直埋供热管道施工措施

探析直埋供热管道的关键施工措施

【摘要】近年来，在供热外网工程中普遍采用直埋供热管道，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.本文就直埋供热管道保温结构组成与性能，提出了直埋供热管道质量控制的关键及方法

1 前言

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。但由于管道直接埋于地下，不便于检修、漏点难发现等原因，要求施工中必须严格控制管道施工工艺，并且应从管材的选择、阀门安装、三通加固、固定墩、线路选择等方面加强节点处理技术。同传统的地沟敷设相比，直埋供热管道敷设方式具有很多优点，比如工程施工时间短、施工占地面积少、管网使用寿命长、人工维护量小等。直埋敷设非常适合目前城市及地方建设的要求，其技术的的发展越来越成熟，在工程中也越来越多地被采用。本文是对《城镇直埋供热管道工程技术规程》（以下简称为规程）的一点理解。

1.1 规程适用条件

本规程适用于公称直径≤DN500、供热介质温度≤150℃的钢制内管、保温层、保护外壳结合为一体的预制保温直埋热水管道。规程的适用条件有两个界限，即管径和温度，且必须同时满足这两个条件。

规程总则条文说明中的解释：管径：因为在管道进行热伸长计算、

强度计算中对荷载作了简化处理，计算结果对大管径管道来说，偏差较大，其性能是不安全的，但是对小管径管道影响不大；温度：供热管网的安全性和经济性与设计温度密切相关，直埋供热管道保温材料的使用寿命、耐温能力也是根据设计温度来选择的，这个温度界限在强度方面是安全的。

2.直埋供热管道保温结构组成与性能

直埋供热管道的保温结构组成是：保温层、保护外壳。

直埋供热管道保温结构的功能：管道保温、抵抗土壤压迫和传递力。为了克服管道在土壤中横向位移时土壤对管壳的挤压和土壤对管壳在管道径向产生的压力、保证保温结构形状完整，保温层和外壳必须具有足够的强度，规程中要求保温层的抗压强度≥200kPa。

保证保温结构完整的另一个必须条件是：外壳、保温层和钢管相互之间的粘结强度。为了克服管道轴向位移时土壤对管道外壳的摩擦力，直埋供热管道的保温层需要能传递剪切力。土壤与管道外壳之间的摩擦力，其计算公式为：

F=πρgμ（H+Dc/2）Dc（1）

公式中F-轴线方向每米管道的摩擦力，N/m；

Dc-管外壳直径，mm；

g-重力加速度，9.81m2/s；

ρ-施工所在地的土壤密度，kg/m3；

μ-施工所在地的土壤与管壳之间摩擦系数；

H-施工所在地的管顶覆土深度，当H>1.5m时，取1.5m。

直埋供热管道保温层与内钢管、外壳与保温层都传递轴向剪切力，剪切强度的计算公式为：

τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）（2）

公式中μmax-土壤与管壳之间最大摩擦系数；

Fmax-土壤与管壳最大摩擦力，N/m。

例如：对于DN500保温管外壳与内保温层粘结抗剪强度要大于13.6kPa；对DN20保温管保温层与内钢管表面粘结抗剪强度必须大于37.2kPa。在规程中，要求直埋供热管道的保温层剪切强度（含与内管和外壳粘结）≥120kPa。

3直埋供热管道的施工方法

3.1 直埋供热管道的安装方式

直埋管道中的应力是热胀变形不能完全释放而产生的。因此。通过选择不同的安装方式，可以改变热胀变形的大小和变形的释放程度，进而改变管道的应力水平。热胀变形的大小与零应力状态对应的温度有关，零应力状态温度的提高，可降低热胀变形的大小。根据此温度是否等于安装时的环境温度，管道可分为两种。冷安装：零应力状态对应的温度等于安装时的环境温度。预应力安装：零应力状态对应的温度等于预热温度。根据热胀变形能否释放，管道又可分为两种。无补偿安装：两固定墩之间或远离补偿装置而处于锚固状态的管道（锚固段），其热胀变形不能被补偿装置所吸收。有补偿安装：补偿装置附近处于滑动状态的管道（滑动段），其热胀变形能被补偿装置所吸收。

3.1.1 无补偿冷安装

管道回填时，既不进行预应力，也不进行补偿，温度变化时管段处于不动的锚固状态。无补偿冷安装是最简单和最经济的安装方式，但运行工况下管道承受较高应力。在满足强度条件时，管段应优先采用这种安装方式。

3.1.2 有补偿安装

当管段中设置补偿装置（弯管补偿器或波纹管补偿器）时，补偿装置附近处于滑动状态的管段属于有补偿安装。由于设置弯管补偿器或波纹管补偿器，必然增加了补偿装置的投资，对于波纹管补偿器，还增加了管网的事故点。因此，应避免在整个管网中都采用有补偿安装方式，但在管网设计中，局部管段采用这种安装方式还是比较安全经济的。

3.1.3预应力安装

预应力安装方式，实质上是改变管道的安装温度，使之等于预热温度，当管道温度等于预热温度时，管道应力为零。而当管道温度恢复至环境温度时，使管道产生预应力效果。可以通过预热的方式和采用一次性补偿器的方式来实现预应力安装方式：（1）预热方式是管道在回填前进行预热，加热到预热温度时进行回填，立即可产生预应力效果。采用预热方式时，应具备预热热源，同时现场条件允许管沟敞口。（2）采用一次性补偿器的方式时，管道安装后可立即回填。在首次加热过程中，当补偿管段的热胀变形量达到在预热温度下的自由膨胀变形量时，就可焊接该一次性补偿器。通过多次温度变化，使应力

均匀分布，从而达到预应力效果。采用一次性补偿器的方式，不需要预热热源，并且只需补偿器附近的管沟敞口，但是增加了一次性补偿器的费用。

4、供热管道工程质量控制措施

4.1、砂层回填的质量控制

槽底砂垫层的质量控制，首先要控制砂的质量，砂料应干湿度适中，粒径均匀，不含淤泥结块，其次，严格控制砂垫层回填的厚度和高程，在回填前要复核槽底的密实度和槽底标高，当确认无误后，方可允许回填。砂垫层应该回填夯实，一般应采用夯实机进行夯实，夯实完后对厚度和密实度进行检查，密实度一般为95%，厚度一般不少于200毫米，高程应符合安装热力管道管底高程的要求。

4.2、沟槽开挖的质量控制

在沟槽开挖前，要根据现场土壤类别、土质情况确定适当的放坡坡度。对设支撑的沟槽坡度一般采用1：0.05，对于较深的沟槽，宜分层开挖。挖槽土方应妥善安排堆放位置，一般情况堆在沟槽一边，在另一边留出工程材料和施工机械进出场的道路，以方便下管施工，堆土下坡脚与槽边的距离根据槽深、土质、槽边坡来确定，其最小距离不应小于1米。同时，在沟槽开挖前还要确定合理的开槽断面和槽底宽度，开槽断面由槽底宽、挖深、槽底、各层边坡坡度以及层间留台宽度等因素确定，槽底宽度应为管道结构宽度加上两侧工作宽度。因此，确定开挖断面时，要考虑工程安全和质量，做到开槽断面合理。另外，在雨季施工时，应防止槽底泡水，在沟槽四周叠筑闭合的土埂，