地质特殊地区的管线布置

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1、.第五章 程地质特殊地区的管线布置2学时 本章要求1.理解冻土地区管线布置；2.黄土地区管线布置；3.地震地区的管线布置 本章重点1冻土地区管线布置本章难点1冻土地区管线布置授课内容5工程地质特殊地区的管线布置5.1 冻土地区管线布置511 冻土地区管线冻害原因分析1设计方面管网布置时供水支管过多，过长，支管管径小其抗冻能力甚差，夜间管内水处于停滞状态时那么极易冻结。给水管道埋设方式多采用深埋管道，埋管深度约在3米左右。深埋管道存在的问题是：管道散热量大：由于水管没有特殊的保温层，仅依靠土层保温，从热工条件来看埋设在土层中的水管热阻极小，水管散热量大，水温不易保持而易冻结。施工维修困难：多年冻

2、土地区，开挖管沟十分困难，效率又低。如在温暖季节虽然表层土壤融化，但此时地表水多，往往又需排水设备。在运用中，管道一旦发生故障维修十分困难，为了寻找故障部位，常常需要动用大量人力并花很长的时间。回填材料：采用塔头草或泥炭回填其保温性能虽然好些，但由于回填时常常呈冻结状态，很难夯实，其保温性能也不理想。设计中也曾以炉碴回填，但炉碴浸水以后保温性能降低，对管道腐蚀也比较严重，故不宜采用。2施工方面本地区给水管道施工季节的选择是一项很重要的环节。冬季施工效率很低，夏季多雨且塔头草下多半为多年冻土，开挖时常发生塌方，还需排水设施。管道的冻害与施工季节有密切关系。据调查有许多发生冻害的给水站如金林、得尔

3、布尔、阿龙山等管道均系冬季施工的，运营后第一年都不同程度的发生了管道沉陷事故。这是因为在含冰量较大的冻土中，水管通水以后周围土壤解冻，土壤构造变形引起热融沉陷，这是管道基底沉陷以致水管折断的主要原因。此外冬季施工的水管，由于回填冻土块不能夯实，其保温性能极差，管道在第一次通水时，由热耗很大水温急剧下降，极易发生冰结事故。3运营管理方面本地区的给排水系统需要有一套完善的管理方法，例如原水加温、测温，泵水的班制和时间，管网末端定时放水、定期的巡迥检查等都十分重要。管理不善也是给排水工程发生故障的原因之一。譬如，有些给水站为了防止水管冻结，把原水加温过高，不但浪费了燃料而且由于管道散热量增大，使管道

4、周围融化圈扩大，以致管基变形，使水管折断。又如泵房的工作班制，泵水时间安排不当，两次泵水的时间间隔过长，而泵水时间过短，对于维持水槽内的水温非常不利，尤其是当送水管长度较大，管内贮存水量占水塔容量的比例大于1/3时更为突出。运营中水槽或水塔内水温过低是管道发生冻结事故的潜在因素。正常情况下水槽或水塔内的水温应维持在4左右。给水设施的检查维修不及时也是造成冻害事故的原因。512 冻土地区管线防治冻害的措施5141 给水管网防治冻害的措施深埋管道虽然深埋管道存在缺乏之处，但它也有很多可取之处。例如管道埋设在地面下3m处，由观测可知3m处地温变化幅度很小，与1m、2m处地温相比地温有明显的提高，因而

5、管道散热量较小。如以埋管深度1m处水管的热损失为100%，那么 2m处为48.6%，2.5m处为46%，3m处为31.2%，可见深埋管道对防冻有利。从实践中可知，深埋管道经过一段时间运营之后，管基趋于稳定，同时在周围土层中形成了融化圈。这时管道的防冻能力是很强的，即使是停水时间较长也不会引起冻害。经过长期的实践及科研观测，铺设深埋管道时应注意以下环节：1设计前必须取得管线所经地段的地质资料，主要是要查明04m范围内地温变化、土层含冰量及其融沉性质。2设计时应把注意力集中在基底稳定上。对于融沉地段，管底以下0.51m范围内以砂卵石或非融沉土换填。3水管接口应采用柔性填料，如采用橡胶圈接口或铅接口

