供热管道直埋敷设技术在湿陷性黄土地区的应用

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[摘要]本文阐述了供热管道直埋敷设的管道构造，以及在湿陷性黄土地区的应用，提出了在湿陷性黄土地区直埋敷设的应用问题及解决的一些措施。

[关键词]供热管道直埋敷设湿陷性黄土应用

直埋敷设供热管道（含生活用热水、采暖热水）在北欧国家（如瑞典、丹麦、芬兰等）从保温管的制造、工程项目的设计、施工安装，至管网运行监控管理都有较为成熟悉的经验。我国也于二十世纪七十年代开展了供热管道的直埋敷设及安装制造等研究，但受当时材料的限制，保温材料采用吸湿性较强的膨胀珍珠岩，虽然对其进行了热沥青憎水处理，也无法满足要求，故此项工作在取得一定的试验数据后，结束了试验工作。

改革开放以后，国外的新技术、新工艺陆续在国内被引进消化。国外先进直埋敷设技术在我国北方采暖地区，得以推广应用。80年代末，国内一些设计院和国外保温管厂家合作，先后在东北哈尔滨、牡丹江等地进行了直埋供热管敷设设计与施工。这种利用聚氨酯硬质泡沫塑料导热系数低，吸湿率小，闭孔率高等优点的工厂化预制保温管直埋敷设技术，很快就在我国广大采暖地区得到了推广。它具有投资省（较地沟管敷节省造价30%），施工便利，工期短（缩短一半以上），占地少，运行监督费用低等传统供热管道无法比拟的优点，迅速的成为供热管道敷设首选技术方案。在短短的十数年间，在东北和华北地区，特别是在大中型城市供热管网工程中，几乎全为直埋敷设。

目前在我国采用的直埋敷设预制保温管按其生产制造工艺，大致可分为以下几种：1、二步法管中管。此种管型基本是最初由北欧国家引进行预制管或国内引进生产线及一部分国内厂家仿制产品，可生产全系列预制保温管道。是目前应用最多的预制保温管。其管道构造如图所示。

国家已制定了行业标准《高密度聚乙烯外护管聚氨酯预制直埋保温管》CJ/T114-2000neqEN253：1994。

2、一步法管中管。此工艺是由石化部门生产的输油管线转化而来。它是将保护管壳吹拉与发泡工序合二为一进行的。由于受管保护壳挤出头间隙厚度的限制以及发泡机喷注能力的影响，目前只能生产DN400以下管道，且外保护壳厚度、钢管和保温层、保温层和保护壳之间的抗剪切能力均不能达到国家标准的要求（详见《区域供热》1994.5Pg3）

3、手工（半机械）缠绕玻璃钢管壳预制保温管。此种方法因多是在管道安装施工现场制造，环境温度无法控制，产品质量不稳定，随厂家而异。因其价格较前两种生产管道有较大的价格优势，对小型管网仍有很大吸引力。

