地下管道（精选11篇）
地下管道 篇1
摘要：目前地下管道的震害预测评价方法大多需要管线本身的较为精细的力学参数,而在实际的城市管网震害评估工作中此类参数并不容易获取。为了简化地下管道震害评价方法,本文基于层次分析法和数理统计耦合算法,提出了一种简化的地下管道震害评估方法-管道破坏度指数法,将该方法应用于某城市的地下管道震害评估工作并对该市7度、8度、9度地震时的地下管道震害评估进行了分析,与应用传统方法对比显示计算结果基本一致,验证了本文方法的确实可行和有效性。由于本文方法只选取影响地下管道破坏的典型因素,不仅大大简化了数据收集的工作,增加了工作效率,同时也保证了实际操作的可行性。
关键词：震害预测,管道破坏度指数,震害因子,地下管道
0前言
供水、供气、供电、通信、交通等工程设施是现代社会生产和人民生活赖以维持的基础性设施,人们形象地称之为生命线工程[1,2]。供水系统作为城市主要的生命线分支之一,在近几十年发生的多次破坏性地震中 ,无一例外地遭到严重破坏,它们一旦遭到破坏,整个社会的生产与生活就会受到严重影响,城市就会因服务功能中断而陷入瘫痪,造成生命和财产损失,这在20世纪发生的十几次大城市地震震害中已有充分的证明[3],例如:1906年美国旧金山8.3级地震,3条主要输水管道遭受破坏,城市配水管网上千处破裂,消防水源断绝,造成严重的生命财产损失;1975年海城7.3级地震,营口市150多km管道发生接头损坏、松动、管体折断等372处,平均震害率为2.35处/公里,造成管道大量漏水,严重影响生活用水、生产用水和消防用水[4];1995年日本阪神7.2级地震,神户地区供水系统严重破坏,共4 000多处水管受损,供水中断,大约73%的居民震后3天无饮用水,经过2个月的抢修,才恢复正常[5];2008年汶川8.0级地震,地震造成灾区供水设施大面积发生毁损,受损水厂156个,受损供水管道累计已达47 642.5 km[6]。
目前对于供水管道的震害评价方法主要分两大类:基于一次二阶矩理论的抗震可靠性分析方法以及基于历史震害经验的统计方法[1,7]。
基于一次二阶矩理论的抗震可靠性分析方法就是利用管道地震反应分析方法计算得到管道的地震反应,根据管道的接头破坏或应力破坏模式提出管道的极限状态方程,利用一次二阶矩方法分析得到管道的抗震可靠度。例如:Shinozuka[8]等采用概率方法,通过波动方程求得场地和管道的应变,假定其为正态随机变量,同时假定管道严重破坏和中等破坏的临界应变分别为允许极限应变和0.7倍的允许极限应变,从而得到管道的破坏概率;高小旺[9]依据波动理论对地震作用下供水管道反应的计算方法进行了分析,提出了管道处于基本完好、中等破坏及严重破坏三种工作状态及相应的变形指标,建立了基于可靠度理论的供水管道震害预测方法;韩阳[10]根据管道的震害特征,并对一系列的试验研究工作进行了综合整理,以管道接口破坏为主要破坏模式,给出了不同类型管道接口的开裂极限位移以及渗漏极限位移的均值和方差,同时分析表明在显著性水平为0.05条件下,管道接口的开裂拉力极限、开裂极限位移以及渗漏极限位移均服从正态分布。
上述理论法尝试研究了地下管道的地震破坏机理,考虑了部分参数的随机性,但地下管道的地震破坏机理仍未完全研究透彻,部分参数的取值也仍待商议。
基于历史震害经验的统计方法的基本思想则是建立单位长度内管道的平均破坏率与影响因素之间的经验函数关系,并结合历史震害资料归纳统计给出相关的经验系数,从而用于地下管道震害率的估计或抗震可靠度计算。例如:Hwang[11]等对美国Memphis市的供水管道进行震害分析时,管道平均震害率采用λ=CdCg 100.8(MMI-9)计算;王东炜[12]建议埋设管道的反应破坏为 Poisson分布或指数分布形式,失效概率计算式为:PL=1-C-λL 。
上述经验法易于应用,但缺点在于其回归公式均是在特定地震条件特定场地条件下的管道震害情况统计得出,而这些参数的确定往往具备较大的随机性,因此经验法一般仅适用于同地区复发地震的管网粗略评定。
本文在层次分析法和数理统计的基础上,提出了一种简化的方法-管道破坏度指数法。本文方法只选取影响地下管道破坏的典型因素,不仅大大简化了数据收集的工作,增加了工作效率,同时也保证了实际操作的可行性。
2地下供水管道破坏的主要影响因素
2.1地震烈度
地震烈度的大小,在一般情况下反映了地面位移和幅度,不同地震烈度对城市地下供水管道的破坏率也不相同,地震烈度越大,管道受损程度越高。根据参考文献[13]的统计数据,如图1。
2.2管道材料
地下管道的管材种类通常有钢管、石棉水泥管、铸铁管、预应力混凝土管、塑料管(如PVC管)等多种类型。分析表明:钢管的破坏与否与其受腐蚀的程度有很大关联,因而震害表现出了明显波动。就材质而言,预应力混凝土管的抗震性能最好,铸铁管次之,石棉水泥管又次之。塑料管,尤其是近年来发展起来的高强度 PVC 管,由于其较少经受地震考验,因此它的抗震性能目前尚不能确切评价。
2.3管道埋设的地质环境
1976年的唐山地震震害调查资料表明,在较低的烈度下,软弱场地的管道震害甚至有可能高于较高烈度下的坚硬场地。
这种管道的震害受场地条件强烈影响的现象在国外的一些大地震中也得到了证实:地形、地貌对管道震害的影响很重要,铺设在稳固地基上的管道比铺设在潮湿地、液状化、地质断层的管道的抗震性能好。
2.4管道接头的连接方式
接头破坏是管道破坏中最常见的破坏形式,应在设计中充分考虑。同样条件下,柔性接头管道的抗震性能比刚性接头好得多。因为前者能吸收较多的场地应变。因此管道接口应多用柔性接口,少用或不用刚性接口,在管道分支点、转弯(三通、弯头)等处,水阀、管道与构筑物的连接处,应设置柔性接头,直管段上柔性接头间距不超过100 m。
2.5管道直径
小管径管道的震害率基本上大于大管径管道的震害率。因为大管径管道的刚度大,且它与土壤接触的摩擦力大,而小管径管道与土壤的摩擦力则相对较小,故在同等条件下大管径管道的抗震性能强。
2.6管道的埋设深度
管道的埋设深度对管道震害也有影响,通常认为管道如果埋置很深时,造成的震害小。但是,考虑到受震后,难于发现受灾处,进行修理及维护管理有一定难度,因此,应因地适宜,在不同环境下,采用合理埋深。
除了上述主要因素之外,管道设计与施工水平、使用年限等也是影响管道震害的重要因素,但这方面的定量数据比较缺乏。
根据指标选取的代表性、全面性、可操作性、独立性原则,并查阅了大量震害调查分析资料和实验研究结果,确定了6个主要的影响因素,即:设防烈度,地震烈度,场地类别,接头形式,管道材料,管道直径。
3破坏度指数法破坏程度的划分
基于文献[3,14,15]的等级划分原则,本文将管道的震害划分为3种破坏状态,即基本完好,中等破坏,严重破坏。这3种破坏程度的具体描述见表2。为了便于震害预测,本文也采用这种破坏分类。用破坏度指数D来表征地下供水管道的破坏程度,并为每一级破坏对应的破坏度指数赋予一个初值,见表2。
4破坏度指数的计算
历史震害资料分析表明,埋地管道的破坏程度与上述选取的这些震害因子之间一般不存在线性关系,因此假设表征埋地管道破坏程度的破坏度指数D为:
式中:D为破坏度指数;N为参与计算的震害因子的个数;T为对应的第i个震害因子取值分类的类别数(见表3);di为修正系数;dij为符合第j项分类的第i个震害因子;mij为幂指数,当第i个震害因子的实际情况符合第j种分类时取1,其余取0。
4.1dij的确定
本文以场地类别为例,根据T L Saaty教授提出的1～9标度方法建立判断矩阵如下:
根据一致性条件uij=uik×ukj求出P的上三角中其余元素即可。具体计算如下:
同理可得:u24=7/3,u34=7/5。
将所求得的值代入P中,再根据判断矩阵为正互反矩阵的基本性质得:
将P每一列归一化得:
因此最终得到:
同理得到:
4.2di的确定
利用最小二乘法解(1)式中的各个系数,进而可以求得各个震害因子的修正系数。将同一个震害因子的各类影响系数进行归一(用其中的最小值去除各个系数)处理,并根据经验对修正系数调整,最后得到修正系数:
4.3破坏度指数D的确定
根据公式(1),可知可能的排列结果为3 600种。因为数量较大,采用概率统计方法对这些组合的分布进行估计。本文作者通过编写MATLAB程序,统计出概率分布如图4。
根据公式(1)及绘制的概率密度曲线图的分布趋势,划定管道破坏度指数:D≥0.17,地下管道破坏等级为基本完好;0.12≤D<0.17,地下管道破坏等级为中等破坏;D<0.12,地下管道破坏等级为严重破坏。
5工程算例分析
本节以某市主干供水管网为例进行供水管道的抗震可靠性分析,其中部分管道的基本参数如表4所示。
分别根据规范中的方法和本文方法计算上述14根管道的破坏程度,计算结果统计如表5所示。
由表5可以看出按照本文方法计算的结果和按规范方法计算的结果基本一致,所以本文方法可行。
6结语
本文提出了一种简化的地下管道震害评估方法,该方法中的指标易选取,可操作性强,大大提高了管道震害评估的效率,且经过与真实工程实例结果相对比,验证了本文方法的正确性及可行性。