6、，使其具有变形适应能力。水管与检查井或建筑物交接处应留有环状孔隙，其中填充以弹性材料，防止产生不均匀沉降时危及管道。4选择有利的施工季节，应避开冬季和雨季。本地区有利于施工的季节为46月和911月。施工中特别要注意基底处理、水管接口及回填土的施工质量。回填材料应使用融化的土料，防止回填冻土块，并要夯实。5管道建成后第一次通水应尽量防止在严寒季节，使用时原水加温要适度，一般加温到68为宜。水塔或山上水池水温应维持在4左右，并以此来安排给水所工作班制及泵水时间，尽量减少在管内的停留时间。保温管道由于直接埋入土层的管道出现问题较多，故开场对给水保温管道进展了系统研究并取得成功。1保温管道的特点保温管

7、道具有以高效保温材料构成的保温层。即使管道铺设在地面以上，管道的散热量也可控制在维持正常工作所允许的范围内。因此，保温管道不一定必须埋设在地面以下，根据当地条件也可以铺设在地面上或架立在支架上。由于保温管道散热量小，从而改善了管道的防冻性能并消除了因管道散热引起的管基热融沉陷问题，从根本上解决了深埋管道遇到的难题。保温管道的散热量与深埋管道相比，热损失可以减少8085%。2保温管道的类型及构造按铺设方式不同可将保温管道分为地面式、架空式、浅埋式和直埋式四种类型。1地面式保温管道这种类型管道构造简单，沿地面铺设，易于施工。如图5-1 所示。2架空式保温管道这种管道适用于地质条件不良地段，如沼泽、

8、泥塘或受洪水威胁的地段以及管道穿过沟渠处，以桩或柱支承管道，架空铺设。其构造如图5-2 所示。图5-1玻璃棉保温的地面式管道 1-管基；2-底板；3-支架；4-水管；5-玻璃棉保温层；6-防护外罩。图5-2架空式保温管道构造1-承台；2-“T形梁；3-支架；4-水管；5-保温层；6-防护外罩；7-爆扩桩3浅埋式保温管道这种保温管道埋设在地面以下1.01.5m。浅埋式保温管道的构造如图5-3 所示，与地面式管道大体一样，但因埋设于地面下，为防止地下水侵入防护外罩，在接缝处应有止水措施，如图5-3所示。防护外罩内亦有排水系统，不使地下水聚积。图5-3浅埋式保温管道构造示意1-砂垫层；2-底板；3-

9、架；4-水管；5-保温层；6-防护外罩；7-回填土。4直埋式保温管道这种保温管道设有防护外罩，是把包扎有保温层的水管直接埋设在土层中，故施工简单。埋管断面如图5-4 所示。保温层应采用吸水性小而本身又具有一定强度的材料，以适应在土层中的环境。试验证明，质地致密的聚苯乙烯泡沫塑料密度在100kg/m3以上用于直埋式保温管道是较适宜的。3保温管道类型的选择影响管道类型选择的因素很多，设计时可根据当地的具体条件选择适当类型图5-4直埋式保温管道埋设断面1-保温层；2-砂土；3-回填土。4保温管道设计要点1管网的平面布置应以地形、地物为控制点，并以不阻碍交通和地表水的排泄为原那么。2主要干管应尽量靠近

10、用水点，最好采用送配兼用管网。3供住宅区用的生活用水支管不宜过长，用水点的实际耗水量至少应大于支管本身容水量的两倍以上。在条件许可时尽量与干管联成环状管网。4管道在平面上力求顺直，减少折角。5管网分支处应设检查井，直线管段上检查井间距架空式、地面式为400500m，浅埋式管道为200300m。6浅埋式保温管道的底板应高于地下水位0.2m。7由水泵房至水塔或山上水池扬水管的单向坡度至少不小于2。如因地形起伏不能满足上述要求时，那么应在纵剖面的变坡点处设置排水阀及排气阀，以便维修时可将水全部排空。8配水管均设计为单向坡度，当管道末端低于干管时应在末端设排水阀以利维修。5142 排水管网防治冻害的措

