武曉鵬 山西五建集團有限公司

1 前言

隨著城市供熱管網(wǎng)直埋無補償冷安裝敷設(shè)技術(shù)的不斷完善，該技術(shù)逐漸得到了推廣和應(yīng)用。目前熱力管網(wǎng)的直埋敷設(shè)已應(yīng)用在我國許多供熱工程中，相對于傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力安裝方式，無補償冷安裝的優(yōu)勢更為明顯，具體表現(xiàn)為進度快、造價低、性能好、壽命長等，且危險點設(shè)計的數(shù)量更少，能夠提高管道強度和穩(wěn)定性，保證工程達到預(yù)期建設(shè)要求。

2 直埋供熱管道安裝方式對比

直埋管網(wǎng)的安裝方式可以分為預(yù)應(yīng)力安裝和無補償冷安裝，以往工程中基本以預(yù)應(yīng)力安裝方式為主。但隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，無補償冷安裝方式被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，且該技術(shù)的優(yōu)勢更為明顯，二者的對比分析具體如下。

2.1 預(yù)應(yīng)力安裝方式

2.1.1 敞溝預(yù)熱安裝

敞溝預(yù)熱安裝屬于傳統(tǒng)施工方式，管端的位移與冷安裝的位移大致相同，覆土前可以進行敞開式預(yù)熱，最終產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。但在該技術(shù)的實際應(yīng)用中，由于管道溫度與環(huán)境溫度持平時處于拉應(yīng)力狀態(tài)，熱脹冷縮可能因土壤缺少摩擦力而提前釋放，為了能夠避免冷安裝在首次移動時的較大位移，因此要求管道被加熱到預(yù)熱溫度時覆土后再冷卻，使管道達到一定的平均應(yīng)力水平。

2.1.2 采用一次性補償器安裝

一次性補償器在傳統(tǒng)施工中較為常見，安裝時需要預(yù)留補償器附近的溝槽處敞口，首次加熱補償量達到釋放的熱膨脹量后焊死，使管道的熱脹得到提前釋放。由于土壤摩擦力的作用，要求在多次變化以后應(yīng)力需要保持均勻，系統(tǒng)溫度也可能隨各類因素影響而變化，需要在兩個一次性補償器之間確認施工段的局部應(yīng)力，以避免施工中出現(xiàn)非正常情況，如管道溫度過高或難以找到熱源預(yù)熱，可采用有補償方式。

2.2 無補償冷安裝方式

無補償冷安裝需要考慮各種不利荷載的組合情況，要求應(yīng)力變化范圍始終控制在允許值之內(nèi)，在設(shè)計過程中需要考慮常溫下完成的各類情況，采用安定性分析理論進行不同強度的安全驗算，如管道不設(shè)補償裝置則不必考慮預(yù)熱，采用不同的強度驗算條件保證施工過程的準確性。同時該施工技術(shù)在冷態(tài)的環(huán)境溫度下管道處于零應(yīng)力狀態(tài)，需要將應(yīng)力根據(jù)作用范圍、性質(zhì)進行分類，焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態(tài)條件下進行，需要在設(shè)計中考慮各種載荷條件可能的組合，在施工過程中進行特性分為，保證施工的實際效果。

3 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝規(guī)范規(guī)定

3.1 工程概況

文水縣農(nóng)村集中供熱工程建設(shè)項目，A段供熱管線設(shè)計起點為國金電廠圍墻外1.5m，終點為太中銀鐵路，主線管徑DN800~DN1200，敷設(shè)長度9004.25m，沿線22座小室，8條分支，熱媒參數(shù)：120℃/60℃，設(shè)計壓力：1.6MPa，設(shè)備按2.5MPa選型。電廠與熱力公司采用同一廠家熱計量裝置，與電廠接口時注意供回水方向，沿供水方向左供右回，直埋管道設(shè)計遵循CJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)范要求，最終選用無補償冷安裝直埋供熱管道安裝方式，保證工程建設(shè)達到預(yù)期要求。

3.2 規(guī)范規(guī)定

上述工程在應(yīng)用無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術(shù)時，明確了整體建設(shè)的規(guī)范規(guī)定，從而防止建設(shè)中出現(xiàn)風險問題，具體要求如表1所示。

表1 直埋供熱管道安裝規(guī)范規(guī)定

4 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術(shù)的原理

上述工程管道軸向為一段兩端固定的直管道，要求熱力管道不能出現(xiàn)塑性變形，應(yīng)力分布如圖1所示。但實際檢查后發(fā)現(xiàn)，管道摩擦力的存在致使管道變化受到阻力，A處為自由伸縮狀態(tài)，受熱發(fā)生膨脹而使管道斷面產(chǎn)生軸向應(yīng)力，因此會有一個安裝距離臨界值，故在A處添加一補償器，無論管道是受熱還是冷卻如小于屈服應(yīng)力則不會發(fā)生破壞。

圖1 管道軸向應(yīng)力分布

當熱力管道降至常溫時拉應(yīng)力為σ0，隨著管道溫度升高至工作溫度，管道的壓應(yīng)力仍小于允許應(yīng)力值，在屈服階段會出現(xiàn)應(yīng)力變化不大而應(yīng)變明顯的現(xiàn)象，這是無補償直埋敷設(shè)管道技術(shù)的基本原理。應(yīng)用彈性理論計算無法反映出鋼材塑性變形和破壞的關(guān)系，因此需要應(yīng)力σ與應(yīng)變ε成直線關(guān)系，保證最高點的應(yīng)力σb為材料能承受的最大應(yīng)力。