地下管道 篇2
地下管网单位协调会议上的讲话
同志们：
今天，受民勤县城区集中供热和排水改扩建项目工程建设领导小组委托，邀请水务局、广电局、供电局、电信公司、联通公司、移动公司、热力供热应站、给排水站、燃气公司等相关单位负责人参加会议，主要是就城区集中供热工程一级网施工涉及地下管线的问题进行专题协调调度和研究部署。城区集中供热工程一级网施工地段战线长、地下障碍物多、多种管线相互交织、施工难度大、工艺要求高、建设工期紧。在破路和挖沟过程中，必然会遇到地下电缆、上下水管道、污水井等障碍，稍有不慎，就会将地下管线挖断，给企业造成损失，给群众带来不便。为了进一步提高建设工程文明施工水平，减少和防范管线事故，根据有关要求和施工现场管理相关规定，现就切实加强供热一级网工程施工中的地下管线设施保护工作提出如下要求，请各有关建设、施工、监理及管线权属单位认真执行。
一是思想观念要统一。城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础，各单位的地下管线都涉及千家万户，与城市居民的工作生活息息相关。因此。我们一定要牢固树立
全局“一盘棋”思想，全力以赴，协同作战，为工程建设构筑良好的施工环境。
二是施工方案要细化。建设单位在组织工程施工前，应向管线权属单位通报实施工程有关情况，并要求管线权属单位提交本工程范围内管线现状资料，全面摸清工程涉及区域地下管线的分布和走向，并在开工前召开由地下管线业主、施工企业、监理单位和现场安全管理等参加的专题协调会议，制定切实可靠的防护措施，对安装施工作业提出明确要求。施工单位应严格遵守操作规程，要根据现有地下管位情况编制施工组织设计，细化工程施工方案，并对管线资料进行复核，制定保护地下管线的技术措施，经建设、监理单位审定认可后方可进行施工。
三是责任分工要明确。各相关单位要在地面标注管道、线路及地下埋设物具体位置，以便于工程建设顺利进行，重要地段施工企业应及时通知相关单位人员到场指认、协调，通知而未到者一律视为地下无管线，所造成损失由地下管线业主自行承担，如未通知，盲目施工造成损失由施工企业负责。施工单位应严格按照制定的施工方案要求文明作业，因施工单位对已标明的地下管线设施保护不力，野蛮施工造成管线设备损坏的，由施工单位承担全部责任，并予以相应的行政处罚。
四是技术交底要清楚。各管线权属单位要及时向有关单位提供施工现场权属地下管线的准确资料，并做好书面交底
工作,因管线权属单位提供的地下管线现状资料内容不真实、不准确，致使部分地下管线遭到挖掘破坏的，一切损失由该管线权属单位负责。施工单位要求配合现场监护时，应及时赴现场进行监护并指导施工单位采取保护措施；发现违章施工作业或者危及管线正常运行时，应及时向施工作业单位提出书面整改意见，并指导施工作业单位采取保护措施。施工时，施工单位现场管理人员必须向直接操作人员做好保护地下管线的交底工作，施工过程中发现管线现状与交底内容资料不符合等异常情况，应立即通知建设单位和有关管线单位到场研究，商议补救措施，在未做出统一结论前，不得擅自处理或继续施工。
危险！的城市地下管道网 篇3
城市的地下管线又被称为“城市毛细血管”，是城市建设發展的重要载体和血脉。随着城市化进程的推进，我国城市地下管道的数量越来越庞大。据不完全统计，截止2011年底，我国仅供水、排水、供气、供热等市政地下管线约174万公里，其中城市地下管线约148万公里，县城地下管线约26万公里，若包括小区的地下管线，估计城市地下管线的数量超过300万公里。
过去，我国城市在建设之初不注重地下管道网的集约化建设，导致地下设施十分落后，近年来随着大量施工项目的建设，地下被反反复复地挖开，这次埋自来水管，下次埋天然气管道，再下次埋通信管线……如此这般，地下空间越来越拥挤，地表也越来越脆弱。数十家施工单位各挖各的，各埋各的，地下的管线纵横交错、杂乱无章，不仅造成有限的地下空间资源浪费现象严重，而且还给城市埋下了不定时炸弹。据不完全统计，全国每年因施工而引發的管网事故所造成的直接经济损失达50亿元，间接经济损失达400多亿元。
数量日益庞大的地下管网，其中很多都很陈旧，需要管理，随时排查隐患。但是由于其属于隐蔽工程，往往成为人们关注的盲点，在管理上，做得相当不到位。目前国内还没有统一、专门的地下管线单位立法，有关的地下管线法律规范都是散见于各类法律、行政法规、地方性法规、规章甚至其他规范性文件中。由于立法进程缓慢，导致我国地下管线的权属主体管理混乱，造成建设乱象丛生。在规划、设计、建设、施工、维护、改建中，各主管部门缺乏统一协调，往往各行其是，投资不同步，重复开挖多，
“马路拉链”现象时有發生。在工程建设和地下管线铺设施工中经常出现挖断管线，造成停水、停气和通讯中断等事故，影响城市生产和居民生活。同时，在道路拓宽改造工程建设中，还经常出现“地下无名管线”，在档案馆及相关产权单位查询不到该管线的相关资料，给工程进展造成极大影响。对城市管网的安全运行、节能、环保、防灾等埋下了巨大隐患，同时也严重影响了地下管线档案的信息化管理。
地下管线监管空白不仅影响居民生活，安全问题也日益突出。近段时间以来，深圳市因地下管道爆裂引發十余起地陷意外事故，造成数人伤亡；福建龙岩武平县一条2米多深的地下管道施工时發生塌陷，导致正在施工的一对夫妻一死一伤；广西南宁市火炬一支路人行道下的地下管道發生爆炸，炸翻近百米的人行道路面，所幸未造成人员伤亡……这一系列惨烈的事故，元凶都直指地下管道网。毋庸置疑，加强地下管线立法，为管理提供依据和保障是解决城市地下管道网安全问题的长效手段，也是必然趋势。
城市地下管道实施隧道式建设探析 篇4
我国城市的快速发展,使得相关的公共环境设施设计成为改善人民居住环境,体现城市特色的重要课题,公共环境设施的实用性构筑了人文社会与城市环境统一体。城市地下公共设施隧道是指将设置在地面、地下或架空的各类公用管线集中容纳于一体,在城市道路的地下建造一个隧道空间,将给水管、污水管、电力、供热、路灯、信号、通讯、光缆、电缆和煤气等各种管线沉降于隧道之内,并设有专门的维修口、吊装口、通风口、安全出口和监控系统,且留有空间,仅供维修人员行走于隧道之间的建筑体。实施统一规划、设计、建设和管理的地下公共设施,将彻底改变以往各个不同管道的各自建设、各自管理的零乱局面。
一座新城市的崛起,需要有众多科研部门对其进行综合论证,城市公共环境设施的设计,要着眼于向科学化、 人性化的设计过渡。在城市地下公共设施隧道的设计应用上,有必要本着统一规划、统一设计,从长计议的理念, 设计人员要具有前瞻性的思维能力。尤其是新城区的整体开发上,必须考虑到地下隧道或管廊规划和建设,这就要求在城市建设论证中,一是把对公共设施的规划纳入重要议事日程,由政府牵头,电力、通信、网通、供水、供电、供热或其他部门组成的,协调有关涉及城市地下公共设施的部门,共同协商做好地下公共设施的规划和设计工作,然后政府出台相应的配套措施,适当地进行市场化运作,并按照各部门所占的管线比例来计算成本和费用,同时计算出资额度; 二是由政府出资,由财政部门负责建设隧道或管廊,然后每年向入网单位收取一定比例的管理费用。
2政府要具备科学性、公益性和战略性的视角,使地下公共设施隧道达到最优设计、最佳走向和最大化利用
市政府要有循环经济和长期发展的战略眼光,安排必要的财政投资,从发展性、基础性、公益性、战略性的角度予以投资倾斜。在前期设计上,有必要对市场调研和论证,编制城市地下综合隧道计划书,认真做好现场规划、 定点放线、可行性论证等前期工作。政府同时还要注重协调与有关单位的交叉设计和作业问题。地下综合隧道的兴建可采用市政主导、商业参与的方式,市区主干道和地面公共设施地下的综合隧道属于市政设施范围,需要市政府的大量前期财政投入。而后续各商业性房地产设施则要区别对待,对该建筑设施已存在的地下管道,在鼓励进行综合隧道替换的基础上,也可暂时保持现状,做好与市政地下管线综合隧道的连接,不搞 “一刀切”。但对其后期的维修则加大监控力度,严禁开挖路面进行维修,从而促使其参与地下管线综合隧道的改建工作。对于新开发的楼盘,则可通过法规制度强制其修建其小型的 “地下管廊”。
在制订设计规划上,首先要考虑到地下公共设施隧道的最佳设计方案,最优走向,最大利用等因素; 其次考虑到地下公共设施规模化,如果太大浪费资金,太小又不合时宜,要用长远发展的眼光来指导设计工作; 再次要考虑到地下公共设施的深浅度,太深可能有地下水的限制,太浅还要考虑路面抗压等方面的因素,同时还要考虑到防震、防水、安全和战争的等方面的因素。笔者认为最佳设计规模应为路面的宽的1/3 ~1/2,高度为1. 8 ~2. 5米以上,其结构必须是钢筋混凝土结构,小型可采用新复合管材,其抗压强度必须达标。
3地下公共设施隧道应处理好管道线之间的 “毗邻”问题,可设计成为一条主管道多室的格局
