1．前言

　　隨城市經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，道路交通運量和流量不斷地增加，車輛在埋有燃氣管道的路面上行駛時，將對地下的管道產(chǎn)生機械壓力作用，如果管道埋深達不到規(guī)范要求，管道材質強度較差或存在缺陷，管基和溝槽的施工質量不合格，而上部承受壓力過大時，管道有可能發(fā)生變形甚至斷裂損壞，由此而影響燃氣的正常供應，嚴重的還會引起人員中毒或火災爆炸事故的發(fā)生。

2．燃氣管道埋設深度要求

　　根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》（GB50028—93），城鎮(zhèn)燃氣管道可在車行道、非車行道和庭院的地下埋設，因埋設位置不同，其上部的最小覆土厚度（路面至管頂）要求也不一樣。為防止過大車輛集中輪壓作用損壞管道，在2002年新修訂的《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》中，5.3.3第1款將埋設在車行道下管道的最小覆土厚度由原來的0.8m調深至0.9m，主要是考慮車行道上的荷載將有所增加；在5.3.3第3款中對埋設管道的庭院作出補充說明，指出“庭院是載貨汽車不能進入之地”，限定了庭院的范圍；在5.3.3的條文說明中對居民住宅區(qū)的道路也作出區(qū)分，“載貨汽車以正常速度能通行的主要道路屬于車行道，載貨汽車只是緩行進入或停放的，可視為非車行道”。以上新修訂的條款與原條款相比，相應提高了管道的覆土厚度要求。新修訂的《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》已從 2002年8月1日起施行。

3．地下燃氣管道的受壓分析

3．1車輛輪壓對地下管道引起的垂直應力

　　道路上的車輛全部重力通過車軸上的輪子傳給地面，輪子對地面的作用力大小由車輛的軸重決定，我國公路和城市道路設計規(guī)范中以100KN作為標準軸重。重型車輛為多軸多輪，以減輕對地面的壓力，一般車輛的軸重小于100KN。

　　如果將車輪與地面接觸面積近似看成一個圓，則車輪荷載對地面的作用可以簡化成當量圓形均布荷載，當量圓直徑按下面公式確定：

　　式中：P₀—作用在車輪上的荷載，KN；

　　　　　p—輪胎結觸壓力，kPa;   

  　　　　D—接觸面當量圓直徑，m

　　在地下某一深度,當車輪引起的垂直應力與土體自重引起的垂直應力相比所占比例很小,僅為1/10～1/5時, 車輪引起的垂直應力可忽略不計。

　　不同重量的車輛對于地下影響深度不同，據(jù)計算，總重量80KN（8tf）汽車對于地下的影響深度在1.6m左右，150KN重量的車輛對地下的影響深度在1.9m左右。一般情況下，地下燃氣管道的埋設深度位于車輛荷截的作用力影響范圍之內。地面2 m以下的管道受普通車輛車輪的作用力影響很小，通?？刹豢紤]車輛輪壓作用。

　　當?shù)叵鹿艿郎喜炕靥钔猎诿軐崰顟B(tài)下，土體受力在彈性范圍內，應力和應變的關系呈線性特性，車輪壓力消失時，土體應變隨之消失，恢復到初始狀態(tài)。車輪荷截作用對管道引起的垂直應力δ_車大小可以根據(jù)以下近似公式計算：

　　式中: P₁—車輪荷載換算的均布荷截，KN/m² ；

　　　　　D—圓形均布荷載作用面積的直徑，m ；

　　　　　Z—圓形均布荷載中心應力作用點的深度，m 。

　　通常情況下，按設計規(guī)范要求，車行道下燃氣管道的埋深在0.9m及其以下，下面的分析計算中均以管道埋設深度為0.9m考慮。

　　用當量圓直徑的計算公式，取P₀=100/4KN，p=700kPa，算出標準軸重100KN車輛車輪當量圓直徑為0.302 m，求出車輪荷載換算的均布荷載值后，可算出軸重100KN車輛的車輪對地下0.9m深度處的管道產(chǎn)生的垂直應力值δ_車。即：

3．2 土體對地下管道引起的自重應力

　　埋地管道上除了車輪作用引起的垂直應力外，還有上部土體引起的自重應力。管道埋設越深，土體的自重應力越大。

　　土體對地下深度Z處管道引起的垂直壓應力δ土按下式計算：

　　　　　　　　　　δ_土 = r×z

 　　式中：r—土的容重，KN/m³ ；

　　　　　z—應力作用點的深度，m。

　　設土的容重為18KN/m³ ，土體對地下0.9m處管道引起的自重應力：

　　　　　　　　　　δ_土=18×0.9 =16.2KN/m²

3．3埋地管道承受的壓力

　　地下管道的垂直應力為車輛和土體對管道引起應力的疊加。軸重100KN的車輛和容重為18KN/m³土體對地下0.9m處管道上的引起的全部垂直應力：

　　　　　　　　　　δ=δ_車+δ_土 =31.26KN/m²

　　同理，可以算出地下任一深度處管道上由不同軸重車輪引起的垂直應力和不同容重土體引起的自重應力。

　　管道上部所受壓力等于垂直應力與管道受力面積的乘積：

　　　　　　　　　　　P = δ×S

　　公稱直徑DN200燃氣管道，埋深0.9米，在軸重100KN車輛輪壓作用下，車輪當量圓范圍內承受的壓力為：

　　　　　　　　　　　P_0.9=(δ_車+δ_土) ×S= 31.26×0.30 ×0.22=2.06KN

4．地下燃氣管道常用管材及損壞分析

4．1管道材料機械性能

　　城鎮(zhèn)地下燃氣管道常用管材有灰口鑄鐵管、球墨鑄鐵管、鋼管、聚乙烯管和鋼骨架聚乙烯塑料復合管等，這些管材在地下都能承受一定的外力，其主要機械性能見下表：