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摘 要：随着燃气管道在城市中的普及，管道跨越江河的案例日渐增多。针对燃气管道在隧桥敷设过程中的柔性设计和管架布置进行了探讨，并对燃气泄漏产生的潜在危险提出了相应的保障措施。
关键词：燃气管道;柔性设计;管架布置
1、前言
随着清洁能源的推广，管道燃气在城市中的应用日趋广泛。在燃气管道敷设过程中，往往涉及到跨越河流的情形。跨越河流的燃气管道主要采用穿越河床敷设和隧桥敷设两种形式。其中，隧桥敷设仅限于输送压力低于0.4MPa的燃气管道，穿越河床则不受输送压力限制。本文就隧桥敷设的燃气管道设计进行探讨。
2、管道敷设形式
隧桥燃气管道的布置形式主要有懸挑露天敷设和管涵敷设。对于早期设计的桥梁往往没有预留燃气管道的位置，在敷设燃气管道时需要在桥梁的外侧做支架。在征得桥梁设计单位及管理部门的同意下，可在桥梁的侧面植入膨胀螺栓，并用槽钢做成三角悬臂托架，固定在膨胀螺栓上。管涵敷设是指将燃气管道敷设在桥涵内部。此类桥梁在设计时，在桥梁内部预留了一定宽度的涵洞，供热力管道、市政管道及各种电缆敷设。由于燃气具有易燃易爆、危险性较大等特点，在桥涵内敷设时一般单独占用桥涵，与其他电缆或者管道分开敷设。当燃气管道需要与其他管道同涵敷设时，管道之间的相互间距应满足《工业企业煤气安全规程》的要求。对于中小型桥梁，燃气管涵一般设计在人行道盖板的下方，净高一般不超过1.0m。当燃气管道需要检修时，可将盖板拆卸后进行维修。燃气管道露天及桥涵敷设见图1和图2。
3、燃气管道柔性设计
燃气管道隧桥敷设时，除了考虑管道自身的热胀冷缩之外，还需要配合桥梁伸缩缝进行补偿。燃气管道的热胀补偿主要有自然补偿和补偿器补偿。自然补偿主要是通过管道本身的柔性来吸收由于温度差所产生的热位移。补偿器补偿则是通过管件本身的柔性来吸收燃气管道因温度差引起的热位移。
自然补偿常用的布置方式有L型、Z型和方型。L型和Z型补偿主要通过改变管道走向来实现。在隧桥敷设中，由于路面与桥面有高差，L型补偿主要布置在桥梁的两侧。方型补偿则是通过增加弯头的方式来改变管道的局部的走向，以达到增加管道柔性的作用。方型补偿器一般是布置在燃气管道的直管段，设置个数与直管段长度和方型补偿器的大小有关。在布置形式上，方型补偿器有水平和竖向两种方式。当采用水平方式布置时，燃气管道所需占用的面积较大，且局部支架的悬挑较长，美观性欠缺。竖向布置占用的面积较小，但需要考虑管道最低标高对航道安全的影响。
在燃气管道中，补偿器补偿最常用的是金属波纹补偿器。此类补偿器具有补偿距离远、占地面积小、布置灵活等特点。金属波纹补偿器的选型需要根据桥梁上燃气管道的长度、公称直径、工作温度和工作压力等参数确定。先根据两个固定架之间的直管长度，计算燃气管道的膨胀量。膨胀量与燃气管道长度、管道材质的线性膨胀系数和温差成正比。根据计算得到的膨胀量，即可选择相应的金属波纹补偿器。
在进行隧桥管道设计时，自然补偿和补偿器补偿都能满足管道的柔性设计需要。两种补偿方式各有优缺点。采用自然补偿的隧桥燃气管道，在补偿量相同的情况下，需要布置方型补偿器的数量比金属波纹补偿器多。或者在达到同一补偿量的情况下，方型补偿器需要的尺寸较大。但由于方型补偿器与管道的连接采用焊接，在保证焊缝质量的情况下，发生燃气泄漏的可能性很小，对桥梁安全性具有更高的保障。另外，方型补偿器作为管道本体的一部分，维护简单，无需采取特别的防护措施。当采用金属波纹管补偿器时，由于补偿器与燃气管道的连接方式为法兰连接，在垫片老化或者螺母松弛的情况，容易发生燃气泄漏，对桥梁和行人安全造成威胁。因此，采用金属波纹补偿器时，更需要注重日常的维护和保养，保证管件处在最安全的运行状态。
4、管道支架设置