地下公共设施隧道要科学规划、合理建设,强化管理,能有效提高地下空间资源的利用,减少各类相关事故的发生,使城市地下空间的开发、利用、建设要做到绿色利用,把地下空间的灾害预测与控制提高到一个新的层次。地下公共设施隧道要规划好管道线之间的 “毗邻” 问题,地下埋设的燃气管道,不能和电力管道同一室,如果燃气泄漏在电力室中积蓄,要考虑到电火花有可能引燃燃气; 通常情况下,燃气管道不能与供水、电力管道同室,自来水管如果漏水,进而导致燃气管或电力管受损, 在规划时,应该避免将燃气管与电力室,以及产生高温的热力管作为毗邻,设计上我们可采用一条主管道多室的格局。
我们要有效和及时掌握各类管线在地下是如何分布及布局、各自的建设走向、养护运行维护、使用的材质、运行的状态、相互之间的安全关系等方面的基础信息,还要掌握开发建设、各市政单位和房地产等相关公司提供共享信息。对地下管线的资料图纸,要进行细致的核实,全面、系统、准确地反映地下管线分布现状、运行状态、管线修改和各类管线间的相关关系的基本信息,以满足各有关行业和单位,充分利用、有效维护和意外事件处置地下公共设施隧道的需要。
4增强政府的协调能力,严格执行地下的 “交通规则”,完善地下公共设施隧道的档案管理
地下公共设施隧道分属于不同行业的单位,而且燃气、自来水、电力、通信等都与当地政府的市政系统直接联系,自来水和排水等实行的是垂直管理,因此各不同使用管线单位常各自为政。而实际上,这些管线管理不当同样构成了城市的公共安全,管线不仅仅涉及某一个单位, 而是事关全社会公共安全的大事,政府应该通过综合协调的功能,形成地下管线单位的联动机制、协调机制和有序运行机制。
政府有关部门应对地下公共设施隧道建设及日常维护实行监督与管理。政府有关管理部门在道路挖掘之初,要充分做出评估,对市区内的主干道及辅道、各地面设施的接口,各小区的地下设施的连接等制定出详细的分期规划和各项技术指标的标准化数据。在公共设施隧道建设的设计与审批程序中,就应将办理隧道管网监护手续列为前置的必须办理事项,有效避免人为因素造成隧道管网的损坏。同时对规划有建议改动权和提出意见建议权,组织对施工单位监督,对未经规划部门审批、未遵守相关规定的隧道管道施工单位进行必要处罚。
对所掌握的公共设施隧道设计、施工图纸和资料实行统一管理,力争全面、精确、可靠掌握第一手资料库,以备维护和维修之用。有必要将所有管线的布设竣工图集中起来,统一制作、存档,形成信息共享,使地下的状况变得透明,同时要建立快速、高效的应急管理机制,要加强各方面外部协调,由政府主导进行规划与管理,形成合理的布局,实现集约化利用与管理,由市政部门建立事故抢修预案,对抢修中诸如现场警戒、发布停电、气等公告, 进行统一协调,共同处置突发事件。
5地下公共设施隧道或管道兴建是一项百年大计的工程,其产生的社会价值和经济效益都将是无法估量的
地下公共设施一旦建成,将是百年大计的工程,也将是一项长久之计,在经济上可以最大化降低成本,多少年之内政府可以减少对地下城市公共设施建设的投入,减少维修费用,使用公共设施的单位可有效利用公共设施。比如对地下公共设施的添加、维护、更换等,在地下公共设施中维修人员可任意穿越,这无疑方便了施工和维修人员。对于一个城市来说则美化了环境,由于各类管线均集中设置在一条隧道内,消除了电力、路灯、信号、通信、 光缆、电缆等系统在城市上空布下的蛛网式及地面上竖立的电话线、电线杆、高压塔等阻碍城市环境的设施,避免了路面给水管、污水管和煤气管的反复开挖、降低了路面的维护保养费用、确保了道路交通功能的充分发挥,同时隧道内管线不接触土壤和地下水,避免了酸碱物质的腐蚀,延长了管线的使用寿命。
地下公共设施隧道或管道使用,使道路的地下空间得到充分有效利用,美化了城市地面空间环境,创造良好的市民和谐生活环境,有利于市政设施的抗地震、雷电、台风和冰雪等自然灾害,以至于避免发生像冰雪灾害,由于电线杆折断、倾倒和中断信息所造成的二次灾害,倘若发生火灾时,由于不存在架空电线,有利于灭火活动迅速展开,将灾害控制在最小范围内,从而有效增强城市的妨害抗灾能力。
随着城市规模的不断扩大、地面交通流量的大幅增加、公共突发事件的增多,不少城市面临土地紧张、交通拥堵、安全问题突出等影响城市持续发展的难题。城市道路地下公共设施隧道的出现,不仅有效梳理各种管线的增减,还有利于各管线的检修维护管理,是一种较为科学合理新模式,正成为衡量城市基础设施现代化水平的标志之一。实践证明,通过对城市地下空间的有序开发和利用, 走 “地表地下一体化”的城市化发展道路,将使我国城市地下公共隧道的利用走向标准化、规范化和科学化的发展轨道 !
摘要：在大中城市建设中,特别是在城市建设之初,有必要对地下管道公共设施实行最佳设计和统一规划,使地下管道公共设施成为隧道式的永久性建筑,地下公共设施隧道含有给水管、污水管、电力、供热、路灯、信号、通信、光缆、电缆和煤气管道等,这些管线集中布置在隧道或管廊内,避免了管线扩容和维修时的开挖路面,因为管线悬空存放在隧道或管廊内,有效避免了路面不均匀下沉导致的挤压,并且方便了今后对管线的养护和维修,使之成为有关单位及部门共同使用、共同享有、有效利用和有利于城市环境发展建设的地下基础公共设施。
地下管道 篇5
1.1 华北电力设计院设计的辅机循环水管道安装图（设计总说明）1.2 《工业设备及管道防腐蚀工程施工质量验收规范》GB50727-2011 1.3 《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212—2014 1.4 《电力建设安全工作规程》DL5009.1-2014 1.5 《火力发电厂保温油漆设计规程》
1.6《电力建设安全健康与环境管理工作规定》2002-01-21 1.7 《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-2011 2 工程概述和主要工程量 2.1 工程概述
本工程为辅机循环水管道内外壁防腐工程；钢管外壁及其配件外表面采用机械喷砂除锈，除锈等级达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》国家标准中规定的Sa2.5级，在无条件进行喷砂除锈时，可采用磨光机除锈，并需达到St3级。防腐层要求：采用厚浆型环氧煤沥青漆加强级防腐；管道内壁采用两道环氧富锌底漆进行防腐，除锈等级为Sa2.5级；
以后凡地下钢管道防腐作业，具体工艺做法按图纸要求执行，其他均按此作业指导书执行，不再另编作业指导书。
2.2 辅机循环水地下管道防腐主要工程量 焊接钢管 D920*10, 1110m 焊接钢管 D720*8, 36m 焊接钢管 D165*4.5, 29m 附件另计 3.进度计划 满足管道安装进度。4.施工准备工作及条件 4.1 作业人员
计划投入施工人员10人，施工技术员1人，安监员1人，质检员1名，施工负责人1名。4.2 作业机械、工具及要求
配备空压机3台，喷砂装置（5m3）1套，手提式角向磨光机4台,钢丝刷10把，2.5寸平刷20把，普通滚筒30个，9L油漆桶15个，防护眼镜10副，铲刀4把，桶钩10个，28mm修
饰刷3把，口罩20副。4.3 材料的要求
4.3.1 厚浆型环氧煤沥青漆配制前A、B两组份充分搅拌，以防色泽不均。经熟化20min后方可使用，混合好的涂料4小时用完，晴天和正常大气条件下，最长不应超过24h，以免胶凝。
4.3.2 厚浆型环氧煤沥青漆使用专用稀释剂，不得和其它稀释剂混用，以免漆料发生变质。在夏季高温条件下，底漆必须稀释后再涂刷，有利于底漆对基体的附着。
4.3.3 厚浆型环氧煤沥青漆对基体表面，要严格控制水分，要求钢材表面无结垢、霜冻、水珠。
4.3.4 多次涂刷施工，不能一次完成，要留有溶剂挥发时间。4.4 工作环境要求
4.4.1 当空气中相对湿度超过85%，环境气温低于5℃和钢板表面温度低于大气雾点以上3℃时，不得进行除锈。
4.4.2 存放涂料的仓库,设置消防灭火器材,并有明显禁火标志。4.4.3 施工现场严禁火种带入。
4.4.4 棉线、废手套等易燃物用后及时清理。
4.4.5 使用电动工具时，接线符合安规要求,随时检查用电路，防止电线磨破产生火花，分线盒装有防漏电保护器。
4.4.5 施工现场不准存放漆料，用剩漆料提回工具房。4.5 强制性条文
4.5.1 《电力建设施工及验收技术规范(锅炉机组篇)》DL/T5047-1995(编号为强制性条文编号)4.5.2 施工过程中，应及时进行检查验收；上一工序未经检查验收合格，不得进行下一工序施工。
4.5.3 油漆材质应符合技术文件的规定：施工前必须进行材质复查，合格后方可使用。5.施工程序及方法 5.1 施工作业程序：
根据设计的要求，循环水管道外防腐工艺是：图纸会审→施工准备→材料检查→管道外表面除锈处理→外表面刷一道底漆→刷一道面漆→外表面缠玻璃丝布→外表面刷两道面漆→自检、报验→验收交工。
循环水内表面防腐工艺是：图纸会审→施工准备→材料检查→管道内表面除锈处理→内
表面刷两道富锌底漆 5.2 施工作业方法 5.2.1 管道内外表面处理
表面预处理的目的是提高基体表面的清洁及一定的粗糙度，增强涂膜与基体金属的结合力以及防止金属的潜在腐蚀。
A）喷砂除锈
