浅论直埋供热管道应用与施工

 　摘要：目前我国区域供热管网在一定范围内应用了直埋敷设的方式,该方式相比传统的敷设方法,不仅占地少、施工周期短、维护量小,还可以节约成本、延长使用寿命长,适应城市建设的发展要求。 

　　关键词： 直埋 供热管道 应用 施工 

　　中图分类号：O434文献标识码： A 

　　前言 

　　供热管道直埋敷设方法同传统的地沟敷设方法相比具有占地少、施工周期短、维护量小、寿命长等诸多优点，近些年来预制保温管施工技术也有了很大的发展，已颁布的《城镇直埋供热管道工程技术规程》标志着直埋技术在我国已经趋于成熟，因此，在供热管道的施工中，直埋敷设越来越多地被采用。 

　　一、直埋供热管道应用 

　　1、无补偿直埋敷设技术 

　　某集中供热管网工程全线采用高温水无补偿直埋敷设技术,设计条件:设计供水温度为115℃,供水压力1.4MPa,最大管径为600mm,热水管网供热半径为8km,管线延线长度15km,管材材质采用Q235 钢,管顶埋深1.1～2.0m。根据该地区的实际情况,大部分管网敷设在河道中,为了减少在河中敷设补偿器和固定墩造成的事故,采用无补偿(无预热)直埋敷设技术,无补偿敷设要求对管道受力分析和应力计算非常严格,否则造成的后果比较严重。该工程已投入使用三年,运行状况良好。 

　　2、有补偿直埋敷设技术 

　　某热源厂供热管网工程采用有补偿直埋敷设方式,设计条件:设计供水温度为1 2 0 ℃, 供水压力1 . 6 M P a , 最大管径为900mm,管材材质采用Q235 钢,管顶埋深为1.3～2.5m。由于供水温度高和地形高差大,为满足管道稳定性条件,供热管网采用了有补偿直埋敷设方式,设计时需要在大小头管径较大的一侧设置固定墩,管径较小一侧设置补偿器。考虑到管径较大,钢管相对来说是薄壁壳体,必须对管道的局部失稳进行校核计算,由于管道内的最大轴向应力发生在固定墩处,因此,固定墩处的应力必须进行校核计算。 

　　二、设计方法 

　　1、无补偿冷安装直埋敷设 

　　无补偿冷安装直埋敷设的设计方法采用应力分类法对管道进行应力验算,应力分类法根据由不同特性的荷载产生的应力性态和对管道破坏的影响,对管道上不同性态的应力分别给予不同的限定值。应力分类法将计算应力分成一次应力、二次应力及峰值应力, 分别采用弹性分析理论、安定性分析理论及疲劳分析理论进行分析, 因此计算复杂。 

　　2、有补偿直埋敷设 

　　有补偿直埋敷设的设计方法采用弹性分析理论对管道进行应力验算,对应力不进行分类,将各种荷载产生的应力叠加,仅计算综合应力对管系的影响,因此计算简单,弹性分析理论以控制荷载引起的应力、应变在弹性范围内并考虑足够的安全余量作为限定值,只要求管道任一截面的总应力不超过钢材的许用应力。 

　　3、管道布置形式 

　　（1）无补偿冷安装直埋敷设 

　　按无补偿冷安装直埋敷设设计,在热水供热管网的工作温度范围内,当管道热伸长受阻产生的温度应力能够满足安定性分析的强度条件时,从管道强度角度考虑管网中可不设补偿器。但由于某些管件的强度或对其位移的限制, 需要根据现场条件采取适当的保护措施, 有可能设置极少量补偿器和固定墩。因此,管网占用空间小,布置形式简单,保温管整体连续性和防水性优。 

　　（2）有补偿直埋敷设 

　　按有补偿直埋敷设设计,为控制管道的总应力,须采用补偿器吸收热位移来降低直管段的温度应力。管道和土壤之间摩擦力产生的应力较大,补偿段长度较短,管网中需设置大量补偿器和固定墩。因此,管网占用空间大,布置形状复杂,保温管保护层断点多,防水性差。 

　　三、直埋供热管道施工 

　　1、直埋管段基坑开挖 

　　根据中心桩及开口图于基坑开挖前要放出沟槽的上口边线。在开挖完沟槽后,要在沟槽两侧设置挡水护堤,并派专人在降雨时沿线进行巡视,这样才能及时处理所发现问题,同时还需要准备2台DN50潜水泵和200m的DN50胶管,来进行沟槽排水,从而达到防止地下水及雨进入水槽的目的。 

