1．前言
隨城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，道路交通運(yùn)量和流量不斷地增加，車輛在埋有燃?xì)夤艿赖穆访嫔闲旭倳r(shí)，將對(duì)地下的管道產(chǎn)生機(jī)械壓力作用，如果管道埋深達(dá)不到規(guī)范要求，管道材質(zhì)強(qiáng)度較差或存在缺陷，管基和溝槽的施工質(zhì)量不合格，而上部承受壓力過大時(shí)，管道有可能發(fā)生變形甚至斷裂損壞，由此而影響燃?xì)獾恼９?yīng)，嚴(yán)重的還會(huì)引起人員中毒或火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。
2．燃?xì)夤艿缆裨O(shè)深度要求
根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50028—93），城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿揽稍谲囆械馈⒎擒囆械篮屯ピ旱牡叵侣裨O(shè)，因埋設(shè)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?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中，5.3.3第1款將埋設(shè)在車行道下管道的最小覆土厚度由原來(lái)的0.8m調(diào)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(duì)埋設(shè)管道的庭院作出補(bǔ)充說明，指出“庭院是載貨汽車不能進(jìn)入之地”，限定了庭院的范圍；在5.3.3的條文說明中對(duì)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(jìn)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(yīng)提高了管道的覆土厚度要求。新修訂的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》已從 2002年8月1日起施行。
3．地下燃?xì)夤艿赖氖軌悍治?/strong>
3．1車輛輪壓對(duì)地下管道引起的垂直應(yīng)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(duì)地面的作用力大小由車輛的軸重決定，我國(guó)公路和城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中以100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸重。重型車輛為多軸多輪，以減輕對(duì)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(gè)圓，則車輪荷載對(duì)地面的作用可以簡(jiǎn)化成當(dāng)量圓形均布荷載，當(dāng)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(jié)觸壓力，kPa;
D—接觸面當(dāng)量圓直徑，m
在地下某一深度,當(dāng)車輪引起的垂直應(yīng)力與土體自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小,僅為1/10～1/5時(shí), 車輪引起的垂直應(yīng)力可忽略不計(jì)。
不同重量的車輛對(duì)于地下影響深度不同，據(jù)計(jì)算，總重量80KN（8tf）汽車對(duì)于地下的影響深度在1.6m左右，150KN重量的車輛對(duì)地下的影響深度在1.9m左右。一般情況下，地下燃?xì)夤艿赖穆裨O(shè)深度位于車輛荷截的作用力影響范圍之內(nèi)。地面2 m以下的管道受普通車輛車輪的作用力影響很小，通常可不考慮車輛輪壓作用。
當(dāng)?shù)叵鹿艿郎喜炕靥钔猎诿軐?shí)狀態(tài)下，土體受力在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系呈線性特性，車輪壓力消失時(shí)，土體應(yīng)變隨之消失，恢復(fù)到初始狀態(tài)。車輪荷截作用對(duì)管道引起的垂直應(yīng)力δ車大小可以根據(jù)以下近似公式計(jì)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(yīng)力作用點(diǎn)的深度，m 。
通常情況下，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，車行道下燃?xì)夤艿赖穆裆钤?.9m及其以下，下面的分析計(jì)算中均以管道埋設(shè)深度為0.9m考慮。
用當(dāng)量圓直徑的計(jì)算公式，取P0=100/4KN，p=700kPa，算出標(biāo)準(zhǔn)軸重100KN車輛車輪當(dāng)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(duì)地下0.9m深度處的管道產(chǎn)生的垂直應(yīng)力值δ車。即：
3．2 土體對(duì)地下管道引起的自重應(yīng)力
埋地管道上除了車輪作用引起的垂直應(yīng)力外，還有上部土體引起的自重應(yīng)力。管道埋設(shè)越深，土體的自重應(yīng)力越大。
土體對(duì)地下深度Z處管道引起的垂直壓應(yīng)力δ土按下式計(jì)算：
δ土 = r×z
式中：r—土的容重，KN/m3 ；
z—應(yīng)力作用點(diǎn)的深度，m。
設(shè)土的容重為18KN/m3 ，土體對(duì)地下0.9m處管道引起的自重應(yīng)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(yīng)力為車輛和土體對(duì)管道引起應(yīng)力的疊加。軸重100KN的車輛和容重為18KN/m3土體對(duì)地下0.9m處管道上的引起的全部垂直應(yīng)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(yīng)力和不同容重土體引起的自重應(yīng)力。
管道上部所受壓力等于垂直應(yīng)力與管道受力面積的乘積：
P = δ×S
公稱直徑DN200燃?xì)夤艿?，埋?.9米，在軸重100KN車輛輪壓作用下，車輪當(dāng)量圓范圍內(nèi)承受的壓力為：
P0.9=(δ車+δ土) ×S= 31.26×0.30 ×0.22=2.06KN
4．地下燃?xì)夤艿莱Ｓ霉懿募皳p壞分析
4．1管道材料機(jī)械性能
城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿莱Ｓ霉懿挠谢铱阼T鐵管、球墨鑄鐵管、鋼管、聚乙烯管和鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管等，這些管材在地下都能承受一定的外力，其主要機(jī)械性能見下表：