采用喷砂处理管道内外壁要求达到Sa2.5级标准。即钢材表面应无可见的油脂和污垢,氧化皮、锈体和油漆涂层等附着物,只允许留有点状或条纹状痕迹，焊缝处应清除飞溅物。喷砂除锈经验收合格后，要在6小时之内涂上环氧煤底漆，以防再生锈。
B）机械除锈
机械除锈采用角向磨光机除锈方式，要求除锈等级达到 St3 级标准，现出金属光泽。5.2.1油漆的施工
a)钢材除锈经检查合格后涂刷底漆，涂刷底漆前必须用洁净的空气吹扫喷砂金属面，除去浮沉等杂物。涂漆时尽可能留出钢材装配的焊缝位置，预留长度约为 150mm，以免焊接时难以清根，影响焊接质量。
b)对于钢材表面坑尘程度较大（＞ 2mm 以上），尚应拌制腻子将其补平。c)环氧煤沥青漆混合配制好拌匀后将其熟化20min，并在 4 小时内用完。d)底漆表干后固化前涂刷第一道面漆，面漆实干后固化前涂刷第二道面漆。施工时，往往在工序流程上是连续的，因此需要特别注意油漆的涂装间隔时间，保证涂装间隔在最小和最大涂装间隔之间。现场施工时，要根据涂料的性能和天气条件确定涂装的间隔时间。
e)环氧煤沥青漆作业应按随货所到的材料说明书和规范要求进行操作。
f)涂刷时，按自上而下，从左到右，先斜后直，纵横交错的方法进行涂刷。g)底漆、面漆涂刷反复次数不能过多，一般为三次，否则由于涂刷胶液分子量高，亲合力大，涂层易成卷或被拉毛，涂刷面积不易过大,应从被刷物的边按顺序快速地刷平和修饰。g)涂漆的时间间隔应符合涂料的技术要求，使漆膜溶剂充分挥发，得到干燥，否则易产生针孔，影响涂层质量。
h)漆膜厚度符合设计要求。漆膜在干燥过程中，应保持周围环境清洁，防止漆膜表面受污。
5.2.3 缠绕玻璃丝布
a)玻璃布的缠绕应在第二道面漆涂刷后立即进行。加强级环氧煤沥青防腐按要求缠绕一
层玻璃布。
b)缠玻璃丝布应先脱蜡处理后再使用，若是无蜡缠玻璃丝布可直接使用。
c)缠玻璃丝布应顺物流方向缠绕，其搭接长度不应小于50mm，并且紧贴基层，管口两端各留150mm左右裸管以便焊接，焊接完检查后再补焊口防腐。
d)缠布时如果出现鼓泡，应用小刀将其割破，然后挤出泡内空气，抹平表面。整个玻璃布的缠绕应表面均匀平整。
e)玻璃丝布缠好后涂刷第二道面漆时，用滚筒刷顺着缠布的方向均匀滚涂，避免缠玻璃丝布下面产生气泡、褶皱等缺陷。
f)涂刷完后放置自然固化24小时，待实干后可进行表面修复找补，除去表面毛刺、褶皱、气泡、空鼓、流挂等缺陷，表面如有凹坑、针孔用腻子刮平填补。
g)确无任何缺陷时进行最后一道面漆涂刷，要求表面平整光滑、无流挂、刷痕、针孔等缺陷。
5.2.4 干燥与保养
管道防腐完成后让其静置自行干燥，至少保持 8h 不能移动，使其不受淋雨、泡水，实干后方可运输。作业质量标准及保证措施 6.1 作业的质量标准
6.1.1 喷砂除锈达Sa2.5级标准，机械除锈达St3 标准。6.1.2 涂层厚度满足设计要求。厚度测量使用磁性测厚仪。
6.1.3 外观检查。涂层平整，玻璃丝布搭结牢固，漆层饱满均匀，无管锈、流挂、折皱、空鼓、漏涂等现象。
6.1.4 粘结力检查。涂层固化后七天，用小刀划三角口，切开后用力撕开破坏处的玻璃丝布与钢铁表面仍为漆层覆盖，不允许露出金属表面。
6.1.5 针孔检查。用5000v电火花检漏仪电压检查，以无漏点为合格。6.2 作业操作质量要点及措施
6.2.1 作业时，一定要注意蘸油、摊油、理油方法，蘸油时刷毛伸入油漆深度不超过其长度一半，蘸油过深易使涂料滴落和流淌，摊油时用力适中，理油时走刷要平稳，用力要均匀。底漆、面漆涂刷反复次数不能过多，否则由于涂刷胶液分子量高，亲合力大，涂层易成卷或被拉毛，涂刷面积不易过大,应从被刷物的边按顺序快速地刷平和修饰。用橡胶板及刮刀或滚筒将玻璃丝布刮平，赶走气泡。
6.2.2 保证措施
a)教育施工人员油漆涂刷均匀。
b)要求施工人员现场材料物品堆放有序，不堵塞通道，现场做到工完料净场地清。c)加强工序监督。每完成一道工序进行一次现场质量验收，上道工序未交接验收，下道工序不得施工，把影响施工质量的因素控制在萌芽状态。
d)加强对施工人员的管理，现场专人监督施工质量，严格把关。e)开工前组织全体施工人员进行技术、安全交底双签字。6.3质量通病及预防措施 6.3.1玻璃丝布起泡的预防措施
缠玻璃丝布应顺物流方向缠绕，其搭接长度不应小于50mm，尽量使玻璃丝布贴紧管壁缠紧后尽快刷漆，避免因拉力变小使玻璃丝布缠绕变松。如在施工过程中发现有起泡现象应拿剪刀剪破起泡处从新刷漆。6.3.2油漆飞溅污染设备的预防措施
在油漆施工过程中应在作业场所铺设好篷布，每天施工完毕后应及时清理施工场地搞好文明施工。7 作业成品保护及安全保证措施
7.1 成品保护措施
7.1.1处理合格的金属表面在运输和保管期间应保持洁净。如因保管不当或运输中发生再度污染或锈蚀时，其金属表面应重新处理，直至符合要求时为止。7.1.2在施工及漆膜干燥过程中严禁明火，并应防火、防尘、防污染。
7.1.3在管道的吊运、安装过程中要防止绳扣、卡具等将防腐层破坏，要采取加衬垫等防护措施。
7.1.4水压试验时，参加人员必须保护管道上的防腐层，禁止穿带铁钉的鞋在管道上来回走动；
7.1.5已完成防腐工序的管子，在运至现场的过程中及安装就位、对口时要防止防腐层的损坏，采用滚动平移，禁止滑动平移。7.2 安全保证措施
根据职业安全健康危害辨识与风险评价出的作业危险因素，制定以下防范保证措施： 7.2.1 管道内壁进行作业时，不得少于二人。7.2.2施工现场涂刷时，避免与焊花接近。
7.2.3施工开桶时严禁用铁器敲击，以免发生火灾。
7.2.4严禁携带火种进行配料和施工，施工现场严禁烟火，并放置消防器材。
7.2.5现场应具备良好的通风条件；油漆施工密集区域及地沟、容器内部必须安装通风设施。7.2.6 操作人员在施工中感到头痛、心慌，应立即离开作业地点，到通风处换空气，以防中毒。
7.2.7 在涂刷或喷浆油漆时，施工人员要佩戴防毒面具、口罩、密闭式眼镜，教育施工人员必须正确佩戴防护用品用具。操作人员站在风头，无关人员远离喷涂现场。7.2.8 油漆施工完必须将脸、手等部位清洗干净。
7.2.9 喷砂前,应检查喷砂设备、管道、压力表等一切正常方可开车。操作时，待操作人员拿好喷枪并发出信号后方可将压缩空气送入喷砂设备。操作终了或中途停车时，应将喷砂管内压缩空气泄压后才允许放下喷枪。施工完毕或操作人员离岗时，必须关闭机械、阀门，切断电源。
7.2.10 施工前，对施工人员进行全面安全技术交底和签字工作。
7.2.1
1加强对职工的安全教育工作，对全体职工特别是青工、民工组织学习“安全操作规程”和“安全管理规定”，并经考试合格后上岗。
7.2.1
2安全技术措施严格执行审批手续，安全措施一经批准，不随意更改。7.2.1
3安监员现场监督检查，制止违章行为发生。
7.2.1
4严格执行各项安全文明施工的制度和规定，保持现场干净整洁。
7.2.1
5加强施工用电管理，严格按三相五线制，一机一闸一保护，对电源盘、电线、闸箱漏电保护器等经常检查，不留隐患。
7.2.16 管道内防腐时，照明应采用符合安全要求的低压灯，电缆线在管道内部分要采用保护措施，以防电缆碰伤触电。8.环境管理措施 8.1 一般环境保护措施
8.1.1 保持施工现场的清洁卫生。
8.1.2 所用油漆桶应集中清运，不得随意丢弃。8.1.3 现场材料分类堆放。
8.1.4 喷砂场地四周搭设脚手架，脚手架高度为3.5m，脚手架搭设应规范、合理；喷砂时，喷砂的管道上方搭设架子并用彩条布或篷布覆盖，避免石英砂污染环境。9.应急响应措施
9.1 遇有大风大雪天气停止施工。9.2 施工道路保持畅通，场地平整。
9.3 施工时现场设专人监护，发现有安全隐患立即停止作业，排除危情后再进行后续工作。9.4 现场要与项目部消防及卫生所保持联系，遇有紧急情况要立即展开救援。9.5 应急地点：设置在3#锅炉零米。9.6 应急小分队成员：
队 长：
副队长：
地下管道 篇6
王女士于2008年购买A房地产开发公司出售的别墅一套，入住后发现室内潮湿，尤其是地下室。2009年，王女士发现地下室墙面渗水，向物业公司报修，但物业公司未能成功维修，同年某日，地下室室内所有房间积存了约50cm深的污水，物业公司将污水排出，但仍未查明原因。无奈之下，王女士向法院起诉了A房地产开发公司，要求其对房屋质量问题进行维修，并赔偿经济损失。
司法鉴定
法院在审理该案件时，委托北京市建筑工程研究院建设工程质量司法鉴定中心对涉案房屋地下室进水原因进行鉴定，并出具修复方案。
接受委托后，鉴定中心技术人员到现场进行勘验，发现王女士家中地下室墙体有渗水痕迹、墙体局部发霉。地下室里的洗衣房采光井为露天式，上方有一根雨水排出管，采光井正下方有一地漏用于排放雨水。现场对洗衣房采光井地漏进行灌水勘验，发现小区内一污水井有水流出，地漏排出的水进入小区市政污水管道。此种管道连接方式不符合GB 50242—2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》中第5.3.4条“雨水管道不得与污水管道相连接”的相关规定。对涉案房屋周围的3个污水井（其中A污水井为涉案房屋污水管线进入小区排水管网的污水井）标高进行测量，结果见图1。根据污水井标高实测结果计算得出排水坡度仅为0.004，坡度太小。
