郭 彬

[太原熱力設(shè)計(jì)院（有限公司）山西 太原 030000]

0 引言

市政工程作為城市功能的支撐，承擔(dān)起了保障城市生命的重要作用，各種人們?nèi)粘Ｉ钏枰奈镔|(zhì)能源，都需要以市政工程中的構(gòu)筑物和設(shè)施為載體，源源不斷地被輸送到市民的生活中。在城市供暖系統(tǒng)中，供熱管線(xiàn)的施工問(wèn)題是影響后期保溫及供暖效果的主要因素。隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)城市供暖系統(tǒng)的建設(shè)提出了更高的要求。由于供熱管線(xiàn)具有較高的耐蝕性，所以在安裝和施工中必須加強(qiáng)保溫，并對(duì)其進(jìn)行防腐處理，必須監(jiān)督施工的進(jìn)行，以確保其安裝和施工的質(zhì)量。在相關(guān)文獻(xiàn)中，程霞霞[1]提出了市政道路給排水管道施工中的常見(jiàn)問(wèn)題及預(yù)防措施研究，表示給排水管道是市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的重點(diǎn)，該類(lèi)管道的建設(shè)水平直接影響到居民的日常生活，同時(shí)也是城市建設(shè)狀況的重要展現(xiàn)途徑；韓得學(xué)[2]提出了市政熱力管道設(shè)備工程施工中存在的問(wèn)題及施工管理要點(diǎn)，表示提高供熱項(xiàng)目建設(shè)管理的質(zhì)量，既能提高整體工程的舒適程度，又能提高居民的居住品質(zhì)。本文從設(shè)計(jì)安全要求、熱力管道施工材料及熱力管道施工與建筑物的距離，對(duì)市政熱力管道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)做出分析，總結(jié)現(xiàn)階段市政熱力管道施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出市政熱力管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的優(yōu)化方案，采用熱力管道直埋敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行城市供熱改造施工。隨著我國(guó)與國(guó)際接軌，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的城市建設(shè)差距越來(lái)越清晰，促使各行各業(yè)“上下求索”，努力在市政工程領(lǐng)域?qū)で蟾玫慕鉀Q辦法，以滿(mǎn)足人民對(duì)熱能的需要。

1 市政熱力管道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

1.1 設(shè)計(jì)安全要求

城市供暖管線(xiàn)屬于壓力管道，主要用于輸送高溫水，因?yàn)楣芫€(xiàn)內(nèi)部的壓力比較大，且管線(xiàn)上有很多附件、連接點(diǎn)，因此一旦發(fā)生故障很難發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置[3]。若城市地下管線(xiàn)滲漏重新進(jìn)行挖掘修復(fù)，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也無(wú)法保證熱力管道的安全，因此，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證供熱項(xiàng)目的安全進(jìn)行。

1.2 熱力管道施工與建筑物的距離要求

在管線(xiàn)的建設(shè)工程中應(yīng)格外注意熱力管道施工點(diǎn)與建筑物的距離，要考慮如何不對(duì)建筑物的安全造成損害，防止腐蝕、沉降、震動(dòng)和重壓管道[4]。在中國(guó)住宅小區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中均需符合以下原則：（1）熱管與建筑物的最小水平間距：直接埋管2m，溝槽間距0.5m；（2）熱管與建筑物地基的最小橫向間距為0.5m，直埋管直徑在小于或等于25cm 時(shí)溝槽為2m，直徑大于30cm 時(shí)溝槽為3m，直埋式熱管為5m。

1.3 熱力管道施工材料的要求

材質(zhì)。一般情況下，在設(shè)計(jì)熱力管道中的外護(hù)管時(shí)都會(huì)采用黑色的夾克管，這是熱力管道構(gòu)成中最基礎(chǔ)的材質(zhì)，包括HDPE 外護(hù)管、聚氨基甲酸酯硬質(zhì)泡沫保溫管以及碳素鋼管、無(wú)縫鋼管，管材不得彎曲、銹蝕，無(wú)飛刺、重皮及凹凸不平現(xiàn)象。供熱管道的質(zhì)量是影響整個(gè)管道工程質(zhì)量的重要因素，因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的管理，保證熱力管道的質(zhì)量合格，在管道材料送往工地時(shí)，要著重檢查鋼管的質(zhì)量、聚乙烯外套管的質(zhì)量以及聚氨酯保溫層的質(zhì)量，以方便后期施工[5]。在工程現(xiàn)場(chǎng)檢查需熱力管道的外觀和厚度，保證管道的外觀為黑色，外表和外部都不能有任何會(huì)影響其性能的凹槽。