　　对于较为特殊地段,因其土质较差、地下水位较高,因此,要制定并选用切实可行的防护措施,以确保安全性。挖掘基坑施工过程中,要根据中心线、标高、横断面来开挖,禁止超挖。待挖好沟槽后,把中心线放入槽底,并将中心线桩埋设其中,将标高桩设置在沟槽边上。在进行修边清底时要根据槽底中心线和标高线来进行,要严格检查槽底,让其符合设计值,并记录好沟槽开挖事项,对沟槽的验收要请监理工程师进行,并记录好验收事项。验收完成后,在其上方铺设砂土垫层,其中用于砂石垫层的砂土材料不能参杂有草根、垃圾等有机杂物,控制含水量在8%～12%之间。进行分段施工时,要将接头处做成斜坡,允许顶面标高偏差± 15mm,允许表面平整度偏差为20mm。当砂土的含水量过低时,要及时洒水将其润湿,待砂层成活后,若还不能进行连续施工,要用草袋等物覆盖在砂石层上,再用平板振动器进行夯实以达到设计标准,最后检查合格后才可以下管。 

　　2、垫层施工 

　　根据垫层的结构尺寸大小,测量出垫层面标高,将高程控制桩每隔4m～5m设置一个。根据垫层面标高来进行挂线,垫层材料可以由人工进行摊铺,检查完平垫层面后,人工进行夯实或用打夯机进行夯压密实。注意垫层与槽底要一样宽。砂垫层厚度要达到设计标准。 

　　3、套管安装 

　　（1)套管的安装要在垫层经过检验确认合格后方可进行,待复测基础面标高达到设计标准后,在其上面进行测量放样,检测出井的中心点和管道中线,并按照其中心点和管道中线进行挂设管道边线,从而就可以根据该边线来控制管道的走向和高程。 

　　(2）根据设计图纸要求来选用预制管构件,并按照设计管道尺寸和质量要求对预制管进行验收。用机械将预制管运输到施工现场,再用汽车吊将其吊装到基坑底部,最后由人工将管道就位和安装。 

　　（3）从下游向上游进行下管和安装。要有专门的吊机下管时,要安排专门的人员进行现场指挥。低速轻放套管至沟底。（4)套管下管完成后,将其排好,再对线校正,在管底两旁用石子楔稳,确保使其不移动,最后再复核一次流水高程,确定达到设计标准后方可进行接管工作。 

　　4、直埋供热管安装 

　　（1）直埋供热管道的坡度最好是在2‰以上。在高处设置放气阀,在低处设置放水阀。在干管直接引出分支管时,要按照相关规定,将固定墩或轴向补偿器或弯管补偿器设置在分支管上。 

　　（2）直埋管道上的阀门要在管道的轴向荷载的承受范围之内,一般选用钢制阀门进行焊接连接。将补偿器或固定墩设置在管道壁厚变化处,将固定墩设置在大管径或壁厚较大的一侧。 

　　（3)管道焊接。采用手工电弧焊的焊接方法,并选派考试合格的有证焊工进行焊接。在焊接过程中,要按照公司编制的焊接工艺指导书和还焊接工艺评定报告进行,并且焊工在焊前要进行培训。采用X型坡口双面焊接工艺进行焊接,焊接层数有四层,即外部三层和内部一层。要详细记录实际施焊发生变化时的事项。 

　　四、直埋供热管道在施工工艺中应注意的问题 

　　1、管材的选择 

　　由于地热力管道在埋置时内压通常都很低,致使内压所引起的总体一次薄膜应力达不到允许值的50%。虽然很难发生直接爆破的破坏,但破坏多数是因为温度应力引起的塑性疲劳而产生的破坏。因此,管材在选择时,要主要考虑抗疲劳性能,例如:选用塑性较好且易焊接的材质。尽管轴向温度应力不受管壁横截面积的大小的影响,在壁厚增加时也不会降低管壁内的轴向应力。相反,固定墩的推力和过渡段的热伸长量就会因其有增加的可能。故尽量选用较薄的规格的管壁。在实际施工中还要注意避免不同规格的管子混合使用。 

　　2、线路的选择 

　　在直埋供热管道线路的选择上要主要要考虑两点,一是要考虑便于施工、工程量小及与建筑、市政规格配合等因素,二是考虑要尽量降低管道上设置的补偿器的数量。一般将直埋管道的补偿器主要设置在如下: 

　　(1)L型管段的两端; 

　　(2)直埋与地沟二者的连接处; 

　　(3)管道分支两端; 

　　(4)干线阀门两端。尽管后三种情况不影响线路走向,但第一种L型管段处的补偿器的设置数量会密切关系到线路的走向。 

　　结束语 

　　总之，直埋敷设技术完全适合我国国情,尤其适合地下水位高或建筑密度大的城区新建和改建工程,供热管道直埋技术是一种值得推广应用的先进技术。 

　　参考文献 

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　　[2] 冯静.浅谈后浇带的施工[J]. 黑龙江科技信息. 2009(21) ：7484 

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　　[4] 李娜.后浇带设计和施工浅析[J]. 科技资讯. 2011(10) ：3341