根据现场实际勘验情况、对比原管网设计的竣工图纸发现，涉案房屋污水管线未按图纸要求，直接接入了小区市政管网；实际连接时增加了管线长度，使得管线坡度减小，从而造成排水不顺畅，当雨水进入污水管线后便会倒流通过地漏造成涉案房屋地下室进水。
法院判决
地下管道 篇7
我国是一个水资源总量丰富的国家,为2 7957.9亿m３,占全球水资源的6%,但人均占有量仅为2 100m３,不到全球人均水平的1/4［１］。我国平均年缺水量达到400 亿m３多,有近2/3 的城市存在不同程度的缺水。水资源短缺形势严峻,而与其相矛盾的是,我国水资源开发过度、利用粗放等现象特别凸显,尤其是占用水总量63.4%的农业用水使用率较低［２］。在农业用水中,农田灌溉是最大用水项,年用水量3 304亿m３,占到农业用水量的90.2%［３］;传统的大水漫灌方式使得我国农田灌溉有效水利用系数仅为0.523,而发达国家已经达到0.7甚至0.9［４－５］。现代化节水灌溉技术将是提高农业灌溉水有效利用系数及节约水资源的有效途径和发展趋势。
微灌技术是一种新型的农田节水灌溉技术,包括滴灌、微喷灌、脉冲微喷灌、小管出流灌和渗灌等［４］。地下滴灌是在微灌技术日益完善的基础上发展而来的一种高效节水灌溉技术［６］。其工作过程为:水经过地下毛管上的灌水器慢慢流出,渗入到邻近的土壤当中,凭借毛细作用将水分输送至农作物根部供其吸收并加以利用［７］。与其他节水技术相比,农田地下滴灌能够把灌溉水的深层渗漏和地表蒸发减少到最低程度,且可以随水施肥,增产效果显著［８］。研究表明:地下滴灌技术对农田灌溉水的利用效率高达90%［９－１１］,同时具有节约能源、节省人力、浇灌均匀且能够适应不同土壤条件和地形变化等优点,在农田灌溉中应用越来越广泛［１２－１４］。
但迄今为止,农田地下滴灌的堵塞问题依然是制约滴灌技术发展的主要因素。引起农田地下滴灌管道堵塞的原因很复杂,除了地表滴灌常见的物理、化学和生物堵塞外,负压吸泥和根系入侵也可能引发滴灌管道堵塞［１５］。滴灌管堵塞会降低整个滴灌系统的灌水质量,严重影响滴灌系统运行效果和稳定性。为此,设计研究了一种能够快速、实时检测农田地下滴灌管堵塞情况的装置。该装置以单片机为控制核心,采用PHTS-5V-V2湿度传感器采集农作物根部土壤湿度,并根据所测土壤湿度值判断滴灌管道堵塞情况,为农田地下滴灌系统的运行管理提供技术支持。
1 系统总体设计
本文设计的基于植物根部土壤湿度检测的滴管堵塞巡检装置可实现土壤湿度采集、数据处理、显示、传送及存储等功能,并且能够进行湿度报警。该装置主要由数据采集模块、时钟模块、数据存储模块、报警功能模块、输入输出模块和数据传送功能模块组成,系统功能如图1所示。
系统工作原理:土壤湿度传感器将采集到的土壤湿度信号传送至单片机内部的A/D转换器进行转换,转换后的数字信号由单片机进行处理,单片机通过控制内部存储器将采集到的湿度值与时间同时存储下来,并将结果发送至显示器进行显示。当检测到的湿度值低于系统设定阈值时,系统会报警。存储后的数据可通过串口传至上位机,并可以在计算机内进行分析与统计,为指导滴灌生产提供依据。
2 系统硬件设计
该装置以STC90C58AD为主控芯片。前端的数据采集模块将湿度传感器采集到的模拟信号传输至单片机,由STC90C58AD的AD转换器转换为数字信号并存储在单片机内,存储的同时读取时钟芯片的时间值一并存储,即可记录采集时间。测试所得土壤湿度值经公式换算后(见表3)在LCD上实时显示。采集到的数据需要与预存的报警阈值进行比较,如超过阈值,则输出报警信号。各模块电路设计以及和主芯片连接电路图如图2所示。
2.1 温度采集电路模块
本装置采用的传感器是由武汉新普惠公司生产的PHTS-5V-V2土壤湿度传感器。传感器测量范围0 !100% ,准确度3% ,分辨率0.1% ,输出信号0 !2.5V,工作温度-50!80℃,负载电阻≥1kΩ,采用5V直流电源供电。该传感器具有灵敏度高、准确快速、稳定可靠等优点,完全能够满足设计要求。传感器与单片机连接电路如图3所示。
2.2 显示模块设计
本系统需要显示土壤湿度值及采样时间,并采用QC-1602LCD液晶显示器对采集到的数据进行实时显示,工作电压为4.5~5.5V,具有工作可靠、体积小及性价比高等特点。
单片机的P2.5、P2.6和P2.7引脚分别连接液晶显示器的使能端、读/写选择端和数据/命令选择端。为了调节液晶显示器的亮度,在液晶显示器的VO引脚接入一个可变电阻。因为单片机的P1口上电后为开漏输出,因此在液晶显示器的数据口并联一个10kΩ 排阻作为上拉电阻。
2.3 时钟模块设计
系统采用DS1302 时钟芯片为系统提供时间,通过单片机控制显示器来显示当前测试土壤湿度的时间。DS1302与单片机采用同步串行的方式进行通信,由P3.5、P3.6和P3.7引脚分别控制DS1302 的RES复位端、I/O数据端及SLCk串行时钟端。DS1302的电路图如图4所示。
2.4 按键模块设计
本模块所要实现的功能是设置系统时间。 装置共设置4个按键,分别为K1、K2、K3、K4。K1表示系统确认键,K2 为调整时分秒及年月日的切换键,K3为加1键,K4为减1 键。单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口分别控制按键K1、K2、K3、K4。系统设定第1次上电时的初始化时间和日期,通过按键K1、K2、K3、K4可以调整时间和日期,还可以修改存入存储器内的土壤湿度最大、最小值。
2.5 报警模块设计
报警模块功能即当所采集的土壤湿度值小于设定阈值时进行报警提示,系统采用声音报警的方式,由单片机P3.2口对报警电路进行控制。当单片机输出低电平时,Q1 导通,蜂鸣器发出报警,说明土壤湿度低于设定的阈值,此时需要对所采集土壤部位的滴灌管道进行检查。
3 系统软件设计
本系统程序设计采用的集成开发环境为Keil-μVision4,主要包括主程序、土壤湿度采集程序及时钟程序等。
3.1 主程序设计
系统开始运行后进入预先设定的日期时间界面,接着系统会进行按键检测。当有按键输入时,系统会根据输入的按键调整时间;如果检测不到按键输入,系统会一直采集数据。对采集到的电压信号单片机ADC模块将其转换成数字量,并将数字量转换成对应的湿度值显示。通过人工的方法判断该数据是否正常:若正常,则进行数据存储;否则,系统会报警。主程序流程图如图5所示。
3.2 数据采集程序设计
该模块主要实现土壤湿度的采集和对数据的处理。传感器采集到数据后由单片机内部A/D转换器进行转换,本文仅采用一个湿度传感器,所以仅由P1.0端口进行转换即可。数据采集流程图如图6所示。
4 试验结果及分析
所研制的装置实物图如图7所示。
4.1 试验操作
首先,为了验证土壤含水率与土壤湿度之间的对应关系,配制了不同含水率的土壤样品,并测定其湿度值,结果如表1所示。从表1土壤含水率与土壤湿度的对照可以看出:二者呈近似正比关系,即可以用测试土壤湿度的方法来代替以往测试土壤含水率的方法。土壤含水率的测量存在取样、称量、烘干等一系列比较复杂和费时费力的工序,而利用该便携式仪器可以快速、准确地确定地下滴灌堵塞情况,如图8所示。
%
其次,根据农作物在正常生长状态下灌水周期为4!7天的情况,在滴灌区选取滴灌管埋在土下20cm深处、灌溉周期为5天的玉米田地进行土样采集。分别选取灌溉后3h,灌溉后1、2、3、4 天,以及灌溉前的土样进行湿度测量。对所采土样湿度值分别用本装置和烘干法进行测量,测量结果如表2所示。测试出不同样品的湿度值和含水率符合表1的结果,说明在滴管堵塞测量上利用土壤湿度值的测量完全可以取代以往含水率的测量。在实际应用中,如果在同一管线上测试值偏差超过一定阈值(即某一区域的湿度值与管线上其他地方湿度值的偏差,程序设置为20%),则基本可以确定该处地下滴灌管喷嘴已堵塞。
%
4.2 误差分析
表3是PHTS-5V-V2土壤湿度传感器测试模拟电压与湿度值之间的转换公式。传感器厂家给定的测量误差为小于3%,该误差是由传感器器件材料导致的,无法通过外界条件消除。因此,在现有条件下,保证传感器的测量精度主要是提高供电电源的稳定性。为此,本装置将图8中的5节1.5V电池替换为9V干电池。更换后的电源使用寿命长,电压稳定性较好,经验证可以满足试验要求。此外,本装置在设计电源模块时,选择7805集成稳压模块将9V电压稳压至5V电压,进一步确保供电电压的稳定性。当然,在实际使用时还应养成随时关机的良好习惯,以增加电池使用寿命。
对不同质地土壤湿度,PHTS-5V-V2传感器所测的值具有一定的偏差。为此,可以通过测量不同质地下干土壤的导电率,对传感器进行修正。如果测得的干土壤导电率偏高,则将转换公式中的系数67.51调高,或者将系数4.105调低。其中,前者为大幅度调整,后者为微调;反之,如果所测干土壤导电率偏低,则调低系数67.51.或者调高系数4.105,从而消除不同质地土壤下PHTS-5V-V2传感器测量值的误差。