參數(shù)要求。具體的熱力管道施工材料參數(shù)如表1 所示。

表1 管道施工材料規(guī)格參數(shù)表

熱力管道施工HDPE 外護(hù)管要求壓力大于1.0MPa 表壓和溫度大于200℃的蒸汽管道、壓力大于1.6MPa（G）和溫度小于等于180℃的熱水管道，應(yīng)采用無(wú)縫鋼管。壓力小于1.6MPa（G）和溫度小于200℃的聚氨酯甲酸酯硬質(zhì)泡沫保溫管管道，可采用無(wú)縫鋼管或焊接鋼管。室外采暖計(jì)算溫度小于-5℃的地區(qū)，架空敷設(shè)的不連續(xù)運(yùn)行的管道上，以及室外采暖計(jì)算溫度＜-10℃的地區(qū)，架空敷設(shè)的管道上，均不應(yīng)裝設(shè)灰鑄鐵的設(shè)備和附件。室外采暖計(jì)算溫度≤-30℃的地區(qū)，架空敷設(shè)的管道上，裝設(shè)的閥門(mén)和附件應(yīng)為鋼制。

2 市政熱力管道施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 施工準(zhǔn)備階段

（1）充分了解施工圖紙、資料及相關(guān)資料，參加由業(yè)主組織的圖紙?jiān)u審和圖紙交底，并留意圖紙和場(chǎng)地是否相符，圖紙尺寸、高程、工程量等是否有錯(cuò)誤、遺漏或矛盾，并做好記錄[6]。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)文件，現(xiàn)場(chǎng)條件，各工程的施工步驟和相關(guān)規(guī)定，工期要求以及相關(guān)指標(biāo)，在項(xiàng)目正式開(kāi)始之前，編制詳細(xì)的工程計(jì)劃。其中，總平面圖應(yīng)與場(chǎng)地地形相對(duì)相應(yīng)，臨時(shí)設(shè)施、臨時(shí)排水的建設(shè)應(yīng)避免對(duì)鄰近建筑物、水利設(shè)施造成損害，并使其布局合理，方便施工和使用。此外，建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)供電，包括動(dòng)力用電和照明用電兩部分，其用量按公式為：

式中，Pc為所有電力設(shè)備的額定功率消耗（kW），1.1 為電力不平衡系數(shù)，K1為所有電力設(shè)備的綜合利用系數(shù)（取值0.6），Pa為室內(nèi)燈具功率的總稱(chēng)，K2為室內(nèi)燈具的綜合利用系數(shù)，Pb為戶(hù)外照明設(shè)備用電功率之和，K3為戶(hù)外燈具采用的系數(shù)。在市政熱力施工工地上，按照施工團(tuán)隊(duì)的工作模式，從電力消耗的90%來(lái)看，室內(nèi)和室外的照明用電占10%，施工中主要利用現(xiàn)況道路作為施工道路。圍擋封閉豎井，以此來(lái)保證行車(chē)通道的寬度和行人的安全，保證道路的通暢。

2.2 施工階段管道安裝流程

施工階段管道安裝工藝流程：溝槽開(kāi)挖→基礎(chǔ)施工→接口工作坑開(kāi)挖→管道的安裝、連接→閥門(mén)及補(bǔ)償器的安裝→灌水浸泡→管道試壓→沖洗、消毒→回填。

