市政熱力管道設計與施工技術的應用現狀及優化方案

郭 彬

[太原熱力設計院（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，承擔起了保障城市生命的重要作用，各種人們日常生活所需要的物質能源，都需要以市政工程中的構筑物和設施為載體，源源不斷地被輸送到市民的生活中。在城市供暖系統中，供熱管線的施工問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，對城市供暖系統的建設提出了更高的要求。由于供熱管線具有較高的耐蝕性，所以在安裝和施工中必須加強保溫，并對其進行防腐處理，必須監督施工的進行，以確保其安裝和施工的質量。在相關文獻中，程霞霞[1]提出了市政道路給排水管道施工中的常見問題及預防措施研究，表示給排水管道是市政基礎設施建設領域的重點，該類管道的建設水平直接影響到居民的日常生活，同時也是城市建設狀況的重要展現途徑；韓得學[2]提出了市政熱力管道設備工程施工中存在的問題及施工管理要點，表示提高供熱項目建設管理的質量，既能提高整體工程的舒適程度，又能提高居民的居住品質。本文從設計安全要求、熱力管道施工材料及熱力管道施工與建筑物的距離，對市政熱力管道設計的要點做出分析，總結現階段市政熱力管道施工技術應用現狀，提出市政熱力管道設計與施工技術的優化方案，采用熱力管道直埋敷設技術進行城市供熱改造施工。隨著我國與國際接軌，與發達國家之間的城市建設差距越來越清晰，促使各行各業“上下求索”，努力在市政工程領域尋求更好的解決辦法，以滿足人民對熱能的需要。

1 市政熱力管道設計的要點分析

1.1 設計安全要求

城市供暖管線屬于壓力管道，主要用于輸送高溫水，因為管線內部的壓力比較大，且管線上有很多附件、連接點，因此一旦發生故障很難發現泄漏點的位置[3]。若城市地下管線滲漏重新進行挖掘修復，將造成巨大的經濟損失，同時也無法保證熱力管道的安全，因此，應對設計和施工的質量要進行嚴格的控制，以保證供熱項目的安全進行。

1.2 熱力管道施工與建筑物的距離要求

在管線的建設工程中應格外注意熱力管道施工點與建筑物的距離，要考慮如何不對建筑物的安全造成損害，防止腐蝕、沉降、震動和重壓管道[4]。在中國住宅小區的規劃和設計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 時溝槽為2m，直徑大于30cm 時溝槽為3m，直埋式熱管為5m。

1.3 熱力管道施工材料的要求

材質。一般情況下，在設計熱力管道中的外護管時都會采用黑色的夾克管，這是熱力管道構成中最基礎的材質，包括HDPE 外護管、聚氨基甲酸酯硬質泡沫保溫管以及碳素鋼管、無縫鋼管，管材不得彎曲、銹蝕，無飛刺、重皮及凹凸不平現象。供熱管道的質量是影響整個管道工程質量的重要因素，因此必須進行嚴格的管理，保證熱力管道的質量合格，在管道材料送往工地時，要著重檢查鋼管的質量、聚乙烯外套管的質量以及聚氨酯保溫層的質量，以方便后期施工[5]。在工程現場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影響其性能的凹槽。

參數要求。具體的熱力管道施工材料參數如表1 所示。

表1 管道施工材料規格參數表

熱力管道施工HDPE 外護管要求壓力大于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，應采用無縫鋼管。壓力小于1.6MPa（G）和溫度小于200℃的聚氨酯甲酸酯硬質泡沫保溫管管道，可采用無縫鋼管或焊接鋼管。室外采暖計算溫度小于-5℃的地區，架空敷設的不連續運行的管道上，以及室外采暖計算溫度＜-10℃的地區，架空敷設的管道上，均不應裝設灰鑄鐵的設備和附件。室外采暖計算溫度≤-30℃的地區，架空敷設的管道上，裝設的閥門和附件應為鋼制。

2 市政熱力管道施工技術應用現狀

2.1 施工準備階段

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

（2）根據設計文件，現場條件，各工程的施工步驟和相關規定，工期要求以及相關指標，在項目正式開始之前，編制詳細的工程計劃。其中，總平面圖應與場地地形相對相應，臨時設施、臨時排水的建設應避免對鄰近建筑物、水利設施造成損害，并使其布局合理，方便施工和使用。此外，建筑施工現場的臨時供電，包括動力用電和照明用電兩部分，其用量按公式為：

