探析直埋供熱管道的關鍵措施
近年來，在供熱外網工程中普遍采用直埋供熱管道，直埋敷設方法同傳統的地溝敷設方法相比具有占地少、施工周期短、維護量小、壽命長等諸多優點.本文就直埋供熱管道保溫結構組成與性能，提出了直埋供熱管道質量控制的關鍵及方法
1 前言
近些年來預制保溫管施工技術也有了很大的發展，已頒布的《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》標志著直埋技術在我國已經趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設越來越多地被采用。但由于管道直接埋于地下，不便于檢修、漏點難發現等原因，要求施工中必須嚴格控制管道施工工藝，并且應從管材的選擇、閥門安裝、三通加固、固定墩、線路選擇等方面加強節點處理技術。同傳統的地溝敷設相比，直埋供熱管道敷設方式具有很多優點，比如工程施工時間短、施工占地面積少、管網使用壽命長、人工維護量小等。直埋敷設非常適合目前城市及地方建設的要求，其技術的的發展越來越成熟，在工程中也越來越多地被采用。本文是對《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》（以下簡稱為規程）的一點理解。
1.1 規程適用條件
本規程適用于公稱直徑≤DN500、供熱介質溫度≤150℃的鋼制內管、保溫層、保護外殼結合為一體的預制保溫直埋熱水管道。規程的適用條件有兩個界限，即管徑和溫度，且必須同時滿足這兩個條件。
規程總則條文說明中的解釋：管徑：因為在管道進行熱伸長計算、強度計算中對荷載作了簡化處理，計算結果對大管徑管道來說，偏差較大，其性能是不安全的，但是對小管徑管道影響不大；溫度：供熱管網的安全性和經濟性與設計溫度密切相關，直埋供熱管道保溫材料的使用壽命、耐溫能力也是根據設計溫度來選擇的，這個溫度界限在強度方面是安全的。
2.直埋供熱管道保溫結構組成與性能
直埋供熱管道的保溫結構組成是：保溫層、保護外殼。
直埋供熱管道保溫結構的功能：管道保溫、抵抗土壤壓迫和傳遞力。為了克服管道在土壤中橫向位移時土壤對管殼的擠壓和土壤對管殼在管道徑向產生的壓力、保證保溫結構形狀完整，保溫層和外殼必須具有足夠的強度，規程中要求保溫層的抗壓強度≥200kPa。
保證保溫結構完整的另一個必須條件是：外殼、保溫層和鋼管相互之間的粘結強度。為了克服管道軸向位移時土壤對管道外殼的摩擦力，直埋供熱管道的保溫層需要能傳遞剪切力。土壤與管道外殼之間的摩擦力，其計算公式為：
F=πρgμ（H+Dc/2）Dc（1）
公式中F-軸線方向每米管道的摩擦力，N/m；
Dc-管外殼直徑，mm；
g-重力加速度，9.81m2/s；
ρ-施工所在地的土壤密度，kg/m3；
μ-施工所在地的土壤與管殼之間摩擦系數；
H-施工所在地的管頂覆土深度，當H>1.5m時，取1.5m。
直埋供熱管道保溫層與內鋼管、外殼與保溫層都傳遞軸向剪切力，剪切強度的計算公式為：
τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）（2）
公式中μmax-土壤與管殼之間最大摩擦系數；
Fmax-土壤與管殼最大摩擦力，N/m。
例如：對于DN500保溫管外殼與內保溫層粘結抗剪強度要大于13.6kPa；對DN20保溫管保溫層與內鋼管表面粘結抗剪強度必須大于37.2kPa。在規程中，要求直埋供熱管道的保溫層剪切強度（含與內管和外殼粘結）≥120kPa。
3直埋供熱管道的施工方法
3.1 直埋供熱管道的安裝方式