11、施1铺设方式及埋管深度一般情况下，排水管道应埋设在地面下，但在地下水位高或地质不良地段排水管也可采用半填半挖或填土形式铺设。污水具有一定的温度是保证水管可靠工作的必要条件。埋管深度大一些，土层温度有所上升，管道的热阻也增加。但埋管过深那么工程造价高，施工维修困难。排水管道工作情况与给水管道不同，排水管大都是重力式自流管，停顿排水期间管内不积水，不致发生冻害，所以对保温要求较给水管道放宽一些。根据调查及试验资料，建议排水管的埋深可以浅些，以1.5m2.0m为宜。回填材料那么以泥炭为优，因为泥炭既使饱含水分仍具有较好的绝热性能。2管径、坡度及流量大量地实地调查材料证明，排水管的管径、坡度适当加大并

12、使其通过一定的流量，是保证水管正常工作的重要条件。据满州里调查资料该地区季节冻深为3.8m，某处150 mm出户管埋深仅1.1m，管轴线处地温为-10，曾连年发生冻害。后来将管道坡度改建使坡度大于7以后，不再出现冻害，当使用人数增加、排水量增大以后，排水管即不再冻结。从调查中得知，排水管路冻害常常是由于局部堵塞排水不畅引起的，因此管径和坡度都应适当加大。但管径选择时也要兼顾到水力条件，防止发生淤塞。如果排水管距离过长，超过临时距离，就有冻结的可能。为了防止排水管冻结，应该采取必要的措施。提高污水温度、增加污水流量或提高排水管热阻，都可以使临界距离增加。污水温度主要取决于给水温度和居民的生活方式

13、，据现场观测资料冬季污水温度略高于给水温度。从增加临界距离考虑，增加管道热阻和维持水管必要的排水量是易于做到的。排水管愈长，必须维持的排水量也愈大，设计时应予注意。5143 附属构造物防治冻害措施1检查井采用钢筋混凝土整体构造，进入孔内应设防寒木盖，其上填充保温材料。水管穿过井壁处必需留有环状孔隙，其间填充柔性材料，防止因不均匀沉陷危及管道。井壁周围应以非冻胀性土壤回填，以防冻胀。检查井底部以设流槽为宜，因为沉淀槽易于冻结。在融沉性土层地段检查井地基也必须做换填处理。2暗式出水口排水管内温度与大气温度差值极大，因而在排水管的始端和末端产生了热位差压头，驱使冷空气不断侵入排水管并形成气流循环造成

14、出水口处管壁过度冷却，以致冻结。暗式出水口那么可以消除上述弊端，它的构造是在出水口设一个沉淀井，周壁与放射状的沟槽相连，均系以干砌片石码成。沉淀井上有钢筋混凝土盖板，盖板以上及干砌片石沟槽上均以塔头草及泥炭覆盖做为保温层，厚11.5m ，填筑成半锥体型式。由沉淀井至填土坡脚距离约为3m。暗式出水口的构造如图5-5 所示。图5-5 暗式出水口构造图单位：m52 黄土地区管线布置521湿陷性黄土地区给排水与供热的技术要求5211给水、排水管道设计的技术要求：1 室外管道宜布置在防护范围外，在防护范围内，地下管道的布置应缩短其长度。管道接口应严密不漏水，并具有柔性。检漏井的设置，应便于检查和排水。2

15、 对埋地铸铁管应做防腐处理。对埋地钢管及钢配件宜设加强防腐层。3 屋面雨水悬吊管道引出外墙后，应接入室外雨水明沟或管道水明沟或管道。在建筑物的外墙上，不得设置洒水栓。4 检漏管沟，应做防水处理。其材料与做法可根据不同防水措施的要求，按以下规定采用：检漏防水措施，检漏管沟应采用砖壁混凝土槽形底或砖壁钢筋混凝土槽形底。严格防水措施，检漏管沟应采用钢筋混凝土。在非自重湿陷性黄土场地可适当降低标准；在自重湿陷性黄土场地，对地基受水浸湿可能性大的建筑，尚宜增设卷材防水层或塑料油膏防水层。高层建筑或重要建筑，当有成熟经历时，可采用其它形式的检漏管沟或有电讯检漏系统的直埋管中管设施。直径较小的管道，当采用检