式中，Pc為所有電力設備的額定功率消耗（kW），1.1 為電力不平衡系數，K1為所有電力設備的綜合利用系數（取值0.6），Pa為室內燈具功率的總稱，K2為室內燈具的綜合利用系數，Pb為戶外照明設備用電功率之和，K3為戶外燈具采用的系數。在市政熱力施工工地上，按照施工團隊的工作模式，從電力消耗的90%來看，室內和室外的照明用電占10%，施工中主要利用現況道路作為施工道路。圍擋封閉豎井，以此來保證行車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：溝槽開挖→基礎施工→接口工作坑開挖→管道的安裝、連接→閥門及補償器的安裝→灌水浸泡→管道試壓→沖洗、消毒→回填。

開挖過程中，確定開挖寬度是施工的關鍵。計算出管溝的最小開挖寬度，再加上兩邊各20cm 的工作寬度，并按槽的深度和坡度來決定上口的開挖寬度[7]。溝底土基應確保其強度及穩定性，在機械開挖完成前，應留出20cm 距離以方便進行人工開挖。在開挖的過程中，為了確保土體的回填量，必須在一側進行土方堆砌，以確保回填土夠量，而剩余的土體則可以直接丟棄。地基土方開挖至設計高度后，用打腰樁對整個平原進行地基加固，并進行3 ∶7 的灰土墊層。在經過監理工程師的檢驗后鋪上沙墊，經過檢驗才能進行管道安裝[8]。混凝土襯砌與地基的容許誤差和檢測方法應按表2 中的具體規定進行。

表2 墊層與基礎的允許偏差及檢驗方法

為便于施工，管道安裝的螺旋縫鋼管和無縫鋼管運達工地后，應按設備和管件的位置進行排管，并在工地上對每個管子的長度進行測量，并標明其排列位置和具體尺寸。使用吊車下管，在下管時用尼龍繩吊起，在下管前要對每根管進行一次目測，防止不合格的管子下入溝中。機械下管時，管壁間距要超過2.5m，并在下溝之前將管中的雜物清理干凈。在進行管道對接之前，必須先找到管口才能保證施工時保持平直，防止出現坡度不一、管道彎曲等問題。鋼管在安裝位置時的誤差不超過2mm，在肉眼觀察下不會有明顯的波形和彎度。

閥門和補償裝置的安裝必須便于使用，要保證其位置垂直。當彎頭部位的角度超過150°時采用自然補償結構，而在彎頭處最好不采用法蘭連接，最好的方式是采用焊接。在熱管段的彎頭構件補償能力不足時，必須在管內安裝補償器。根據補償裝置的補償能力將熱力管線分段，并在每個分段中安裝一個補償裝置，以補償裝置抵消熱脹冷縮，避免應力的產生。預熱長度計算為：

式中，L 為預熱長度，m；A 為鋼管橫截面面積，單位；μ 為摩擦系數；g 為重力加速度，單位；M為單位長度保溫管的質量，kg/m；MW為單位長度鋼管內水的質量，kg/m。在需要補償的情況下，可以采用正方形或套管型補償器。為了確保補償裝置在安裝過程中能夠正常工作，必須在補償裝置的兩邊設置引導架；在此基礎上，應考慮補償器中線的方向性，以及補償器中線與連接管線的中線是否一致。正方形補償器組對時，焊縫的接縫應保持在兩條豎直臂中間。

在熱力管道灌水過程中，每隔48h 要進行一次灌水，并定期檢查預留口、管接口是否漏水。如發現漏水應立即進行維修，并進行管道壓力測試。采用提高水管內部水壓的方法，檢驗其強度和密封性能：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。為了保證管道內部的壓力，可以在試壓過程中對管道進行補充，如果密封測試2h 之內沒有泄漏，則可以通過。強度測試時，管道內的測試壓力不得超過1.5 倍，不得低于0.5MPa。在管基礎混凝土及接口養護期過后，通過水壓測試，方可進行土方回填。

3 市政熱力管道設計與施工技術的優化方案

與采用地區性鍋爐供暖的城市熱供相比，采用集中供暖系統進行城市熱管建設，既可實現節能環保，又可節省空間和建設費用。而隨著城市化進程的加快，很多國家都開始注重供暖設備的安裝，這為市政熱力工程的設計造成很大困難。目前供暖設備的安裝成本高、安全性能差，為解決這一問題本文采用較先進的直埋技術，可有效解決施工困難。直埋技術的原理是在正式施工時使用高品質的供熱管道，下埋時只需將暖氣管的強度與相應的設備結合起來，就能保證熱應力的正常產生，但這種技術較新，在我國的供熱技術和安裝環境中還有待進一步完善與研究，以確保該技術在國內城市供熱工程中得到全面應用。