目前为适应国内高温热水及蒸汽管道的要求，已有厂家成功的开发出二步法复合保温预制管。为此类管道直埋敷设提供了基础。

直埋敷设供热管道在湿陷性黄土地区应用较全国北方其它采暖地区要滞后一些，其主要原因是：

１、直埋敷设供热管道输送热媒介质——水本身是导致黄土湿陷的主要原因，一但因管道泄漏，有可能造成敷设地段湿陷，发生事故。影响地面既有建筑（构筑）物。

2、外部其它原因造成敷设地点湿陷，造成供热管道受损。

3、供热管道属压力管道，特别是供热运行时管道处于内压力（也叫一次应力，由输送媒介压力构成）、热胀应力（也叫二次应力，由输送媒介温升构成）的合成应力之

下。管道在土壤中受输送温升媒介影响，作热运动，当上述两种现象发生，有可能产生管道纵向失稳，易产生破坏。（力学模型为细长压杆）。

4、受时间的限制，在《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25-90中第3.5.14条中规定“热力管道及其进口装置宜明设。当埋地敷设时必须设置管沟，......。”，同时在《城市热力网设计规范》CJJ34-90中也作出规定“城市热力网设计除执行本规范外,......,尚应遵守现行的......,《湿陷性黄土地区建筑规范》TJ25，......的有关标准、规范的规定。”近几年来，湿陷性黄土地区供热管网设计和施工人员结合以往在湿陷性黄土地区其它管网敷设的经验，除采用了许多适合本地区特点的工程处理技术外，还在本地城市供热管网应用和推广了直埋敷设管网技术，使直埋敷设供热管网技术逐步得以推开。采用的主要工程技术有：

1、合理处理管道基础和焊口。供热管道虽是压力管道但其联接多采用焊接，特别是大中型供热管道，规定各管道焊口必须按一定要求进行焊口100%无损探伤，使焊口跑、冒、滴、漏现象得以扼制。在甘肃省地方标准《甘肃省热水热网直埋敷设技术规程》DBJ25-66-96中还特别规定将焊缝质量按Ⅲ级焊缝处理，大大加强了管道焊口质量的控制。并且规定在湿陷性黄土地区进行管基处理时，应适当增加灰土夯实层，素土夯实系数也应达到一定数值，使由管道泄、漏水引起的地基湿陷影响降低。管槽处理详见图所示：

2、合理选择直埋敷设管道运行应力水平和敷设埋深。当发生局部地段湿陷时使管道有一定抗纵向失稳的能力。对安装温升较高的管段，慎用无补偿冷安装工艺。如采用加设弹性补偿元件（设置波纹补偿器、“L”、“P”型弯等）减缓应力相对集中。当管径DN＜500mm时，覆土厚度＞1m，即可防止产生纵向失稳。管径DN＜500mm 时，应通过计算来确定覆土厚度。

3、在重点地段（如敷设管径DN＞500、敷设地点周围有较重要的建筑）宜设置集中或区域报警措施，防患于未然。当敷设地区有泄漏及发生时，在尚未引起湿陷时，就进行防治，使事故损失降到最低。

4.管网运行期间，在管网敷设地段，管网两侧2M范围之内严禁施工开挖，以防止侧向失稳。

从九十年代中期起，我国湿陷性黄土地区一批大中型城市已在城市集中供热管网中采用了直埋敷设技术，大大节约了资金和土地占用，其社会效益和经济效益非常显著。笔者曾参加了“兰州市第二热电厂供热管网工程”的设计工作。该工程于1984年由国家计委立项，总概算造价3.4亿元，其中管网造价8700万元，管网敷设方案采用地沟，最大地沟横断面3600Ⅹ7200，最大供热长度7.3km，最大供热管径DN900。管网敷设地带地基多数具有自重（非自重）湿陷性。由于该工程主要解决兰州城中地区冬季采暖小锅炉燃煤烟气污染，原管网敷设方案采用地沟方式，占地面积大，施工周期长，大型管沟相应对地基要求较高，特别是原道路修建未考虑供热管位，大型管沟穿越市区又几乎不可能。采用管沟深埋设技术，又使工程造价陡增数倍，该管网方案经政府主管部门组织有关人员数次论证，终未能实施。进入九十年代后，我工程小组结合国内其它城市供热管网敷设经验，通过考察调研对管网地沟敷设方案进行了修改和调整，结合工程实际，提出了湿陷性黄土地区采用直埋敷设技术，并由甘肃省建设专家委员会牵头，组织专家进行了技术论证，在此基础我工程小组编制了《兰州市第二热电厂供热管网工程设计统一技术措施》，综合应用了上述几种工程处理手法，使兰州市“二热”供热管道工程得以实施。该管网采用直埋敷设技术后较采用地沟的直接工程费减少1500万元，其它如减少用地及经常维修费用均不计在内。由于直埋管网保温效果好，仅此一项就可使“二热”供热管网增加供热面积30