直埋管道中的應力是熱脹變形不能完全釋放而產生的。因此。通過選擇不同的安裝方式，可以改變熱脹變形的大小和變形的釋放程度，進而改變管道的應力水平。熱脹變形的大小與零應力狀態對應的溫度有關，零應力狀態溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據此溫度是否等于安裝時的環境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應力狀態對應的溫度等于安裝時的環境溫度。預應力安裝：零應力狀態對應的溫度等于預熱溫度。根據熱脹變形能否釋放，管道又可分為兩種。無補償安裝：兩固定墩之間或遠離補償裝置而處于錨固狀態的管道（錨固段），其熱脹變形不能被補償裝置所吸收。有補償安裝：補償裝置附近處于滑動狀態的管道（滑動段），其熱脹變形能被補償裝置所吸收。
3.1.1 無補償冷安裝
管道回填時，既不進行預應力，也不進行補償，溫度變化時管段處于不動的錨固狀態。無補償冷安裝是最簡單和最經濟的安裝方式，但運行工況下管道承受較高應力。在滿足強度條件時，管段應優先采用這種安裝方式。
3.1.2 有補償安裝
當管段中設置補償裝置（彎管補償器或波紋管補償器）時，補償裝置附近處于滑動狀態的管段屬于有補償安裝。由于設置彎管補償器或波紋管補償器，必然增加了補償裝置的投資，對于波紋管補償器，還增加了管網的事故點。因此，應避免在整個管網中都采用有補償安裝方式，但在管網設計中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經濟的。
3.1.3預應力安裝
預應力安裝方式，實質上是改變管道的安裝溫度，使之等于預熱溫度，當管道溫度等于預熱溫度時，管道應力為零。而當管道溫度恢復至環境溫度時，使管道產生預應力效果。可以通過預熱的方式和采用一次性補償器的方式來實現預應力安裝方式：（1）預熱方式是管道在回填前進行預熱，加熱到預熱溫度時進行回填，立即可產生預應力效果。采用預熱方式時，應具備預熱熱源，同時現場條件允許管溝敞口。（2）采用一次性補償器的方式時，管道安裝后可立即回填。在首次加熱過程中，當補償管段的熱脹變形量達到在預熱溫度下的自由膨脹變形量時，就可焊接該一次性補償器。通過多次溫度變化，使應力均勻分布，從而達到預應力效果。采用一次性補償器的方式，不需要預熱熱源，并且只需補償器附近的管溝敞口，但是增加了一次性補償器的費用。
4、供熱管道工程質量控制措施
4.1、砂層回填的質量控制
槽底砂墊層的質量控制，首先要控制砂的質量，砂料應干濕度適中，粒徑均勻，不含淤泥結塊，其次，嚴格控制砂墊層回填的厚度和高程，在回填前要復核槽底的密實度和槽底標高，當確認無誤后，方可允許回填。砂墊層應該回填夯實，一般應采用夯實機進行夯實，夯實完后對厚度和密實度進行檢查，密實度一般為95%，厚度一般不少于200毫米，高程應符合安裝熱力管道管底高程的要求。
4.2、溝槽開挖的質量控制
在溝槽開挖前，要根據現場土壤類別、土質情況確定適當的放坡坡度。對設支撐的溝槽坡度一般采用1：0.05，對于較深的溝槽，宜分層開挖。挖槽土方應妥善安排堆放位置，一般情況堆在溝槽一邊，在另一邊留出工程材料和施工機械進出場的道路，以方便下管施工，堆土下坡腳與槽邊的距離根據槽深、土質、槽邊坡來確定，其最小距離不應小于1米。同時，在溝槽開挖前還要確定合理的開槽斷面和槽底寬度，開槽斷面由槽底寬、挖深、槽底、各層邊坡坡度以及層間留臺寬度等因素確定，槽底寬度應為管道結構寬度加上兩側工作寬度。因此，確定開挖斷面時，要考慮工程安全和質量，做到開槽斷面合理。另外，在雨季施工時，應防止槽底泡水，在溝槽四周疊筑閉合的土埂，必要時要地溝外開挖排水溝、集水井，用水泵進行抽水，溝槽見底后應隨機進行下一道工序，否則，槽底應留20厘米土層不挖作為保護層。