3.1 優化方案詳細設計

3.1.1 施工前準備

在鋪設市政熱力管道之前，必須設計好整體施工圖紙，同時收集資料，做好充分的準備工作。仔細檢查后，發現問題所在并與有關部門溝通，特別要注意圖紙上的尺寸和數據是否符合實際，及時記錄下來。在設計具體工程時，要依據圖紙所提供的資料，進行合理的設計和調整，并在一定程度上決定各個項目的工作協調，對各個環節進行適當的排序，以達到最佳效果。施工總圖的編制要充分考慮到地形的真實情況，為施工的順利進行而設置的臨時設施不能對整個工程造成任何影響，并且要對施工場地進行合理劃分，確保施工安全有序進行。

3.1.2 施工過程

直埋敷設施工工藝流程：測量放線→管溝開挖→管溝底放線→鋼管、管路附件的檢驗與匹配→運管、下管→鋼管對口焊口、檢驗→定位測量與定位→管道強度試驗→管道保溫→管溝回填→竣工驗收。

在土方開挖前先進行人工挖掘，確定地下障礙物和原有管道的位置；土方開挖采取機械開挖，基坑留出20cm 用來進行人工清底。施工期間，不得超挖，以免影響基坑施工。鋼管、預制的防腐管、管道附件等，需要經項目驗收、監理工程師批準后方可出庫。復合保溫結構如圖1 所示，即充分利用巖棉、硬質聚氨酯各自的特性，以適應實際情況。

圖1 復合保溫結構

在安裝之前，應按設計要求檢查管道的型號，并糾正管道的直度。精確測量管道，使管道安裝時選用最小直徑差的管口進行連接。在輸送（或安裝）過程中，不能破壞管道內預制防腐鋼管和其他管件的保溫層及保護層。現場采用機械下管，下管時起重機的型號是按保溫鋼管的重量，以及起重機轉臺中心到吊點之間的距離來決定的。

檢驗鋼管接口時的對口工具必須使用外對口器組對，鋼管對口后堅固墊支，防止焊接時出現錯位和變形。管線回填土應達到設計標準，并檢驗焊接質量和焊縫射線檢測是否合格。在進行保溫之前，鋼管的表面防銹應按《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》GB8923 的規定，去除污垢、鐵銹和焊瘤的棱角、毛刺。涂塑鋼管的防腐材質要經過周邊環境的處理，以保證其清潔、干燥和通風。

為確保回填的速度和質量，在回填區內采取了分級砂石回填的方案。回填級配時，級配砂石的最大顆粒直徑不得超過10cm，在單次虛鋪40cm 厚度時，應先將回填的砂石全部找平，在回填區繼續回填40cm 級配砂石，再用水沉法將級配砂石充分浸透。對距離路基1.5m 以內的回填土，采用水沉法進行回填，并采用平板振動夯實。在進行回填土之前，首先要確定回填體的最優含水量和最大干重，土中不得有混凝土塊、樹枝等雜物，需分層壓實，虛鋪15cm，頂板以上回填50cm，每一層壓實20cm，嚴格按照市政工程的施工規程，層層壓實，層層報驗。

3.2 優化結果

由于市政熱力管道的整體結構比較復雜，所以不僅要進行設計，還要將周邊環境因素考慮在內。要對整個工地進行一次全面的調查，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問題，對工程全過程的造價控制造成影響，使成本控制處于一種動態的變化之中，從而影響到總成本。對于市政熱力管道設計與施工技術的應用現狀及優化方案，市政單位進行了較為簡單的數據調研，并作出了詳細的對比，結果如表3 所示。

表3 兩種施工工藝比較

表3 中的數據并不能完全體現市政熱力管道施工中的實際耗費，但主要費用基本涵蓋，可以作為一個方案優化的參考數據。由表中可知，優化方案的合計費用要比原方案低很多，主要是主材費上的相差較大，因此整個方案的優化成本會降低。同時，設計者還需要充足的時間來對整體設計方案進行優化，有效提高施工效率，以達到最佳的使用效果。

4 結論

市政供熱管線是一項重要的基礎設施，其建設質量的好壞直接影響到居民的生活品質。本文研究了市政熱力管道設計與施工技術的應用現狀及優化方案，從設計安全要求、熱力管道施工材料及熱力管道施工與建筑物的距離，對市政熱力管道設計的要點做出分析，總結現階段市政熱力管道施工技術應用現狀，最后提出市政熱力管道設計與施工技術的優化方案，采用熱力管道直埋敷設技術進行城市供熱改造施工。總而言之，優化設計要確保供熱管道能夠在使用的過程中安全運行，為城市居民提供良好的供暖服務，產生更好的經濟效益和社會效益，促進行業的技術創新。