5 结论
地下管道瞬态瑞雷波信号响应分析 篇8
瑞雷波测试分析技术已在工程地质勘察中得到了广泛应用,目前主要针对成层地质条件进行地层与波速划分[1]。但对于类似地下管道等局部异常地质结构尚缺乏瑞雷波测试分析的理论基础,实际工程中,测试人员常习惯采用单道振动映像法测试地下管道,并认为是纵波反射。瑞雷波是一种与传播方向逆进的椭圆极化波,由于其振动的复杂性,人们还难以直观分析其遇到类似地下管道结构的信号特征,这限制了该方法在实际工程中的应用。与纵波相比,瑞雷波具有能量强的显著特点,探讨地下管道等局部地质结构瑞雷波响应的信号特征[2],具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文借助ANSYS /LS-DYNA有限元分析软件模拟了瑞雷波遇到地下管道的动力响应特征。成功解决了有限元数值模拟中模型尺寸的确定、震源模型的选择、网格尺寸的划分、边界条件设置和数据格式的转储等问题。通过一系列不同工况条件下的有限元模型计算,并结合工程实例,总结了管道参数对瑞雷波信号响应的影响规律。
1瑞雷波的理论基础
根据瑞雷波的物理场论分析[3],考虑介质特性对波的影响且只研究波的传播问题,在均匀、各向同性的理想弹性介质中,瑞雷波的波动方程为:
其中:
式中: B为任意常数; u为沿自由表面的水平振动位移; w为地层深度方向的垂直振动位移; VR为瑞雷波波速; VP为纵波波速; VS为横波波速; ω 为圆频率。
由此可见,瑞雷波的质点位移由水平方向振动u和垂直方向振动w所组成,且质点的垂直位移比水平位移相位超前 π/2,振幅大小也不同。所以, 瑞雷波是介质质点沿椭圆轨道运动的极化波。
2有限元模型的建立与参数选择
2.1有限元弹性动力学基础
有限元数值模拟瑞雷波探测地下管道的过程, 应用ANSYS的瞬态动力学模块和LS-DYNA程序包中的显式动力学方法。瞬态动力学分析是一种计算承受随时间变化荷载作用结构的动力学响应数值模拟方法。分析求解的基本方程如下[4]:
式中:
式中: u ( x,y,t) 和w ( x,y,t) 的方程由 ( 1) 式表示; M为质量矩阵; C为阻尼矩阵; K为刚度矩阵; F ( t) 为载荷向量矩阵; U为节点位移向量矩阵。
在求解时,当任意给定时间t,可以将方程看
作一系列 考虑了阻 尼力(C∂U/∂T)和惯性力 (M∂2U/∂t2)的静力学平衡方程。所以,有限元程序就可以利用Newmark时间积分方法对其在离散的时间点上求解上述方程。
2.2几何模型尺寸的确定
由于瑞雷波勘测结果反映的是沿测线所在剖面的地层结构信息,只需模拟半无限均匀空间的平面应变问题,因此选择二维模型。
在野外进行瑞雷波勘探时,边界是无穷远的, 但有限元建模时的模型尺寸不可能无穷大。模型尺寸的选择,既不能过大,使计算数据量超出计算机要求; 又不能太小,出现边界反射波,降低信噪比。所以,根据弹性介质的参数、瑞雷波波动方程和传播特性[5],假设炮点位于坐标原点 ( 如图1所示) ,可以推导出震源距离边界的最小长度,即模型最小几何尺寸为:
其中: L为震源距边界的最小尺寸; of为偏移距; t为采样间隔; n为采样点数; csp为道间距; x为采集道数 。
2.3震源模型选择
施加载荷时,需要选择一种激震力来模拟激发瑞雷波的冲击震源 ( 即锤击震源) 。锤击产生的波由多种地震子波组成,故选择震源形式时,最好选择一个时间脉冲函数子波,其频谱要高于中心频率,且要迅速减少。雷克子波满足上述要求,模拟结果精度很高,且波形与野外实测波形非常接近。 其具体形式为:
式中: A为激振力最大振幅,用来调整激振力大小; f为中心频率,用以变换频带宽度。经试算,t0取为0. 01s,f = 10Hz的波形如图2所示。
2.4网格尺寸的划分
有限元模拟时,在设置的参数及积分步长满足稳定性的前提下,网格尺寸和震源频谱特性是导致高频振荡误差产生的主要因素。所谓高频振荡[6], 是指在波的传播过程中,介质质点速度及加速度波形围绕某一基线上、下波动,且这一波动频率必须位于波形频谱的 “ 主瓣 ” 之外 。 所以,网格划分对模拟得到的瑞雷波的频散分析精度影响较大,会产生 “ 假 ” 的频散现象 。 同时,网格尺寸对占用磁盘空间 、 计算收敛性都起着重要作用 。
网格单元尺寸由波长 Δx决定: Δx < λT/π , λT为周期T的谐波在连续介质中的波长。在地下管道标准模型基础上改变网格尺寸,模拟结果对比分析得出, 计算时间充足、计算机内存允许的情况下,几何模型较小时,网格尺寸取值为波长的1 /10; 几何模型较大时,网格尺寸取波长的1 /5即可满足模拟的精度要求,即网格尺寸对频散分析的结果没有干扰。
2.5ANSYS边界条件的设置
根据刘晶波等[7]的研究成果,ANSYS有限元软件采用在边界上设置COMBIN14单元,形成粘弹性边界条件,有效吸收边界反射波。二维模型的粘弹性边界设置原理如图3所示。
图中 “i”为边界节点,在其上施加固定约束; “j”为加载节点,在其上施加纵向和切向约束; KBN、KBT分别为弹簧的法向与切向刚度; CBN、CBT分别为弹簧的法向与切向阻尼系数,上述各参量按以下公式取值[8]:
式中: R为震源至人工边界点的距离; αT与 αN分别为切向与法向粘弹性人工边界参数,αT取值范围为 ( 0. 35,0. 65) ,αN取值范围为 ( 0. 8,1. 2) ; μ 为介质的泊松比; E为弹性模量; ρ 为密度。
现分别将波速为500m/s、1000m/s、1500m/s、 2000m / s的地质体模型的边界设置成粘弹性边界, 并将原截断边界模 型尺寸分别缩 小为原尺寸 的25% 、40% 、50% 、60% 、80% 。将设置为粘弹性边界的模型模拟结果与原尺寸模型的模拟结果进行对比,埋深误差统计如图4所示。
由图4可知,当模型缩小不小于原尺寸的60% 时,不同波速介质模型的结果误差均小于5% ,可以满足模拟精度要求,同时可显著提高计算效率, 故模型缩小至原尺寸的60% 较为合适。
某一检波点的动位移时程曲线如图5所示,曲线较为平滑,可见粘弹性边界条件有效吸收了边界反射波。
2.6LS-DYNA数值模拟方法
LS-DYNA程序包的显式算法特别适合于分析各种非线性结构瞬态动力学问题。其模拟地球动力学系统时,经常要用一个有限域来表示地下空间或大块岩体。对这类问题,为避免边界反射波对求解域的影响,可以对有限域表面施加无反射边界条件来模拟无限大空间。
无反射边界条件通过边界表面节点组元施加, 可选择设置膨胀波和剪切波被吸收选项。提取与ANSYS模拟相同检波点的时程曲线,如图6所示。 与ANSYS模拟的时程曲线相比,边界反射波抑制效果比较理想,也能满足信噪比要求,而且建模更加简捷,运算量更小。
综合上述分析,最终建立的理想模型为: 震源位于坐标中点,X轴为自由表面,沿Y轴负方向为VP= 1000m / s的均匀地层,地层密度 ρ = 2300kg / m3, 弹性模量E = 1. 64 × 109Pa,泊松比 μ = 0. 32,管道直径为3m,埋深为5m。结构层选取PLANE162单元,根据 ( 5) 式得模型最小尺寸为150m。模拟得到的瑞雷波传播过程中某一时间的切片效果图,如图7所示。
图7反映了瑞雷波场的时—空传播特征,从波传播特征动态效果图可以看出,模拟得到的是一种地滚波,沿介质和大气层接触的自由表面传播,在水平方向上衰减很慢,振幅随深度急剧衰减,在管道处有反射和散射现象,主要能量大部分集中在浅层。这些波的传播特征与瑞雷波完全一致,证明本文有限元模拟方法的正确性和可行性。
3模拟数据格式转换
在上述研究的基础上,根据瑞雷波勘测野外工作方法,建立了两套数据采集系统模型: 模型一为单点激发,偏移距6m,采集道数为24道,道间距1m ( 即网格大小为1m × 1m) ,采样间隔t = 2ms, 采样点数n = 2048个; 模型二为炮点和检波器保持不变的偏移距 ( 3m) ,沿一条测线以1m的步距向前移动24次,其他参数不变。由于模型二较为复杂且计算量巨大,笔者借助国家超级计算机天津中心的 “天河一号”完成相关计算。具体数值模拟模型分别如图8、图9所示。
图8、图9中节点的垂直位移,相当于实际探测中24个检波器的地震记录数据。本文采用专业面波数据处理软件对模拟得到的瑞雷波地下管道勘测数据进行解释。地震数据处理软件识别的标准地震数据采 用SEG协会 《SEG-D Rev2,SEG Field Tape Standards》[9]行业标准的SEG-Y格式进行储存和管理。
在研究了SEG-Y数据格式的文件头和数据体结构形式后,首先利用MATLAB软件[10]编写数据格式转储程序,把文本文档 ( * . txt) 格式的各道模拟地震数据集合转换为SEG-Y格式的文件; 然后用专业面波处理软件对管道数值模拟地震数据进行分析,其结果见图10和图11,图中箭头所指区域均为瑞雷波遇到管道的反射信号。