邢臺市焱森防腐保溫工程有限公司
1 前言
近些年來預制保溫管施工技術也有了很大的發展，已頒布的《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》標志著直埋技術在我國已經趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設越來越多地被采用。但由于管道直接埋于地下，不便于檢修、漏點難發現等原因，要求施工中必須嚴格控制管道施工工藝，并且應從管材的選擇、閥門安裝、三通加固、固定墩、線路選擇等方面加強節點處理技術。同傳統的地溝敷設相比，直埋供熱管道敷設方式具有很多優點，比如工程施工時間短、施工占地面積少、管網使用壽命長、人工維護量小等。直埋敷設非常適合目前城市及地方建設的要求，其技術的的發展越來越成熟，在工程中也越來越多地被采用。本文是對《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》（以下簡稱為規程）的一點理解。
1.1 規程適用條件
本規程適用于公稱直徑≤DN500、供熱介質溫度≤150℃的鋼制內管、保溫層、保護外殼結合為一體的預制保溫直埋熱水管道。規程的適用條件有兩個界限，即管徑和溫度，且必須同時滿足這兩個條件。
規程總則條文說明中的解釋：管徑：因為在管道進行熱伸長計算、強度計算中對荷載作了簡化處理，計算結果對大管徑管道來說，偏差較大，其性能是不安全的，但是對小管徑管道影響不大；溫度：供熱管網的安全性和經濟性與設計溫度密切相關，直埋供熱管道保溫材料的使用壽命、耐溫能力也是根據設計溫度來選擇的，這個溫度界限在強度方面是安全的。
2.直埋供熱管道保溫結構組成與性能
直埋供熱管道的保溫結構組成是：保溫層、保護外殼。
直埋供熱管道保溫結構的功能：管道保溫、抵抗土壤壓迫和傳遞力。為了克服管道在土壤中橫向位移時土壤對管殼的擠壓和土壤對管殼在管道徑向產生的壓力、保證保溫結構形狀完整，保溫層和外殼必須具有足夠的強度，規程中要求保溫層的抗壓強度≥200kPa。
保證保溫結構完整的另一個必須條件是：外殼、保溫層和鋼管相互之間的粘結強度。為了克服管道軸向位移時土壤對管道外殼的摩擦力，直埋供熱管道的保溫層需要能傳遞剪切力。土壤與管道外殼之間的摩擦力，其計算公式為：
F=πρgμ（H+Dc/2）Dc（1）
公式中F-軸線方向每米管道的摩擦力，N/m；
Dc-管外殼直徑，mm；
g-重力加速度，9.81m2/s；
ρ-施工所在地的土壤密度，kg/m3；
μ-施工所在地的土壤與管殼之間摩擦系數；
H-施工所在地的管頂覆土深度，當H>1.5m時，取1.5m。
直埋供熱管道保溫層與內鋼管、外殼與保溫層都傳遞軸向剪切力，剪切強度的計算公式為：
τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）（2）
公式中μmax-土壤與管殼之間最大摩擦系數；
Fmax-土壤與管殼最大摩擦力，N/m。
例如：對于DN500保溫管外殼與內保溫層粘結抗剪強度要大于13.6kPa；對DN20保溫管保溫層與內鋼管表面粘結抗剪強度必須大于37.2kPa。在規程中，要求直埋供熱管道的保溫層剪切強度（含與內管和外殼粘結）≥120kPa。
3直埋供熱管道的施工方法
3.1 直埋供熱管道的安裝方式