16、漏管沟确有困难时，可采用金属钢筋混凝土套管。5 检漏管沟的设计，除应符合第4条的要求外，并应符合以下规定：检漏管沟的盖板不宜明设。当明设时或在入孔处，应采取防止地面水流入沟内的措施。检漏管沟的沟底，应设坡度坡向检漏井。进出户管的检漏管沟，沟底坡度宜大于0.02。检漏管沟的截面，应根据管道安装与检修的要求确定。当在使用和构造上需保持地面完整或地下管较多，并需集中设置时，宜采用半通行或通行管沟。不得利用建筑物和设备根底作为沟壁或井壁。检漏管沟在穿过建筑物根底或墙处不得断开，并应加强其刚度。穿出外墙的检漏管的施工缝，宜设在室外检漏井处或超出根底3m处。6 检漏井的设计，应符合以下规定：检漏井应设置在

17、管沟末端和管沟沿线的分段检漏处，并应防止地面水流入。检漏井内宜设集水坑，其深度不得小于30cm。当检漏井与排水系统接通时，应防止倒灌。7 检漏井、阀门井和检查井等，应做防水处理，并应防止地面水、雨水流入检漏井或阀门井内。在建筑物防护范围内，宜采用与检漏管沟相应的材料。不得利用检查井、消火栓井、洒水栓井和阀门井等兼作检漏井。但检漏井可与检查井或阀门井共壁合建。8 对地下管道及其附属构筑物如检漏井、阀门井、检查井、管沟等的地基设计，在自重湿陷性黄土场地，应设1530cm厚的土垫层；对埋地的重要管道或大型压力管道及其附属构筑物，尚应在土垫层上设30cm厚的灰土垫层。9 当管道穿过井或沟时，应在井或沟

18、壁处预留洞孔。管道与洞孔间的缝隙，应用不透水的柔性材料填塞。10 管道在穿过水池的池壁处，宜设在柔性防水套管内。水池的溢水管和泄水管，应接入排水系统。5212供热管道设计的技术要求1 热力管道及其进口装置宜明设。当埋地敷设时，必须设置管沟，但其阀门不宜设在沟内。管沟截面、管沟穿过建筑物的根底或墙时，应符合本标准第4、5条内容的规定。2 建筑物防护范围内的热力管沟，其材料与做法应符合给排水管的第4条的要求。检查井、检漏井应采用与管沟相应的材料和做法。在建筑物防护范围外，或对采用根本防水措施的建筑，管沟和检查井的材料与做法，可按一般地区的标准执行。3 热力管沟的沟底，应设坡向室外检漏井的坡度，检漏

19、井内宜设集水坑，其深度不应小于30cm。检漏井可与管网上的检查井合并设置。在过门管沟的末端，应设置检漏孔，并应采取防冻措施。522 湿陷性黄土地区管线综合布置的技术要求湿限系数S0.015的黄土属于湿限性黄土，它具有遇水下陷的特性。因此，在湿限性黄土地区布置管线时，要特别注意埋地水管、雨水明沟、水渠、水池等渗漏对邻近建构筑物和其它管线的不良影响。为防止建构筑物的根底和管线遇水下沉而遭到破坏，埋地水管、排水沟、引水渠应尽量远离建构筑物布置，各种管线也应尽量远离水池布置。当需要靠近布置时，那么应尽量缩短靠近的长度，并采取有效的防水措施。彼此之间防护距离的要求分述如下。1 在湿陷性黄土场地内，埋地水