在进行燃气管道布置设计时，需要将金属波纹管布置在固定支架的一侧，与固定架的距离为3d（d为燃气管道公称直径）。在金属波纹管之后要设置2个导向支架约束燃气管道横向位移，防止管道横向位移过大导致补偿器失稳而遭受破坏。导向支架与补偿器的距离按照5d和15d进行设置。固定支架及导向支架的布置见图3。当燃气管道直径较大时，考虑采用滚动支架，减少管道与支架之间的摩擦力，降低固定架推力。
5、安全措施
燃气管道隧桥敷设时，无论是露天敷设还是桥涵敷设，管道所处的环境都是人员流动比较频繁的场所。特别是桥涵的设置一般是在人行道下，这对燃气管道的安全性提出了更高的要求。在沿桥梁敷设的燃气管道应采用加厚的无缝钢管或焊接钢管，尽量减少焊缝，并对焊缝进行100%无损探伤。跨越通航河流的燃气管道管底标高，应符合通航净空的要求，管架外侧应设置绝缘装置。燃气管道采用桥涵敷设时，考虑采用细沙回填，以防止燃气泄漏时积聚在桥涵内。若桥涵体积较大，不宜采用细沙填充时，可以安装具有远传功能的可燃气体报警器。气体一旦发生泄漏，报警信号实时回传至值班室，同时启动相应的应急抢修措施。隧桥敷设的燃气管道需要在桥梁的两端设置切断阀，当桥梁或燃气管道需要维修时关掉两端的阀门，以保证桥梁或管道维修安全。
6、总结
（1）隧桥燃气管道的敷设形式主要有露天布置和桥涵布置两种形式。在实际设计中，敷设形式要根据桥梁的实际情况，结合航运、市政、洪水和安全等因素综合确定。
（2）燃气管道隧桥敷设时，建议优先考虑自然补偿，以减少管道日常维护，降低燃气泄漏风险，保护桥梁安全。在自然补偿无法满足柔性设计要求时，可采用金属波纹管补偿器，但要采取防止可燃气积聚的措施。
参考文献
[1] 中国市政工程华北设计研究院. 城镇燃气设计规范. 中国建筑工业出版社
[2] 严铭卿. 燃气工程设计手册. 中国建筑工业出版社
[3] 王连安. 利用悬索管桥敷设跨江中压燃气管道施工技术[J]. 燃气与热力， 2011，（3）：75-77
[4] 潘志军， 李蓉. 隧桥敷设跨越赣江燃气管道施工技术[J]. 管道技术与设备， 2015年第6期
关键词：燃气管道;柔性设计;管架布置
1、前言
随着清洁能源的推广，管道燃气在城市中的应用日趋广泛。在燃气管道敷设过程中，往往涉及到跨越河流的情形。跨越河流的燃气管道主要采用穿越河床敷设和隧桥敷设两种形式。其中，隧桥敷设仅限于输送压力低于0.4MPa的燃气管道，穿越河床则不受输送压力限制。本文就隧桥敷设的燃气管道设计进行探讨。
2、管道敷设形式
隧桥燃气管道的布置形式主要有懸挑露天敷设和管涵敷设。对于早期设计的桥梁往往没有预留燃气管道的位置，在敷设燃气管道时需要在桥梁的外侧做支架。在征得桥梁设计单位及管理部门的同意下，可在桥梁的侧面植入膨胀螺栓，并用槽钢做成三角悬臂托架，固定在膨胀螺栓上。管涵敷设是指将燃气管道敷设在桥涵内部。此类桥梁在设计时，在桥梁内部预留了一定宽度的涵洞，供热力管道、市政管道及各种电缆敷设。由于燃气具有易燃易爆、危险性较大等特点，在桥涵内敷设时一般单独占用桥涵，与其他电缆或者管道分开敷设。当燃气管道需要与其他管道同涵敷设时，管道之间的相互间距应满足《工业企业煤气安全规程》的要求。对于中小型桥梁，燃气管涵一般设计在人行道盖板的下方，净高一般不超过1.0m。当燃气管道需要检修时，可将盖板拆卸后进行维修。燃气管道露天及桥涵敷设见图1和图2。
3、燃气管道柔性设计
燃气管道隧桥敷设时，除了考虑管道自身的热胀冷缩之外，还需要配合桥梁伸缩缝进行补偿。燃气管道的热胀补偿主要有自然补偿和补偿器补偿。自然补偿主要是通过管道本身的柔性来吸收由于温度差所产生的热位移。补偿器补偿则是通过管件本身的柔性来吸收燃气管道因温度差引起的热位移。
