無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術的應用

武曉鵬 山西五建集團有限公司

1 前言

隨著城市供熱管網直埋無補償冷安裝敷設技術的不斷完善，該技術逐漸得到了推廣和應用。目前熱力管網的直埋敷設已應用在我國許多供熱工程中，相對于傳統的預應力安裝方式，無補償冷安裝的優勢更為明顯，具體表現為進度快、造價低、性能好、壽命長等，且危險點設計的數量更少，能夠提高管道強度和穩定性，保證工程達到預期建設要求。

2 直埋供熱管道安裝方式對比

直埋管網的安裝方式可以分為預應力安裝和無補償冷安裝，以往工程中基本以預應力安裝方式為主。但隨著科學技術的不斷發展，無補償冷安裝方式被廣泛應用于工程建設中，且該技術的優勢更為明顯，二者的對比分析具體如下。

2.1 預應力安裝方式

2.1.1 敞溝預熱安裝

敞溝預熱安裝屬于傳統施工方式，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熱，最終產生預應力效果。但在該技術的實際應用中，由于管道溫度與環境溫度持平時處于拉應力狀態，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熱溫度時覆土后再冷卻，使管道達到一定的平均應力水平。

2.1.2 采用一次性補償器安裝

一次性補償器在傳統施工中較為常見，安裝時需要預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力需要保持均勻，系統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力，以避免施工中出現非正常情況，如管道溫度過高或難以找到熱源預熱，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，要求應力變化范圍始終控制在允許值之內，在設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，如管道不設補償裝置則不必考慮預熱，采用不同的強度驗算條件保證施工過程的準確性。同時該施工技術在冷態的環境溫度下管道處于零應力狀態，需要將應力根據作用范圍、性質進行分類，焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態條件下進行，需要在設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范規定

3.1 工程概況

文水縣農村集中供熱工程建設項目，A段供熱管線設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，敷設長度9004.25m，沿線22座小室，8條分支，熱媒參數：120℃/60℃，設計壓力：1.6MPa，設備按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，直埋管道設計遵循CJJ 34—2010《城鎮供熱管網設計規范》規范要求，最終選用無補償冷安裝直埋供熱管道安裝方式，保證工程建設達到預期要求。

3.2 規范規定

上述工程在應用無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術時，明確了整體建設的規范規定，從而防止建設中出現風險問題，具體要求如表1所示。

表1 直埋供熱管道安裝規范規定

4 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術的原理

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塑性變形，應力分布如圖1所示。但實際檢查后發現，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，受熱發生膨脹而使管道斷面產生軸向應力，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力則不會發生破壞。

圖1 管道軸向應力分布

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

5 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術的要點分析

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

5.1 管道溝槽

土方質量直接關系到技術應用的效果，如存在問題則可能造成基底不實出現不均勻沉降，上述工程在建設前調查了大量的施工建設資料，并進行了詳細的規劃設計，因此建設中未出現該問題。溝槽開挖過程中如出現高程校核問題，則可能導致局部底部懸空而失去均勻支撐，影響供熱管網的安全運行，上述工程在土方開挖前，嚴格測量放線、測設高程，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合力，以此避免預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，保證整體的施工質量，防止建設出現風險問題。

5.2.2 三通設計要求

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，通過設置距離為10m~15m的Z型彎來降低三通處的應力，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向應力較大，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，小折角采用現場調彎通徑閥門，低點設泄水并置于檢查井內是否存在參數偏差的情況。

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質量，要求對≥DN700的管網進行射線探傷檢測，將所有不合格的焊口一一找出并重新焊接，避免后期出現應用風險問題。

6 無補償冷安裝直埋供熱管道安裝技術的應用策略

文水縣農村集中供熱工程建設項目所有的施工嚴格按照CJJ 28—2014《城鎮供熱管網工程施工及驗收規范》執行，保證最終建設符合預期標準。

6.1 開展地質勘察

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，勘察結果及區域地質資料，場地內亦不存在影響工程建設的古墓、石流、河道、防空洞、孤石等不利的埋藏物。

6.2 管道安裝施工

管道安裝前應進行清掃，在設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行國家現行標準，無法采用射線探傷的焊口要求采用超聲波探傷，避免施工出現質量問題。

6.3 管道保溫處理

保溫材料采用硬質聚氨脂泡沫塑料，質量符合《硬質聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預制直埋保溫管》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

結合地勘資料現場確認后可采用原土回填，強度試驗壓力應為1.5倍的設計壓力，且不得低于0.6MPa；管底敷設的細砂，其他部分填砂或過篩細土，填土時，其顆粒應小于2mm，回填土密實度應滿足設計規定。

7 結束語

直埋預制保溫管無補償冷安裝方式已得到國內外供熱界的普遍認可，但當前實際應用中仍然存在一定的缺陷，需要對該技術深入探究，認真對待每一個細節，推動我國建設工程行業實現可持續發展。