20、管、排水沟、雨水明沟等与建筑物之间的防护距离，宜大于表5-6 所列数值，难以满足时，应采取与建筑物相应的防水措施。2 在湿陷性黄土场地内，埋地水管、雨水明沟与架空管道支架之间的防护距离，应按表5-6 规定的数值采用。难以符合规定时，应处理管道支架地基，或对埋地水管、雨水明沟采取防水措施。3 在自重湿陷性黄土场地内，各种管道之间或不漏水的雨水明沟与管道之间的防护距离，不应小于2.53.5m；未铺砌的雨水明沟与管道之间的防护距离，不应小于5.0m。4 在自重湿陷性黄土场地内，埋地管道与水池之间的防护距离，应按表5-6 中对甲、乙类建筑物规定的数值采用，但小型小池如集水池、化粪池等可不受此限。表5-

21、6埋地道管、排水沟、雨水明沟等与建筑物之间的防护距离m各类建筑地基湿陷等级IIIIIIIV甲891112 乙5 67891012丙4 56789 丁567 5 新建水渠与建筑物之间防护距离。在非自重湿陷性黄土场地内。不得小于12m；在自重湿陷性黄土场地不得小于湿陷性土层厚度的3倍，并不应小于25m。6 在防护范围内的雨水明沟，不得漏水。在自重湿陷性黄土场地宜设混凝土雨水明沟；防护范围外的雨水明沟，宜做防水处理，沟底下均应设灰土或土垫层。7 地下管道应结合具体情况采用以下管材：压力管道应采用给水铸铁管、钢管或预应力钢筋混凝土管等。自流管道宜采用铸铁管、离心成型钢筋混凝土管、离心成型混凝土管、内外

22、上釉陶土管或耐酸陶土管等。当有成熟经历时，也可采用自应力钢筋混凝土管或塑料管等。53 地震地区的管线布置531 影响管线震害的几个因素城市和工矿的管线包括供水、排水、煤气、热力、电信、输油、天然气、蒸气和其他化学液体，一旦遭受地震破坏，其直接灾害和次生灾害都将造成极大的灾难。地震后地下管线所遭到的破坏，国外文献有所记载，但毕竟没有第一手资料，因而国内学者十分重视震害调查。我国通过对几次大地震的调查，得出了以下认识和经历。1烈度和场地土的影响2地形地貌的影响3管材和接口型式的影响4管径5管道埋深管道采用深埋时，还要考虑如下两个问题：一是深埋管道平时的维护管理问题，一旦在地震时损坏，抢修时间较长；

23、二是目前在大城市的地下，有多种管道如上水管、下水管、煤气管、电缆等，为使地下管道有条不紊，不相互打架及到达有关的规定要求如上、下水管道要有一定的间隔距离等，往往进展管线综合，将各种管道的标高及平面位置事先确定。532 六度及以上地震区管线布置的技术要求就管线布置而言，主要立足于“防，其具体技术要求如下：1 管网系统布置要合理，当管线局部遭受震害后，使其余完好的管线在震后能继续加以利用。给水、煤气干管宜布置成环状。有两个热源的热力主干管之间应尽量连通。不同水源的输水干管，不宜平行敷设在同一个通道内，应拉开距离分别布置。用量较大的企业的自备生活饮用水供水系统，应尽量与城市配水管网连通。排水管网系统

24、，宜采用分区布置、就近处理和分散出口的方案。系统之间或系统内部的主干管及干管，应尽量设置连通管。2 管线路由应尽量选择在稳定岩石、稳定土等对防震有利的地带，并尽量避开以下危险和不利的地带：发震的构造断裂带当管线必须穿过断裂带时，应呈直角相交；河、湖、坑、沟包括故河道、暗藏的坑、沟的边缘地带和可能产生滑坡的山脚下；地下水位高，土壤松散软湿，地震时可能液化的地带；高填土和地质有突变的地带；悬崖峭壁和可能崩塌的地带。3 管线敷设方式采用要适当，并尽量将管线布置在防止造成次生灾害和便于抢修、能迅速恢复使用的地方。为减轻震害，有条件时各种管线应尽量采用地下敷设，并尽量将地下管线布置在道路车行道的下面；必