图10中,模型一的模拟结果产生了反射信号, 但其地震道波形不规则,可通过解释F-V频散分析得到的频散曲线,来判断管道的敷设信息; 图11中,模型二的模拟结果产生了明显、规则的弧形反射信号带,可通过这种地震道波形特征判断管道敷设信息。
4地下管道的瑞雷波频散分析
在均匀半无限弹性介质中,瑞雷波不存在频散现象,即瑞雷波波速不随深度变化。然而,在实际非均匀地下介质结构中,瑞雷波的传播速度与介质物理力学性质密切相关,其存在频散,其与频率的关系曲线称为瑞雷波的频散曲线[11]。
大量工程实践发现,频散曲线上出现的突变或 “ 之 ” 字型折曲是由地层分界面或地下异常体 ( 如管道 、 地下空洞) 等引起的[3]。 结合频散曲线的速度 — 深度剖面V R -H转换 、 层速度求取,可判读管道的埋深和管径大小 。 图12即为模拟分析得到的频散曲线: 在5m深度处,首次出现 “ 之 ” 字型折曲,其为遇到地下管道管顶的信号响应; 在大约9m处,频散曲线又出现突变,说明其为管底的信号响应 。 所有地下管道的数值模拟结果的频散曲线中,在地下管道埋深处都会出现 “ 之 ” 字型折曲, 说明这确实是判断管道敷设信息的信号频散响应特征 。
5管径大小和管道形状对瑞雷波反射弧形信号的影响规律
数值模拟研究已经证实,瑞雷波法勘查地下管道时,多道瑞雷波地震道波形集合中会出现弧形反射信号带。为了研究管径大小和管道形状与弧形反射带形状之间的关系,本文建立了直径分别为1m、 4m、8m的三个圆形管道和一个边长为4m的方形管道的有限元模型,埋深均为5m,其他参数相同, 模拟得到瑞雷波反射波形如图13所示。
从图13可看到: 在相同管道形状和激震主频条件下,管径越大,弧型反射信号带的弧度越大 ( 即弧形越平缓) ; 而管道形状对弧形反射带的形状基本没有影响,方形管道信号与圆形管道相比,强度有所提高,弧形较平缓。管道范围内的地震道, 在管顶弧形反射信号带下发生明显的 “S形” 折曲,由有 “S形” 折曲地震道道数可判断管径大小; 直径1m的管道没有反射信号产生,主要是道间距相对于管道过大的原因。
6工程实例分析
结合上述理论分析成果,在天津滨海新区某顶管施工路径线两侧各10m条带状范围内地下障碍物和管道综合物探勘探工程中,采用瑞雷波法成功发现多条不同形式地下管道的弧形反射带。综合探地雷达测试技术、孔中磁测技术和钻孔取样的探测结果,最终验证了瑞雷波法确定的管道水平位置和埋深满足精度要求。现对各实测信号响应波形图进行逐一分析。
实测结果1: 图14是埋深1. 5m左右的圆形混凝土污水管道波形图,在43 ~ 55道之间,地震道集合中有明显的弧形反射带,且反射弧比较尖锐 ( 弧度小) ,信号响应特征明显。
实测结果2: 图15为一条埋深2m左右的方形排水管道波形图,在135 ~ 143道之间,图中弧形反射比较平缓,受周围地层紊乱信号影响,对该弧形反射信号识别有一定难度,但结合数值结果中的 “S” 形折曲的特征信号,成功发现了 管道反射信号。
实测结果3: 图16是埋深大约为5m的圆形天然气管道的波形图,在69 ~ 77道之间,因埋深较大,弧形反射较为平缓,信号响应较前两个更加不易识别,但也有明显的 “S”形折曲波形。
综合上述三种管道的信号响应特征,与数值模拟得到的信号规律相符: 瑞雷波遇管道有弧形反射信号出现,且信号弧度与管道埋深和管道形状有关,综合弧形反射带和 “S”形折曲的信号响应特征,能够较为准确地找出目标管道,并判断其敷设信息。可见,本文前述数值模拟理论成果在实际工程中具有一定的适用性。
7结论
本文应用有限元法实现了瑞雷波勘测地下管道的数值模拟,提出了截断边界模型尺寸公式,震源选择雷克子波,给定了网格划分依据,分别采用粘弹性边界条件和吸收边界条件来抑制边界反射波干扰。通过MATLAB编程,把模拟的地震数据转储为地震数据处理软件识别的SEG-Y格式,进而生成了瑞雷波地震波形,提取了频散曲线,用工程实例证明了该数值方法的可行性。
通过有限元数值模拟和实际勘察工程的对比分析,发现瑞雷波遇地下管道等局部地质结构时有弧形反射特征响应信号产生,并得出以下结论。
( 1) 当目标管线埋深不变时,瑞雷波遇管道的弧形反射信号带的弧度随管径的增加而增大。
( 2) 当管径大小和形状不变时,弧形反射信号带的弧度随管道埋深增加而增大。
( 3) 实测地震波形图中,由于地层环境复杂, 干扰信号较多,为提高信噪比,需要选择合适的采集窗口 ( 即选取合适的偏移距) 。
( 4) 为了提高分辨率,应适当提高震源主频和缩小道间距。
( 5) 后处理过程中,选取相应带宽滤波,以消除地层杂波影响,使弧形反射信号更加明显。
地下管道 篇9
一、分质排水是前提
分质排水是相对于分质供水而提出来的, 分质供水在我国有些地区已经推广, 即日常饮用水用自来水供水, 卫生用水用中水供水。从排水的角度看, 冲厕水和洗衣、洗浴用水来比所占比重并不大, 但确是城市污水的重大污染源。冲厕水和大量洗浴, 洗衣用水混合排放给污水处理提高了难度。如果采用冲厕水和其他生活污水分开排放可使污水处理的难度大大降低。纯冲厕水洗涤剂含量少, 可作为沼气发酵的原料, 通过专用的管线输送到沼气发酵区发酵产生沼气。产生的沼气也可集中用来发电或者再通过地下综合走廊输送到各家各户。其他大量的生活污水能更容易处理成中水并回收利用。
二、地下走廊综合结构
从便于维修的方面考虑, 本文设计的地下综合走廊布局截面示意图如图1所示。其中包括自来水管道, 中水管道, 雨水管道, 生活污水管道, 冲厕废水管道, 工业废水管道, 天然气管道, 电缆及各类通信光缆, 照明与检测设备。走廊顶部装有维修用的吊装设备, 可全线运行。
从工程规划角度考虑, 以给排水管道线路布局为例, 发酵原料从各家各户出发, 到沼气集中处理场所, 设计的线路布局方案如图2所示。
三、实施与运行
改分质排放系统是采用全线密封, 逐级加压的输送方式, 它有管道利用效率高, 通行能力大的特点。因此, 管道直径可以比现行管道直径小, 节约大量钢材, 减轻施工与维修的劳动强度。
自来水管道中水管道雨水管道生活污水管道5.冲厕废水管道6.工业废水管道7.天然气管道8.电缆9.通信光缆10.通风道11.吊装设备12.照明设备13.监测设备14.通信电缆15.备用支架
为了方便排水系统的维护与检修, 在维护与检修时不影响居民日常生活, 从住户单元接出的管道都采用双管路设计。可以单独运行, 也可以同时运行。冲厕废水管路可以选用排污泵, 中水处理管路可采用管道离心泵。为了便于维修, 管道采用分段设计。设计2类管道:一类是普通管道, 一类是带有维修口的管道。管径按当地排污负荷计算。分段管道间采用法兰盘连接, 可以便于更换和维修。
地下管道 篇10
一、某实例地下排水管道工程概况和采取方案介绍
某工程主要铺设管径为1 500 mm的管道, 且其中一些管道的埋深比较大。结合多年的排水管道经验, 根据现场的工程实际条件, 挖槽深度比4 m小, 施工方案应选择明开槽施工, 边坡比例为1:1, 必要情况下采取木支撑施工, 以确保工程施工的顺利安全开展。
木支撑开槽施工一般选择DNl20无缝钢管, 垂直距离在1~1.2 m之间, 水平距离超过2.5 m, 最后一道应高于基面20 cm, 下管替撑也应高于管顶20 cm。每块立木必须由两根撑杠进行支撑, 如果是临时点撑, 则应用扒锯把立木上部牢牢钉紧, 避免转动脱落。此外, 检查井必须保证四面支撑, 注意做好撑板在转角位置的严密拼接工作, 避免泥土发生脱落时堵塞排水沟的情况。
二、市政工程地下排水管道的施工工艺要点
市政管道的施工工艺要点包括:一是测量定线, 二是开挖沟槽, 三是排水施工, 四是进行管道的基础处理, 五是安装管道, 六是进行检查井的砌筑施工, 七是沟槽回填。
三、市政工程地下排水管道的具体施工方法介绍
1. 测量定线
对标定管道的具体位置进行准确测量, 并和施工现场的各管线单位的负责工作人员确定地下管线位置, 并采取有效、恰当的保护措施, 同时测量放线标定沟槽的开挖宽度、检查井和支撑桩的所处位置。
2. 开挖沟槽
开挖沟槽的主要施工方法是人工配合、机械挖土。一是保留高于槽底设计标高0.2 m的全部原状土。二是管道铺设前, 通过人工进行清底处理, 禁止扰动天然地基, 超挖部位必须及时回填, 回填材料选择10~15 mm最大粒径的级配碎石。三是做好沟槽边裂缝的防护处理, 防止发生漏水而影响沟槽壁的稳定性。四是沟槽弃土的处理应坚持随出随清理原则, 均匀堆放的具体位置应和沟槽上口边线超出5 m, 最高堆土高度为1.5 m。四是沟槽开挖后, 必须尽快进行下面的管道基础铺设、管道安装、局部验收、沟槽回填等工作, 缩短晾槽时间, 防止河水的渗入。
3. 排水施工
一般选择明排法, 沿沟槽底部的两侧分别设置排水沟, 长度宽度都为0.3 m, 同时在间隔40~50 m左右位置修建一座集水井, 把水位降到低于槽底0.5 m, 再进行其他工序。最后, 通过水泵把地下水顺畅排出。