自然补偿常用的布置方式有L型、Z型和方型。L型和Z型补偿主要通过改变管道走向来实现。在隧桥敷设中，由于路面与桥面有高差，L型补偿主要布置在桥梁的两侧。方型补偿则是通过增加弯头的方式来改变管道的局部的走向，以达到增加管道柔性的作用。方型补偿器一般是布置在燃气管道的直管段，设置个数与直管段长度和方型补偿器的大小有关。在布置形式上，方型补偿器有水平和竖向两种方式。当采用水平方式布置时，燃气管道所需占用的面积较大，且局部支架的悬挑较长，美观性欠缺。竖向布置占用的面积较小，但需要考虑管道最低标高对航道安全的影响。
在燃气管道中，补偿器补偿最常用的是金属波纹补偿器。此类补偿器具有补偿距离远、占地面积小、布置灵活等特点。金属波纹补偿器的选型需要根据桥梁上燃气管道的长度、公称直径、工作温度和工作压力等参数确定。先根据两个固定架之间的直管长度，计算燃气管道的膨胀量。膨胀量与燃气管道长度、管道材质的线性膨胀系数和温差成正比。根据计算得到的膨胀量，即可选择相应的金属波纹补偿器。
在进行隧桥管道设计时，自然补偿和补偿器补偿都能满足管道的柔性设计需要。两种补偿方式各有优缺点。采用自然补偿的隧桥燃气管道，在补偿量相同的情况下，需要布置方型补偿器的数量比金属波纹补偿器多。或者在达到同一补偿量的情况下，方型补偿器需要的尺寸较大。但由于方型补偿器与管道的连接采用焊接，在保证焊缝质量的情况下，发生燃气泄漏的可能性很小，对桥梁安全性具有更高的保障。另外，方型补偿器作为管道本体的一部分，维护简单，无需采取特别的防护措施。当采用金属波纹管补偿器时，由于补偿器与燃气管道的连接方式为法兰连接，在垫片老化或者螺母松弛的情况，容易发生燃气泄漏，对桥梁和行人安全造成威胁。因此，采用金属波纹补偿器时，更需要注重日常的维护和保养，保证管件处在最安全的运行状态。
4、管道支架设置
在进行燃气管道布置设计时，需要将金属波纹管布置在固定支架的一侧，与固定架的距离为3d（d为燃气管道公称直径）。在金属波纹管之后要设置2个导向支架约束燃气管道横向位移，防止管道横向位移过大导致补偿器失稳而遭受破坏。导向支架与补偿器的距离按照5d和15d进行设置。固定支架及导向支架的布置见图3。当燃气管道直径较大时，考虑采用滚动支架，减少管道与支架之间的摩擦力，降低固定架推力。
5、安全措施
燃气管道隧桥敷设时，无论是露天敷设还是桥涵敷设，管道所处的环境都是人员流动比较频繁的场所。特别是桥涵的设置一般是在人行道下，这对燃气管道的安全性提出了更高的要求。在沿桥梁敷设的燃气管道应采用加厚的无缝钢管或焊接钢管，尽量减少焊缝，并对焊缝进行100%无损探伤。跨越通航河流的燃气管道管底标高，应符合通航净空的要求，管架外侧应设置绝缘装置。燃气管道采用桥涵敷设时，考虑采用细沙回填，以防止燃气泄漏时积聚在桥涵内。若桥涵体积较大，不宜采用细沙填充时，可以安装具有远传功能的可燃气体报警器。气体一旦发生泄漏，报警信号实时回传至值班室，同时启动相应的应急抢修措施。隧桥敷设的燃气管道需要在桥梁的两端设置切断阀，当桥梁或燃气管道需要维修时关掉两端的阀门，以保证桥梁或管道维修安全。
6、总结
（1）隧桥燃气管道的敷设形式主要有露天布置和桥涵布置两种形式。在实际设计中，敷设形式要根据桥梁的实际情况，结合航运、市政、洪水和安全等因素综合确定。
（2）燃气管道隧桥敷设时，建议优先考虑自然补偿，以减少管道日常维护，降低燃气泄漏风险，保护桥梁安全。在自然补偿无法满足柔性设计要求时，可采用金属波纹管补偿器，但要采取防止可燃气积聚的措施。
参考文献
[1] 中国市政工程华北设计研究院. 城镇燃气设计规范. 中国建筑工业出版社
[2] 严铭卿. 燃气工程设计手册. 中国建筑工业出版社
[3] 王连安. 利用悬索管桥敷设跨江中压燃气管道施工技术[J]. 燃气与热力， 2011，（3）：75-77
[4] 潘志军， 李蓉. 隧桥敷设跨越赣江燃气管道施工技术[J]. 管道技术与设备， 2015年第6期