5 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術(shù)的要點分析

直埋無補償冷安裝供熱管道為避免出現(xiàn)失穩(wěn)、變形的情況，要求坡度≥2‰，管道的高處宜設(shè)置放氣閥，且要求有相對位移處應(yīng)采用保護措施。

5.1 管道溝槽

土方質(zhì)量直接關(guān)系到技術(shù)應(yīng)用的效果，如存在問題則可能造成基底不實出現(xiàn)不均勻沉降，上述工程在建設(shè)前調(diào)查了大量的施工建設(shè)資料，并進行了詳細的規(guī)劃設(shè)計，因此建設(shè)中未出現(xiàn)該問題。溝槽開挖過程中如出現(xiàn)高程校核問題，則可能導(dǎo)致局部底部懸空而失去均勻支撐，影響供熱管網(wǎng)的安全運行，上述工程在土方開挖前，嚴格測量放線、測設(shè)高程，管頂以上200mm及管腔中砂回填以人工進行夯實，保證了工程建設(shè)的可靠性。

5.2 管材要求

5.2.1 外殼保溫層要求

外殼保溫層要求材料的性能必須符合實際需求，且必須與鋼管有很強的結(jié)合力，以此避免預(yù)制保溫管失去其固有的性能。同時由于輸送管道要承受較大壓力，因此上述工程供熱管道選擇了直埋預(yù)制保溫管，一次限制鋼管的熱脹冷縮變形，保證整體的施工質(zhì)量，防止建設(shè)出現(xiàn)風險問題。

5.2.2 三通設(shè)計要求

三通加固可以保護分支管道，減少巨大的軸向荷載，上述工程采用加披肩以此帶加強板的三通，通過設(shè)置距離為10m~15m的Z型彎來降低三通處的應(yīng)力，最終保證熱位移量＜50mm。

5.3 閥門選擇

無補償直埋管道運行時環(huán)向應(yīng)力較大，因此閥門的選擇十分重要，如上述工程采用雙向硬密封焊接蝶閥，要求附件滿足特殊要求。同時由于閥門選擇焊接的方式，因此要求預(yù)制保溫彎頭采用熱壓彎頭，口徑＞DN500的焊接球閥采用縮徑，彎頭曲率半徑均為I，小折角采用現(xiàn)場調(diào)彎通徑閥門，低點設(shè)泄水并置于檢查井內(nèi)是否存在參數(shù)偏差的情況。

5.4 焊接檢測

焊接檢測在無補償直埋管道中十分重要，其原因在于實際施工后管道的荷載增大，如上述工程DN700以下的管道采用氬弧焊打底電焊蓋面，鋼管及管件采用雙面焊，因此為保證整體的建設(shè)質(zhì)量，要求對≥DN700的管網(wǎng)進行射線探傷檢測，將所有不合格的焊口一一找出并重新焊接，避免后期出現(xiàn)應(yīng)用風險問題。

6 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術(shù)的應(yīng)用策略

文水縣農(nóng)村集中供熱工程建設(shè)項目所有的施工嚴格按照CJJ 28—2014《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行，保證最終建設(shè)符合預(yù)期標準。

6.1 開展地質(zhì)勘察

上述工程按輕微液化場地考慮，揭露場地地下初見水位2.80m~8.50m，靜止水位標高739.97m~745.1m，勘察結(jié)果及區(qū)域地質(zhì)資料，場地內(nèi)亦不存在影響工程建設(shè)的古墓、石流、河道、防空洞、孤石等不利的埋藏物。

6.2 管道安裝施工

管道安裝前應(yīng)進行清掃，在設(shè)計過程中合理的增大彎頭的強度和厚度，小孔徑管道的彎頭使用1.5倍的公稱直徑，鋼管的焊接必須嚴格執(zhí)行國家現(xiàn)行標準，無法采用射線探傷的焊口要求采用超聲波探傷，避免施工出現(xiàn)質(zhì)量問題。

6.3 管道保溫處理

保溫材料采用硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料，質(zhì)量符合《硬質(zhì)聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管》的標準要求，保護層用高密度聚乙烯管殼。而管道的接口保溫應(yīng)在管道安裝完畢及強度試驗合格后進行，搭接做法參照《05R410》要求，接口施工具體如表2所示。

表2 保溫補口處理

按圖紙要求達到槽底深度，管道的裝卸及入槽要用專門吊帶，不可用鋼絲繩直接吊管外皮或用吊鉤吊管。

6.4 回填及試壓

結(jié)合地勘資料現(xiàn)場確認后可采用原土回填，強度試驗壓力應(yīng)為1.5倍的設(shè)計壓力，且不得低于0.6MPa；管底敷設(shè)的細砂，其他部分填砂或過篩細土，填土時，其顆粒應(yīng)小于2mm，回填土密實度應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)定。

7 結(jié)束語

直埋預(yù)制保溫管無補償冷安裝方式已得到國內(nèi)外供熱界的普遍認可，但當前實際應(yīng)用中仍然存在一定的缺陷，需要對該技術(shù)深入探究，認真對待每一個細節(jié)，推動我國建設(shè)工程行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。