25、须架空敷设的易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀性的液体和气体管道，应远离建构筑物布置，防止墙、柱震倒砸坏管线，引起火灾、爆炸、中毒等次生灾害；架空管线一般不应采用沿建筑物墙、柱敷设的方式。当沿建筑物墙、柱敷设时，该建筑物的抗震设防标准不应低于规定的设计烈度。4 当设计强度为8度、9度时，场地配水管道应尽量与供热管道同沟敷设在供热管道的下面。5 热力管道，压缩空气管道，在8度以上地震区不得采用无沟敷设方式，只能架空敷设或管沟内敷设。6 管网是供水工程设施中抗震的薄弱环节，它的特点是量大面广，穿越不同性质的场地及地基，情况复杂，因此往往难以防止遭受震害，并且震后对地下管道的抢修工作也较为艰巨。一般管网

26、应采取以下抗震措施。场地、地基的选择应尽量防止沿河、湖、沟、坑边缘地带和地基土液化地段敷设管网。由于岸边坡滑移、地基液化导致管网严重破坏的震害实例很多，如果条件限制，不能防止通过液化地段时，宜采用钢管敷设，以便一旦遭震后可快速抢修。管网布置管网应采用环状布置；并宜多设阀门控制，便于遭受震害后分割、抢修。阀门应修建井室，以利于平时加强养护，震时使用方便。*市震后管网修复较*方便，主要在于*市管网多设闸阀，使用方便，而*市管网多为闸罐，平时养护困难，大多锈蚀，震后无法启动，管网震害漏水不利分割，造成抢修不便。穿越河道的管道：过河管应从提高抗震能力和便于抢修考虑，采用强度高、延性好的钢管敷设，并应在

27、过河管段上设置一定数量的柔性连接，适应岸坡向河心的位移。增加管道的柔性连接，提高其适应地震动位移的能力，在管道与附件三通、四通、闸门等连接处，及其与构筑物或设备连接处尤其如此。当与室内设备连接时，应将管道的柔性连接敷设在邻近室外的管段上，以防止地震时设备受到损坏；增加分割措施，在必要处增设闸阀，以便分割遭受破坏严重的管段，防止影响管网整体运行的功能，同时也为震后抢修创造有利条件；对重要的或容易造成重大次生灾害的管段，可增设套管，减轻地震动反响；管线穿越铁路、公路时，应加设涵管洞。穿越软硬差异大的两种土层时，应在交接面上的软土侧加设柔性接头；液化地基中的管线和构筑物，经鉴定将产生危害时，应采取抗

28、液化措施。对管线可采取配重、旋喷桩、钢或钢筋混凝土桩等方法处理，防止液化上浮和液化沉降的危害。7 当输水、输气等埋地管道不能避开活动断裂带时，应采取以下措施：管道宜尽量与断裂带正交；管道应敷设在套管内，周围填充砂料；管道及套筒应采用钢管；断裂带两侧的管道上距断裂带有一定距离应设置紧急关断阀；管网上的阀门均应设置阀门井。54 膨胀土地区的管线布置544 膨胀土地区的管线布置在季节冻土或永久冻土地区，由于岩层或土壤里的地下水冻结膨胀现象，对建筑物和上、下水管线都有危害，因此，膨胀土地区管线布置应防止深埋，在山区布置管线，应依山就势。就势敷设，不应采用大填大挖土方地埋设。当采用管沟敷设时，管沟应避开

29、暗流地带。胀缩土地区的建筑物四周不宜采用明沟排水。高压、易燃或易爆管线及其根底的设计，须注意到膨胀土不均匀胀缩变形可能造成的危害，管线宜离开建筑一定的距离，并应采取适当的措施减少支架根底的变形，而管道接头处也须采取相应的措施如采用柔性接头、加设垫板等。室外给排水主干道应远离建筑给、排水干管应距离建筑物外墙3m，以防管道漏水造成建筑物的变形。蒸汽管道那么应采取必要的隔热措施。在管道下边应设置砂垫层，其砂垫层的厚度应根据土壤膨胀力的大小确定，一般100200mm厚即可。沿地面敷设的电缆，宜铺设成波浪式，并同时加铺砂垫层100200mm厚。场地内的排水明沟应加大坡度，以防止局部积水而造成地基土壤的不均匀变形。. v