開(kāi)挖過(guò)程中，確定開(kāi)挖寬度是施工的關(guān)鍵。計(jì)算出管溝的最小開(kāi)挖寬度，再加上兩邊各20cm 的工作寬度，并按槽的深度和坡度來(lái)決定上口的開(kāi)挖寬度[7]。溝底土基應(yīng)確保其強(qiáng)度及穩(wěn)定性，在機(jī)械開(kāi)挖完成前，應(yīng)留出20cm 距離以方便進(jìn)行人工開(kāi)挖。在開(kāi)挖的過(guò)程中，為了確保土體的回填量，必須在一側(cè)進(jìn)行土方堆砌，以確?；靥钔翂蛄?，而剩余的土體則可以直接丟棄。地基土方開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高度后，用打腰樁對(duì)整個(gè)平原進(jìn)行地基加固，并進(jìn)行3 ∶7 的灰土墊層。在經(jīng)過(guò)監(jiān)理工程師的檢驗(yàn)后鋪上沙墊，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才能進(jìn)行管道安裝[8]。混凝土襯砌與地基的容許誤差和檢測(cè)方法應(yīng)按表2 中的具體規(guī)定進(jìn)行。

表2 墊層與基礎(chǔ)的允許偏差及檢驗(yàn)方法

為便于施工，管道安裝的螺旋縫鋼管和無(wú)縫鋼管運(yùn)達(dá)工地后，應(yīng)按設(shè)備和管件的位置進(jìn)行排管，并在工地上對(duì)每個(gè)管子的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并標(biāo)明其排列位置和具體尺寸。使用吊車(chē)下管，在下管時(shí)用尼龍繩吊起，在下管前要對(duì)每根管進(jìn)行一次目測(cè)，防止不合格的管子下入溝中。機(jī)械下管時(shí)，管壁間距要超過(guò)2.5m，并在下溝之前將管中的雜物清理干凈。在進(jìn)行管道對(duì)接之前，必須先找到管口才能保證施工時(shí)保持平直，防止出現(xiàn)坡度不一、管道彎曲等問(wèn)題。鋼管在安裝位置時(shí)的誤差不超過(guò)2mm，在肉眼觀察下不會(huì)有明顯的波形和彎度。

閥門(mén)和補(bǔ)償裝置的安裝必須便于使用，要保證其位置垂直。當(dāng)彎頭部位的角度超過(guò)150°時(shí)采用自然補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，而在彎頭處最好不采用法蘭連接，最好的方式是采用焊接。在熱管段的彎頭構(gòu)件補(bǔ)償能力不足時(shí)，必須在管內(nèi)安裝補(bǔ)償器。根據(jù)補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償能力將熱力管線(xiàn)分段，并在每個(gè)分段中安裝一個(gè)補(bǔ)償裝置，以補(bǔ)償裝置抵消熱脹冷縮，避免應(yīng)力的產(chǎn)生。預(yù)熱長(zhǎng)度計(jì)算為：

式中，L 為預(yù)熱長(zhǎng)度，m；A 為鋼管橫截面面積，單位；μ 為摩擦系數(shù)；g 為重力加速度，單位；M為單位長(zhǎng)度保溫管的質(zhì)量，kg/m；MW為單位長(zhǎng)度鋼管內(nèi)水的質(zhì)量，kg/m。在需要補(bǔ)償?shù)那闆r下，可以采用正方形或套管型補(bǔ)償器。為了確保補(bǔ)償裝置在安裝過(guò)程中能夠正常工作，必須在補(bǔ)償裝置的兩邊設(shè)置引導(dǎo)架；在此基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮補(bǔ)償器中線(xiàn)的方向性，以及補(bǔ)償器中線(xiàn)與連接管線(xiàn)的中線(xiàn)是否一致。正方形補(bǔ)償器組對(duì)時(shí)，焊縫的接縫應(yīng)保持在兩條豎直臂中間。

