鋼鐵企業架空水道管廊設計方法淺析

董彩虹

中冶天工上海十三冶建設有限公司，上海 201900

1 概述

鋼鐵企業中，從循環水處理設施至各單元主車間的循環供回水管道不僅管徑大而且數量多，如煉鋼連鑄單元一般有十幾根循環供回水管道，大的管徑可在800mm以上。在場地狹窄、管道密集的情況下或設置地下管廊，或采用室外露天架空管廊，把原先須埋設在地下的大量循環水管道綜合在一起，充分利用立體空間布置，使原先十幾根水管道能在較小的平面上布置下來，這是常規的設計。

架空管廊與地下管廊相比，其最為顯著的優點是節約土建工程造價。地下管廊均為鋼筋混凝土構造，大型管廊的高度可達4米以上、寬度可超過10米，且為避讓其它地下管線，如雨水管線、電纜埋管、電纜溝等，一般地下管廊頂板覆土厚度在2000mm以上，地下管廊通常也需要打樁。架空管廊為鋼結構絎架形式居多，土建部分只有鋼結構絎架、鋼結構立柱及支架基礎等，對大型管廊而言，由于管道粗、跨度大，甚至都不需要鋼結構絎架，只需鋼結構立柱等即可滿足要求。架空水道管廊往往會采取架空與埋地敷設相結合的方式，可以有效地減少架空管道的數量從而降低工程土建造價。總體來說，大型地下管廊的土建造價可達3萬元/米，而架空管廊的土建造價約為地下管廊的40%左右。另外，架空管廊與地下管廊相比，不僅易于土建施工，管道安裝空間也大。因此，在一般情況下，架空管廊應當是優先選擇的對象。

本文就架空水道管廊的設計方法，包括管廊平面與斷面設計、管道推力計算、管道支架的設置以及管道系統的排氣等，進行了分析和探討，可作為實際工程的參考。

2 管廊平面設計

管廊的平面設計即指管廊的平面定位。

管廊的平面定位可以遵循如下的原則。

①架空水道管廊雖比地下管廊而言，已經極大地節約了工程造價，但是仍具有造價高的、設計復雜的特點，在管廊設計時首先要考慮的就是在水處理單元和主單元車間之間以最短的路徑布置架空管廊，降低造價，并可減小管廊對區域內其他建筑物、構筑物及管線的影響。

②管廊的走向應盡量沿著與道路平行的方向布置在道路兩側的綠化地內，以減小管廊對道路及其設施的影響。

③與廠區總體布置協調，看架空水道管廊的布置是否與啟動熱力、燃氣專業的管道相碰。在鋼鐵企業中，熱力的蒸汽管道、壓縮空氣管道和燃氣的氧氣、氮氣、氬氣管道等通常均為架空敷設，也就是所謂的全廠動力管網的管線。如架空水道管廊與上述動力管網垂直相交，則完全可以通過管線避讓的方法加以解決。但如果水道管廊是與動力管網是在平行方向上發生位置的擠占，則可考慮與動力管網的共架問題，以實現立體空間的充分利用。動力管網管道內的介質是氣體，該管道的特點是重力荷載遠小于水管道，但由于氣體是可壓縮的，推力遠大于水管道。水管道的重力荷載遠大于動力管網管道，但由于水是不可壓縮的，推力遠小于動力管網管道。因此，與動力管網共架是完全合理的。

3 管廊斷面設計

管廊的斷面設計是一個不斷校核、修改、優化的過程。其基本方法具體如下。

①根據工藝用戶的具體要求，確定每一段水管廊內所設管道的種類(如純水循環、凈循環或是濁循環等)、具體數量、管徑等。

②在取得上述基本參數后進行每一段管廊管道的立面布置即管道的分層布置。管道的層數不宜少于2層，層數少無法體現管廊的立體空間的優勢，可能會使得管廊斷面的寬度過大；但管廊內管道的層數量也不宜多于3層，層數過多可能會使管廊的高度過高，從而給架空管廊的穩定性帶來影響。另外，架空水道管廊很有可能會與其它動力管網管道共架，因此給排水專業循環水管道也不宜占用過多的高度空間。

③管道的立面布置時，要注意：管道應盡量緊貼布置，以減小管廊所占凈空；同時管道間距不宜過小，必須確保管道安裝、施工、檢修的必要空間；而且注意大小管道搭配，在充分利用空間的前提下，盡量將管徑大的管道布置在管廊的下層管道支架上，上層管道支架則布置相對管徑小的管道，以保證管廊內管道支架的穩定性。管道與管道之間的間距可參照表1確定。

④在完成管道的初步的立面布置后，校核按此管廊斷面布置的管道在平面上是否能以最佳路徑和水力條件(接管長度最短、彎頭最少)接向各用戶點，如果不是，則需要對斷面進行調整、優化。

表1 管廊內管道間距

⑤由于架空管廊全部設置于地面以上，因此美觀性也是要考慮的重要因素。應當盡量避免毫無規律、雜亂的管道布置方式出現。

⑥對于架空管廊下方的空間要充分考慮加以利用。可以考慮將一些大而粗的循環水管道埋地敷設在架空管廊下方。這樣可以減輕上部架空管廊荷載，節約造價。

最后，獲得的就是最優的管廊斷面。

4 管道支架的布置

管道支架一般考慮僅承受管道的重力和摩擦力即可，管道支架的間距首先應該是要符合規范的要求，并按管道斷面內最小口徑管道所允許的剛度和跨度設置管道支架。如果局部地方不允許設置管道支架，如架空管廊在穿越道路時，只能在道路兩側設置支架。

在管道支架的定位時，建議考慮能否充分利用鋼管管道的剛度。對于鋼管而言，都會有一個最大允許跨度的概念。管徑越是粗，管道本身的剛度也越大。如果能充分利用管道的剛度，即管道支架的設置按照滿足管道剛度的需求，則可采取將管道直接設在管道支架上的做法，無須再設置支撐管道的鋼結構絎架了，可以節省大量鋼結構的土建費用。這是在管道支架設計時必須加以注意的。在滿足功能需求的前提下，支架數量越少，不僅利于控制工程投資，也會對全廠總圖布置產生最小的影響。

5 管道系統的排氣

對于循環水系統而言，管道系統積氣難于排除是系統正常運行的一大障礙。管道系統積氣會造成管道中的氣與水混合流，使管網流量和壓力容易產生波動，無法滿足生產的要求。特別對于密閉式循環水系統而言，積氣所造成的問題影響更加嚴重。

架空水道管廊本身的管道就為架空敷設，是管道向上翻的重點。另外在架空管廊從循環水處理站接向主工藝單元車間的過程中，需要越過道路或是與其它管線、構筑物相碰，很可能需要將管道向上抬高或是向下降低，都非常容易造成積氣點。因此，必須采取措施排除管網中的積氣。

目前，最簡單可靠的方法就是設置排氣閥。排氣閥首先要設置在各段管網的最高處。其次排氣閥的設置要便于維護和檢修，必要時應考慮排氣閥的檢修平臺等。排氣閥在排氣同時總會帶出少量的水，因此排氣閥不能設置在噴出水后會產生惡劣影響的地方。排氣閥也不能設置在道路的上方。

6 結語

架空水道管廊就如同工廠的生命線，承擔著輸送循環水的重要任務。設計管廊，要技術上先進、經濟上合理、便于生產維護并且要求美觀，對于設計工作提出了很高的要求，必須要有周密的考慮和詳細的計算。