目前，市政燃气管道主要沿市政道路敷设，设计中经常遇到曲率半径较小的市政道路，受市政管线综合规划的限制，允许燃气管道偏移的空间较为有限，基于此提出设计中采用合理的设计方案解决弯道上市政燃气管道的敷设。

1　设计分析

1.1　设计依据

对于设计压力大于1.6MPa的室外燃气管道，设计主要依据GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》，规范明确规定，“用于改变管道走向的弯头和弯管应符合现行国家标准GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》的有关规定。”故设计中改变管道走向的弯头和弯管应执行GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》[1]。

1.2　改变管道走向的方式

依据GB 50251—2003《输气管道工程没计规范》，改变管道走向的方式主要有热煨弯头、冷弯弯管和弹性敷设三种方式。其中热煨弯头主要适用于大角度改变管道走向；冷弯弯管适用于小角度改变管道走向；弹性敷设要求采用大曲率半径，小角度改变管道走向，一般适用于管道周边障碍较少，地形开阔地带的管道敷设。

2　设计方案

2.1　设计原则

①管道敷设应符合国家相关法律和没计、施工规范的要求；

②管道敷设应满足城市主管部门批准的城市管线综合规划的要求。

2.2　模型的建立及求解

以某弯曲道路上市政燃气管道设计为例，规划管位为圆O的部分圆弧，圆弧半径为R，设计管位为圆O的部分内接正多边形，相邻桩号即为多边形的顶点，规划管位允许最大偏差为d，设计管位与规划管位最大偏差即为多边形的拱高日，弯头或弯管间直管段长即为线段CD的长度。详见图1。

边界条件：

①设计管位的偏差应在规划许可范围之内，拱高日应小于d，即H<d；

②弯头或弯管的中点偏离规划管位也应在许可范围之内，弯头或弯管外矢距小于d，即I<d；

③弯头或弯管间直管段长度应满足设计规范的要求，即线段CD长度需满足设计规定。

根据圆内接多边形基本理论，建立弯曲道路上燃气管道敷设的数学模型为：

T=nqR 　　　   (1)

式中T——弯曲道路上规划管位管道总长度，m

n——多边形中管道所涉及的边数

q——多边形圆心角，rad

R——规划管位圆弧半径，m

式中H——设计管位与规划管位最大偏差，m

式中L——设计每边管道长度，m

式中I——弯头或弯管外矢距，m

r——弯头或弯管曲率半径，m

将式(5)代入式(4)得：

式中b——相邻两弯头或弯管弯曲段之间直管段长度，m

将式(8)代入式(7)得：

求解过程：首先计算弯曲圆弧全长，初步对弯曲圆弧n等分，确定每段圆弧对应圆心角，接着分别计算拱高、弦长、外矢距以及直管段长度，查看计算结果H、I、b是否符合要求。若不满足，调整n，再次确定圆心角，重新计算拱高、弦长、外矢距以及直管段长度，直至满足要求为止。

针对两端弯曲管段和前后管道的连接段管道，可利用基本三角形知识，推导出其对应的弯曲角度。

DEOA=q                   (10)

DAEO=DEAO                (11)

DEOA+DAEO+DEAO=p        (12)

将式(10)、(11)代入式(12)，可得到：

故端点A处所需的弯头或弯管角度为q/2，同理可得B处弯头或弯管角度也为q/2。

2.3　实例验证

某市政燃气管道沿道路内边缘敷设，规划管位圆弧半径R为50m，允许管位偏差d为0.5m，规划管位对应弯曲角度为90°，管道外径为711mm。

设计规定如下：3°与15°之间采用冷弯弯管，弯管曲率半径r=40D(D为管道外径)，两端直管段长度均不得小于2m；15°以上采用热煨弯头，曲率半径r=6D，两端直管段长度均为0.5m。弯头或者弯管之间连接直管段长度不得小于1m。

边界条件：

①拱高即为设计管位与规划管位的偏差应满足H<0.5m；

②外矢距为弯头中点与规划管位的偏差应满足I<0.5m；

③根据弯曲角度选用冷弯弯管，两弯管直管段之间的长度不得小于1m，即线段CD长度应不小于5m(即b≥5m)。

上述设计中，首先计算规划弯曲管位总长度，将其等分为6份，从而计算出规划管道对应多边形圆心角q为15°。于两端点4和点8分别选取2个7.5°冷弯弯管作为与设计范围内管道连接管段。在设计范围内分别于E、F等点处采用5个15°冷弯弯管改变管道角度，各弯管之间采用直管段连接。

接着分别计算弯曲管道的拱高、弯管外矢距和弯管弯曲段间直管段长度，并将计算结果列于表1。

从表l中可以看出，设计管位偏差H、I满足规划要求，直管段长度b也满足设计规定。

3　结语

针对弯曲道路市政燃气管道的设计，在满足主管部门的相关规定的前提下，设计中应结合燃气管道的弯曲角度，在弯头或弯管的数量和角度之间选择合理的组合。若选择的角度越小，设计管位就越接近规划管位，但弯头或弯管的数量就越多，造价越高；若选择的角度越大，弯头或弯管的数量相应较少，造价也会相应较低，但设计管位偏离规划管位就越大。总之，设计中应选择合理的转角处理方式，保证工程实施的可行性和工程建设的经济性。

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