在熱力管道灌水過(guò)程中，每隔48h 要進(jìn)行一次灌水，并定期檢查預(yù)留口、管接口是否漏水。如發(fā)現(xiàn)漏水應(yīng)立即進(jìn)行維修，并進(jìn)行管道壓力測(cè)試。采用提高水管內(nèi)部水壓的方法，檢驗(yàn)其強(qiáng)度和密封性能：首先，將水管沖水12h，使水管中的水壓維持在0.35MPa 左右，2h 后，觀察各部分是否有漏水或異常情況。為了保證管道內(nèi)部的壓力，可以在試壓過(guò)程中對(duì)管道進(jìn)行補(bǔ)充，如果密封測(cè)試2h 之內(nèi)沒(méi)有泄漏，則可以通過(guò)。強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，管道內(nèi)的測(cè)試壓力不得超過(guò)1.5 倍，不得低于0.5MPa。在管基礎(chǔ)混凝土及接口養(yǎng)護(hù)期過(guò)后，通過(guò)水壓測(cè)試，方可進(jìn)行土方回填。

3 市政熱力管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的優(yōu)化方案

與采用地區(qū)性鍋爐供暖的城市熱供相比，采用集中供暖系統(tǒng)進(jìn)行城市熱管建設(shè)，既可實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，又可節(jié)省空間和建設(shè)費(fèi)用。而隨著城市化進(jìn)程的加快，很多國(guó)家都開(kāi)始注重供暖設(shè)備的安裝，這為市政熱力工程的設(shè)計(jì)造成很大困難。目前供暖設(shè)備的安裝成本高、安全性能差，為解決這一問(wèn)題本文采用較先進(jìn)的直埋技術(shù)，可有效解決施工困難。直埋技術(shù)的原理是在正式施工時(shí)使用高品質(zhì)的供熱管道，下埋時(shí)只需將暖氣管的強(qiáng)度與相應(yīng)的設(shè)備結(jié)合起來(lái)，就能保證熱應(yīng)力的正常產(chǎn)生，但這種技術(shù)較新，在我國(guó)的供熱技術(shù)和安裝環(huán)境中還有待進(jìn)一步完善與研究，以確保該技術(shù)在國(guó)內(nèi)城市供熱工程中得到全面應(yīng)用。

3.1 優(yōu)化方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1.1 施工前準(zhǔn)備

在鋪設(shè)市政熱力管道之前，必須設(shè)計(jì)好整體施工圖紙，同時(shí)收集資料，做好充分的準(zhǔn)備工作。仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在并與有關(guān)部門(mén)溝通，特別要注意圖紙上的尺寸和數(shù)據(jù)是否符合實(shí)際，及時(shí)記錄下來(lái)。在設(shè)計(jì)具體工程時(shí)，要依據(jù)圖紙所提供的資料，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和調(diào)整，并在一定程度上決定各個(gè)項(xiàng)目的工作協(xié)調(diào)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐判?，以達(dá)到最佳效果。施工總圖的編制要充分考慮到地形的真實(shí)情況，為施工的順利進(jìn)行而設(shè)置的臨時(shí)設(shè)施不能對(duì)整個(gè)工程造成任何影響，并且要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行合理劃分，確保施工安全有序進(jìn)行。

3.1.2 施工過(guò)程

直埋敷設(shè)施工工藝流程：測(cè)量放線(xiàn)→管溝開(kāi)挖→管溝底放線(xiàn)→鋼管、管路附件的檢驗(yàn)與匹配→運(yùn)管、下管→鋼管對(duì)口焊口、檢驗(yàn)→定位測(cè)量與定位→管道強(qiáng)度試驗(yàn)→管道保溫→管溝回填→竣工驗(yàn)收。

在土方開(kāi)挖前先進(jìn)行人工挖掘，確定地下障礙物和原有管道的位置；土方開(kāi)挖采取機(jī)械開(kāi)挖，基坑留出20cm 用來(lái)進(jìn)行人工清底。施工期間，不得超挖，以免影響基坑施工。鋼管、預(yù)制的防腐管、管道附件等，需要經(jīng)項(xiàng)目驗(yàn)收、監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可出庫(kù)。復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)如圖1 所示，即充分利用巖棉、硬質(zhì)聚氨酯各自的特性，以適應(yīng)實(shí)際情況。

圖1 復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)