需要注意的是, 在处在流沙之类的恶劣地质条件下可以通过大口井来辅助降水。大口井的施工方法:一是测量并确定大口井的位置, 选择回转式正循环钻机进行钻孔施工, 钻孔深度为12 m, 直径为800 mm;二是对孔深和直径进行测量, 确定达标后, 分节安装内径为400 mm的无砂管, 并在孔壁和无砂管之间的缝隙中利用石屑滤料进行填充;三是把潜水泵安放在无砂管内, 按照涌水量的多少来确定潜水泵的规格。
4. 地下排水管道的基础处理
管道基础处理的方案选择随拟建管道的不同深度而不同。一是管道标高处于土质良好的现状土层上, 不存在流沙或软基状况时, 应做常规的管道基础处理, 泥砼水承插口管为砂石基础。二是管道标高处于软基或沟渠等地段, 如果淤泥厚度比0.5 m小, 应该先进行淤泥挖除, 直到现状土层, 然后在管道基础的底部位置还填石屑, 做砂石基础。如果淤泥厚度超过0.5 m, 应先清淤, 再后用片石进行挤淤处理, 接着还填石屑, 做砂石基础。
5. 管道的安装
一是管道的铺设安装前, 必须对基础的厚度、高程等项目进行复查和合格验收, 同时安装所用的全部管材、橡胶等必须出具出厂合格证, 并经检测部门验证, 质量检查合格才能使用。二是下管时, 用吊车或人工排管、稳管, 按设计规定的位置把管材摆放好。三是从下游段起, 施工的前进方向应和承口方向保持一致。四是吊车下管的过程中, 严禁和槽下管道、槽壁支撑发生碰撞。五是在管道安装对口的过程中, 注意对管道杂物的随时清扫。六是保持平缓的顶拉速度, 保持两管同心插入橡胶圈均匀滚动到位放松后的回弹小于10 mm。七是管道安装完成后, 必须第一时间测定以下质量指标是否合格, 如中心线、管顶高程、间隙量等, 同时做好工序的交接验收工作, 如垫层的厚度、高程、、密室度、平整度及土基有无坍松、排水沟的完好程度等。
6. 检查井的砌筑施工
检查井的砌筑施工的标准是灰缝齐整、砂浆饱满, 必须严格按照施工要求开展施工。一是重点注意检查井和管道的连接处施工。二是必须保持检查井盖高程和所处道路高程相同, 因此在检查井的修筑过程中, 井口部位暂不做灰, 而是等到道路施工时再根据实际路面的建筑高程加以调整。三是要确保井周的二灰碎石基层和底基层的压实度不低于98%。四是确保检查井边缘的沥青砼的压实度超过97%。五是保持井锁的方向垂直于设计路中线方向, 便于后期维护。
7. 沟槽回填
沟槽的及时回填对管道质量同样影响重大。其施工方法和注意事项如下:一是在管道40 cm内利用人工分层夯实方式回填石屑, 层厚必须在30 cm以内;二是管顶以上采取人机回填至路槽, 确保厚度在20 cm以内, 压实度达到93%。三是沟槽回填过程中, 禁止出现沟内积水现象。四是严格控制回填土的含水量等, 同时禁止回填土中含有石块、玻璃、碎砖等物质。
四、市政工程地下排水管道的施工管理
加强对市政工程地下排水管道的施工管理, 对保证施工工作的安全、减少工程原材料的浪费、合理配备机械设备、科学组织人员施工具有重要的影响作用。因此, 在施工现场必须设置专门的施工生产指挥工作人员, 指挥现场的施工工作和控制工程进度。设置专职的保安, 严禁其他和施工无关人员进入现场。同时设置办公室, 在办公室内布置晴雨表、劳动力组织调配表、工程进度计划表、管理机构图、工程质量目标规划表等等。另外, 加强现场材料的管理工作, 要求堆放整齐、堆放位置合理、预防材料受潮、变质等。
五、结语
综合上所述, 对市场工程地下排水管道的施工技术加以研究和分析具有重要的现实意义。施工单位在实际的施工过程中, 应认真贯彻施工规范的知道, 合理科学使用相关的施工技术, 加强质量控制和现场施工管理, 做好检测监督工作, 确保排水管道工程的功能能够有效发挥, 延长排水管道工程的使用寿命。
摘要：笔者将本文命名为《浅谈市政工程地下排水管道施工技术》, 结合某实际工程展开对市政工程地下排水管道施工的工艺流程、施工方法、施工管理要点等进行阐述, 旨在加强和同行的沟通交流, 提高市政工程地下排水管道的施工技术, 提高市政工程地下排水管道的施工质量。
关键词：市政工程,排水管道,施工,流程,方法
参考文献
[1]潘峰.市政工程排水管道施工要点及管理探讨[J].科技风, 2013 (03) .
地下管道 篇11
关键词：中国,美国,消防管道,球墨铸铁,代换,比较
0 前 言
某项重大工程由中方公司总包, 委托美国西屋公司设计, 仍由中方公司负责施工。但在施工过程中发现地下消防管道系统是按美标设计的, 由于管道及管件材料量较少, 采购难度很大, 根据项目要求, 针对此问题进行材料代换的可行性研究。
1 中美球墨铸铁管道及管件的对比
根据材料代换要求, 材料代换必须至少满足下面三个条件中的两个:①在中国市场上没有合格的供货商;②运输时间太长, 无法满足施工进度要求;③供货数量太少, 供货商不愿提供。
针对消防系统管道及管件的设计情况, 承包商对所有达到美标各项要求的国内铸铁生产厂家进行了调研, 反馈情况为国内无厂家按美标AWWA C151/A21.51-2009生产, 且国外厂商因数量太少而不愿提供, 即满足①、③条件, 因此可以开展管道及管件材料的代换可行性研究。
代换原则:代换材料的性能应与设计材料等同或高于设计材料。
代换注意的方面:机械性能、化学成分、几何形状、试验与测试等。
根据以上代换原则, 从以下五个方面进行比对分析。
1.1 机械性能比较
通过以上对机械性能的比较, GB/T 13295-2008在抗拉强度上略逊于AWWA C151/A21.51-2009和AWWA C153/A21.53-2006, 偏差为1.5%; GB/T 13295-2008在屈服强度上略好于AWWA C151/A21.51-2009和AWWA C153/A21.53-2006偏差为7%;延伸率两者一致。因此, 从机械性能上认为可以代换。
1.2 化学成分比较
球墨铸铁主要特征是其金相结构中碳被球墨化成为团状, 其牌号标明的是机械强度, 由于各个企业铸造球墨铁的工艺和配方不同, 化学组份也会有很大的差异, 对于使用者来说, 重要的是机械特性。因此, 国标中球墨铸铁件没有规定严格的化学成分, 只规定了力学性能。美标也如此, 没有固定化学成分。所以, 省略化学成分比较。
1.3 管道与管件的外形尺寸比较
通过对中美两国球墨铸铁管道、管件 (包括弯头、大小头、三通、承套) 的比较, 外形出入很大, 特别是管件, 充分表现出两国标准的差异性。而这些差异性已超出现场材料代换的范围, 必须与设计人员讨论研究, 并进行合理评估, 协商决定材料代换的可行性。
1.4 冲击试验对比
美标AWWA C151/A21.51-2009要求按照ASTM E23进行Charpy 冲击试验, 对于在21±6 ℃下进行冲击试验, 缺口冲击试件折算合格值最小为9.49J。
国标GB/T 13295-2008中不要求进行冲击试验。为达到美标要求, 厂家特别按照ASTM E23进行Charpy 冲击试验, 测试结果如表3。
通过冲击试验数据, 认为国产球墨铸铁管道及管件已达到AWWA C151试验标准要求。
1.5 其他要求比较 (标准直管允许压力)
国标GB/T 13295-2008中未对覆土厚度做出要求, 因此覆土厚度将按照美标AWWA C151/A21.51-2009标准规定执行。
2 设计方意见
针对消防地下预埋管道及管件的代换申请, 设计方给出了若干意见, 主要包括:①覆土厚度的性能按第五种覆土参数执行, 相应选取国产管道;②认可国产SBR材质的垫片;③认可国产N1型接口压兰;④认可按照AWWA C151进行测试;⑤可石油沥青对国产管道进行防腐处理。
3 总 结
通过对中美两国标准的分析, 认为按国内GB/T 13295-2008标准生产的铸铁管道及管件能满足AWWA C151/A21.51-2009 Ductile-Iron Pipe, Centrifugally Cast球墨铸铁管道和AWWA C153/A21.53-2006 Ductile-iron Compact Fittings for Water Service球墨铸铁管件的性能要求, 对消防系统的地下预埋管道及管件进行国产化代换是可行的。但在代换过程中, 必须注意中美标准不一致的情况, 特别是管件形式、试验标准, 对于在中国规范中不作要求的内容要完全依照相关美国标准的要求执行。在管道及管件代换过程中, 取得设计方的支持与配合是必要的, 这样可以保证代换的正确性, 从而减少不必要的工作。管材代换施工必须有相应的设计变更或升版图纸或技术规范作为依据。管道及管件代换可以节约时间、减少费用, 并提高国产化率, 但务必把安全放在第一位, 一切以安全为中心, 在安全的前提下进行材料代换才能保障项目的顺利进行。
参考文献
[1]GB/T13295-2008, 水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件[S].
[2]AWWA C151/A21.51-2009, Ductile-Iron Pipe, CentrifugallyCast[S].