埃塞俄比亚首都供水工程管道设计经验介绍

埃塞俄比亚首都供水工程管道设计经验介绍

鞠兴沂1郝新宇1陈谊2

鞠兴沂1郝新宇1陈谊2

（1.浙江省城乡规划设计研究院，浙江，杭州，310030）

（2.宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江，宁波，315012）

【摘要】为了满足管道施工图中设计师对于管道通过自身借转后实际走向精确定位的需求，针对传统管道设计中，利用管道自身借转后的管道实际位置无法在图纸上表现的问题，提出了管道转弯半径的概念及绘制方法。以在非洲埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴市的供水管道设计为例，介绍供水管道工程设计和施工中，应用管道转弯半径法在图纸上精确定位的计算和绘制过程，以及在现场实施后的效果反馈。

【关键词】非洲；市政供水管道；借转；管道转弯半径；AutoCAD

在传统供水管道设计时，往往忽略了管道自身的借转在图纸上实际产生的位移或偏转，容易造成在施工过程中定位的偏差，以及管线中弯头数量的增加，相应的造成工程费用的上升。鉴于此，笔者借助AutoCAD软件，基于非洲埃塞俄比亚首都供水工程管道设计实例，尝试了将“管道转弯半径法”应用于管线设计过程的走向或偏转精细化定位中，同时在施工实践中检验了此定位方法的精确程度，以期为非洲的市政供水管道设计提供新方法、新思路。

1．项目概况

本项目位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴市西南侧，水源取自24口地下水井，通过加压泵站输送至2500m海拔的高位水池，供水规模为7万m?/d，管线总长约61km，管径从DN250至DN900不等。

2．工程设计

2.1计算公式

2.2绘制方法步骤

按照管道转弯半径法，首先根据管线方向和障碍物的位置，确定避让距离，再根据管道类型、管径选定借转角，然后按照公式计算出管道转弯半径，最后结合AutoCAD中的相关命令，在图纸上绘制完成。需要注意的是：采用的接口借转角越大，借转的管道数量就越少，借转距离也短，但橡胶圈在转弯外侧的位置就越靠近承插口工作面外边沿，接口抗沉陷变形的能力就越差；反之，采用的接口偏转角越小，借转的管道数量就越多，借转距离也长，接口抗沉陷变形的能力降低的较少。因此，借转角一定不能超过规范规定的最大允许借转角。

2.3应用实例

虽然在非洲埃塞俄比亚施工建设，但工程设计的规范按照国内标准执行。考虑到本项目的特殊性，即管道经过的地方多为农田或河沟，管道可借转的空间较大，但是由于当地政府征地政策的限制，就要求设计管线时在图纸上对于管道的定位和走线要求精准，在征地放线时应与图纸上的线位一致。因此在本设计过程中，就需要充分考虑管道自身的借转造成的管道累计偏移量，在图纸上更精确定位管道位置提出了高要求。

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》中对球墨铸铁管管道沿曲线安装时，接口的允许转角应符合表1的要求。

需要注意的是：表2中计算得出的R是管道最小转弯半径，在实际绘制管道施工图时，转弯半径的取值不能低于相应管径的最小转弯半径，但可以取大于最小转弯半径的任何值。同时，管道转弯半径的计算只与管长和选取的借转角度有关，与管径大小无关。其中，“R”栏数值用于设计阶段绘制管线过程，“”栏数值用于施工阶段校核每一节的借转。

（1）管道平面小角度偏转设计实例

本项目一处DN600的主管与铁路相交，其中DN250的支管需要以45°的角度接入DN600的主管。根据表2可知，DN250和DN600管的管道转弯半径R≥115m即可满足要求。为确保安全，选取转弯半径R为172m（即每一节借转2°）。如图2所示，DN250支管从A点开始向同一侧以每一节2°借转，到达B点后反向借转至C点，与DN600主管以45°切入角接入主管点D。

为了实现上述的设计意图，在AutoCAD中，应先确定主管道上的接入点D，作出通过点D与主管道相交45°的直线DC，再画一个半径为172m的圆O2，与直线DC相切于点C，再画一个半径172m的圆O1，且与圆O2、直线AF段均相切，切点分别为点B和点A，由此得到圆弧段AB和BC即为管道自身借转后的平面实际路径。利用同样的制图方法，设计在现状道路一侧的DN600主管道，在进入铁路箱涵前需要平移一定的距离，同样以两个半径为172m的圆弧线借转后穿铁路箱涵。此线型即为管道借转后的实际平面路径。

（2）管道纵断面小角度偏转设计实例

本项目一处DN800管道过Akaki河，在施工图阶段，做了两个方案的比较，第一个是“借转方案”，靠管道自身的借转从底部过河。第二个是“钢管方案”，借助钢管横跨过河（如图3所示）。

断面图画法与平面图画法类似，DN800管道的最小转弯半径是172m，为了减少管道借转的长度，降低挖方量，在此选取最小转弯半径。DN800管道在A点处开始以每一节2°的角度向下借转，到达B点后再以每一节2°的角度往上借转至水平C点，CD段水平通过河底，另一侧用同样的借转到达F点。

为了实现上述的设计意图，在AutoCAD中，应先画半径为172m的圆O1与直线CD相切于点C，再画半径为172m的圆O2与O1、直段管线相切于点B和点A，由此得到圆弧段AB和BC即为管道自身借转后的竖向实际埋深。利用同样方法，得到另一侧的圆弧段DE和EF。此线型即为管道借转后的实际竖向路径。

图3DN800管道过河两方案剖面图

（3）管道平面大角度偏转设计实例

本项目一处DN600管道过十字路口，需要90°转弯。路口四周均为农田。按照传统的管道画法，一般会在道路交叉口设置一个45°弯头和一个35°弯头，来实现对管道的转弯（如图4管道ABCDEF）。

根据管道转弯半径法，DN600管的管道转弯半径R≥115m即可满足要求。为确保安全，选取转弯半径R为172m。DN600管道从点B开始以每一节2°的角度借转到点E。

为了实现上述的设计意图，在AutoCAD中，采用倒圆角（FILLET）命令将直线段AB和EF以半径172m进行倒圆角连接，即圆弧线段BE。此线型即为管道借转后的实际平面路径。

图4DN600管道过道路交叉口平面图

2.4现场实施情况

根据新方法制作的管线施工图，经过在埃塞俄比亚供水项目两年多施工的检验，对于管道借转造成水平或竖向位置偏移的定位，管道转弯半径法能在图纸上实现这一功能，现场放线施工的管道与图纸上的线位一致，能符合当地施工的要求。

3．结束语

①管道转弯半径法实现了在图纸上精确定位因管道自身借转引起的管道走线，对方案的比较，障碍物的避绕，弯头角度和数量的确定，提供了可靠且可操作的方法。

②虽然本项目采用的是球墨铸铁管，但管道转弯半径法对其他管材的管道依然适用。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部给水排水管道工程施工及验收规范[S]GB50268-2008

[2]PAMWatersupply&distribution2010

[3]沈鹤亭，李代明输水管线平竖曲线与纵断面设计[J]中国给水排水，1991,7(3)：53-57

[4]燕浩然预应力钢筋混凝土输水管道曲线安装设计探讨[J]中国水运，2012,9：228-229