直埋管道中的應力是熱脹變形不能完全釋放而產生的。因此。通過選擇不同的安裝方式，可以改變熱脹變形的大小和變形的釋放程度，進而改變管道的應力水平。熱脹變形的大小與零應力狀態對應的溫度有關，零應力狀態溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據此溫度是否等于安裝時的環境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應力狀態對應的溫度等于安裝時的環境溫度。預應力安裝：零應力狀態對應的溫度等于預熱溫度。根據熱脹變形能否釋放，管道又可分為兩種。無補償安裝：兩固定墩之間或遠離補償裝置而處于錨固狀態的管道（錨固段），其熱脹變形不能被補償裝置所吸收。有補償安裝：補償裝置附近處于滑動狀態的管道（滑動段），其熱脹變形能被補償裝置所吸收。
3.1.1 無補償冷安裝
管道回填時，既不進行預應力，也不進行補償，溫度變化時管段處于不動的錨固狀態。無補償冷安裝是最簡單和最經濟的安裝方式，但運行工況下管道承受較高應力。在滿足強度條件時，管段應優先采用這種安裝方式。
3.1.2 有補償安裝
當管段中設置補償裝置（彎管補償器或波紋管補償器）時，補償裝置附近處于滑動狀態的管段屬于有補償安裝。由于設置彎管補償器或波紋管補償器，必然增加了補償裝置的投資，對于波紋管補償器，還增加了管網的事故點。因此，應避免在整個管網中都采用有補償安裝方式，但在管網設計中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經濟的。
3.1.3預應力安裝
預應力安裝方式，實質上是改變管道的安裝溫度，使之等于預熱溫度，當管道溫度等于預熱溫度時，管道應力為零。而當管道溫度恢復至環境溫度時，使管道產生預應力效果。可以通過預熱的方式和采用一次性補償器的方式來實現預應力安裝方式：（1）預熱方式是管道在回填前進行預熱，加熱到預熱溫度時進行回填，立即可產生預應力效果。采用預熱方式時，應具備預熱熱源，同時現場條件允許管溝敞口。（2）采用一次性補償器的方式時，管道安裝后可立即回填。在首次加熱過程中，當補償管段的熱脹變形量達到在預熱溫度下的自由膨脹變形量時，就可焊接該一次性補償器。通過多次溫度變化，使應力均勻分布，從而達到預應力效果。采用一次性補償器的方式，不需要預熱熱源，并且只需補償器附近的管溝敞口，但是增加了一次性補償器的費用。
4、供熱管道工程質量控制措施
4.1、砂層回填的質量控制
槽底砂墊層的質量控制，首先要控制砂的質量，砂料應干濕度適中，粒徑均勻，不含淤泥結塊，其次，嚴格控制砂墊層回填的厚度和高程，在回填前要復核槽底的密實度和槽底標高，當確認無誤后，方可允許回填。砂墊層應該回填夯實，一般應采用夯實機進行夯實，夯實完后對厚度和密實度進行檢查，密實度一般為95%，厚度一般不少于200毫米，高程應符合安裝熱力管道管底高程的要求。
4.2、溝槽開挖的質量控制
在溝槽開挖前，要根據現場土壤類別、土質情況確定適當的放坡坡度。對設支撐的溝槽坡度一般采用1：0.05，對于較深的溝槽，宜分層開挖。挖槽土方應妥善安排堆放位置，一般情況堆在溝槽一邊，在另一邊留出工程材料和施工機械進出場的道路，以方便下管施工，堆土下坡腳與槽邊的距離根據槽深、土質、槽邊坡來確定，其最小距離不應小于1米。同時，在溝槽開挖前還要確定合理的開槽斷面和槽底寬度，開槽斷面由槽底寬、挖深、槽底、各層邊坡坡度以及層間留臺寬度等因素確定，槽底寬度應為管道結構寬度加上兩側工作寬度。因此，確定開挖斷面時，要考慮工程安全和質量，做到開槽斷面合理。另外，在雨季施工時，應防止槽底泡水，在溝槽四周疊筑閉合的土埂，必要時要地溝外開挖排水溝、集水井，用水泵進行抽水，溝槽見底后應隨機進行下一道工序，否則，槽底應留20厘米土層不挖作為保護層。
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