在安裝之前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求檢查管道的型號(hào)，并糾正管道的直度。精確測(cè)量管道，使管道安裝時(shí)選用最小直徑差的管口進(jìn)行連接。在輸送（或安裝）過(guò)程中，不能破壞管道內(nèi)預(yù)制防腐鋼管和其他管件的保溫層及保護(hù)層?，F(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械下管，下管時(shí)起重機(jī)的型號(hào)是按保溫鋼管的重量，以及起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)中心到吊點(diǎn)之間的距離來(lái)決定的。

檢驗(yàn)鋼管接口時(shí)的對(duì)口工具必須使用外對(duì)口器組對(duì)，鋼管對(duì)口后堅(jiān)固墊支，防止焊接時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)位和變形。管線(xiàn)回填土應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并檢驗(yàn)焊接質(zhì)量和焊縫射線(xiàn)檢測(cè)是否合格。在進(jìn)行保溫之前，鋼管的表面防銹應(yīng)按《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》GB8923 的規(guī)定，去除污垢、鐵銹和焊瘤的棱角、毛刺。涂塑鋼管的防腐材質(zhì)要經(jīng)過(guò)周邊環(huán)境的處理，以保證其清潔、干燥和通風(fēng)。

為確保回填的速度和質(zhì)量，在回填區(qū)內(nèi)采取了分級(jí)砂石回填的方案?；靥罴?jí)配時(shí)，級(jí)配砂石的最大顆粒直徑不得超過(guò)10cm，在單次虛鋪40cm 厚度時(shí)，應(yīng)先將回填的砂石全部找平，在回填區(qū)繼續(xù)回填40cm 級(jí)配砂石，再用水沉法將級(jí)配砂石充分浸透。對(duì)距離路基1.5m 以?xún)?nèi)的回填土，采用水沉法進(jìn)行回填，并采用平板振動(dòng)夯實(shí)。在進(jìn)行回填土之前，首先要確定回填體的最優(yōu)含水量和最大干重，土中不得有混凝土塊、樹(shù)枝等雜物，需分層壓實(shí)，虛鋪15cm，頂板以上回填50cm，每一層壓實(shí)20cm，嚴(yán)格按照市政工程的施工規(guī)程，層層壓實(shí)，層層報(bào)驗(yàn)。

3.2 優(yōu)化結(jié)果

由于市政熱力管道的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以不僅要進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要將周邊環(huán)境因素考慮在內(nèi)。要對(duì)整個(gè)工地進(jìn)行一次全面的調(diào)查，包括地形、建筑物的位置等各種因素影響，在施工前要避免出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)工程全過(guò)程的造價(jià)控制造成影響，使成本控制處于一種動(dòng)態(tài)的變化之中，從而影響到總成本。對(duì)于市政熱力管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化方案，市政單位進(jìn)行了較為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)調(diào)研，并作出了詳細(xì)的對(duì)比，結(jié)果如表3 所示。

表3 兩種施工工藝比較

表3 中的數(shù)據(jù)并不能完全體現(xiàn)市政熱力管道施工中的實(shí)際耗費(fèi)，但主要費(fèi)用基本涵蓋，可以作為一個(gè)方案優(yōu)化的參考數(shù)據(jù)。由表中可知，優(yōu)化方案的合計(jì)費(fèi)用要比原方案低很多，主要是主材費(fèi)上的相差較大，因此整個(gè)方案的優(yōu)化成本會(huì)降低。同時(shí)，設(shè)計(jì)者還需要充足的時(shí)間來(lái)對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，有效提高施工效率，以達(dá)到最佳的使用效果。

4 結(jié)論

市政供熱管線(xiàn)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)質(zhì)量的好壞直接影響到居民的生活品質(zhì)。本文研究了市政熱力管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化方案，從設(shè)計(jì)安全要求、熱力管道施工材料及熱力管道施工與建筑物的距離，對(duì)市政熱力管道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)做出分析，總結(jié)現(xiàn)階段市政熱力管道施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，最后提出市政熱力管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的優(yōu)化方案，采用熱力管道直埋敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行城市供熱改造施工?？偠灾瑑?yōu)化設(shè)計(jì)要確保供熱管道能夠在使用的過(guò)程中安全運(yùn)行，為城市居民提供良好的供暖服務(wù)，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。