用于改變管道走向的彎頭和彎管應符合現行國家標準GB 50251—2003《輸氣管道工程設計規范》的有關規定。”故設計中改變管道走向的彎頭和彎管應執行GB 50251—2003《輸氣管道工程設計規范》^[1]。

1.2　改變管道走向的方式

依據GB 50251—2003《輸氣管道工程沒計規范》，改變管道走向的方式主要有熱煨彎頭、冷彎彎管和彈性敷設三種方式。其中熱煨彎頭主要適用于大角度改變管道走向；冷彎彎管適用于小角度改變管道走向；彈性敷設要求采用大曲率半徑，小角度改變管道走向，一般適用于管道周邊障礙較少，地形開闊地帶的管道敷設。

2　設計方案

2.1　設計原則

①管道敷設應符合國家相關法律和沒計、施工規范的要求；

②管道敷設應滿足城市主管部門批準的城市管線綜合規劃的要求。

2.2　模型的建立及求解

以某彎曲道路上市政燃氣管道設計為例，規劃管位為圓O的部分圓弧，圓弧半徑為R，設計管位為圓O的部分內接正多邊形，相鄰樁號即為多邊形的頂點，規劃管位允許最大偏差為d，設計管位與規劃管位最大偏差即為多邊形的拱高日，彎頭或彎管間直管段長即為線段CD的長度。詳見圖1。

邊界條件：

①設計管位的偏差應在規劃許可范圍之內，拱高日應小于d，即H<d；

②彎頭或彎管的中點偏離規劃管位也應在許可范圍之內，彎頭或彎管外矢距小于d，即I<d；

③彎頭或彎管間直管段長度應滿足設計規范的要求，即線段CD長度需滿足設計規定。

根據圓內接多邊形基本理論，建立彎曲道路上燃氣管道敷設的數學模型為：

T=nqR 　　　   (1)

式中T——彎曲道路上規劃管位管道總長度，m

n——多邊形中管道所涉及的邊數

q——多邊形圓心角，rad

R——規劃管位圓弧半徑，m

式中H——設計管位與規劃管位最大偏差，m

式中L——設計每邊管道長度，m

式中I——彎頭或彎管外矢距，m

r——彎頭或彎管曲率半徑，m

將式(5)代入式(4)得：

式中b——相鄰兩彎頭或彎管彎曲段之間直管段長度，m

將式(8)代入式(7)得：

求解過程：首先計算彎曲圓弧全長，初步對彎曲圓弧n等分，確定每段圓弧對應圓心角，接著分別計算拱高、弦長、外矢距以及直管段長度，查看計算結果H、I、b是否符合要求。若不滿足，調整n，再次確定圓心角，重新計算拱高、弦長、外矢距以及直管段長度，直至滿足要求為止。

針對兩端彎曲管段和前后管道的連接段管道，可利用基本三角形知識，推導出其對應的彎曲角度。

ÐEOA=q                   (10)

ÐAEO=ÐEAO                (11)

ÐEOA+ÐAEO+ÐEAO=p        (12)

將式(10)、(11)代入式(12)，可得到：

故端點A處所需的彎頭或彎管角度為q/2，同理可得B處彎頭或彎管角度也為q/2。

2.3　實例驗證

某市政燃氣管道沿道路內邊緣敷設，規劃管位圓弧半徑R為50m，允許管位偏差d為0.5m，規劃管位對應彎曲角度為90°，管道外徑為711mm。

設計規定如下：3°與15°之間采用冷彎彎管，彎管曲率半徑r=40D(D為管道外徑)，兩端直管段長度均不得小于2m；15°以上采用熱煨彎頭，曲率半徑r=6D，兩端直管段長度均為0.5m。彎頭或者彎管之間連接直管段長度不得小于1m。

邊界條件：

①拱高即為設計管位與規劃管位的偏差應滿足H<0.5m；

②外矢距為彎頭中點與規劃管位的偏差應滿足I<0.5m；

③根據彎曲角度選用冷彎彎管，兩彎管直管段之間的長度不得小于1m，即線段CD長度應不小于5m(即b≥5m)。

上述設計中，首先計算規劃彎曲管位總長度，將其等分為6份，從而計算出規劃管道對應多邊形圓心角q為15°。于兩端點4和點8分別選取2個7.5°冷彎彎管作為與設計范圍內管道連接管段。在設計范圍內分別于E、F等點處采用5個15°冷彎彎管改變管道角度，各彎管之間采用直管段連接。

接著分別計算彎曲管道的拱高、彎管外矢距和彎管彎曲段間直管段長度，并將計算結果列于表1。

從表l中可以看出，設計管位偏差H、I滿足規劃要求，直管段長度b也滿足設計規定。

3　結語

針對彎曲道路市政燃氣管道的設計，在滿足主管部門的相關規定的前提下，設計中應結合燃氣管道的彎曲角度，在彎頭或彎管的數量和角度之間選擇合理的組合。若選擇的角度越小，設計管位就越接近規劃管位，但彎頭或彎管的數量就越多，造價越高；若選擇的角度越大，彎頭或彎管的數量相應較少，造價也會相應較低，但設計管位偏離規劃管位就越大。總之，設計中應選擇合理的轉角處理方式，保證工程實施的可行性和工程建設的經濟性。

參考文獻：

[1]李華琴，李永威，鄒濤．燃氣管道沒計中管道轉角有關問題的探討[J]．煤氣與熱力，2009，29(12)：A22-A26．

本文作者：楊小剛　張書堂　渠穎　杜建梅

作者單位：中國市政工程華北設計研究總院第四設計研究院