直埋供熱管道的關(guān)鍵施工措施

近年來，在供熱外網(wǎng)工程中普遍采用直埋供熱管道，直埋敷設(shè)方法同傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)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(yōu)點.本文就直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)組成與性能，提出了直埋供熱管道質(zhì)量控制的關(guān)鍵及方法 

      1 前言 
　　近些年來預(yù)制保溫管施工技術(shù)也有了很大的發(fā)展，已頒布的《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》標志著直埋技術(shù)在我國已經(jīng)趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設(shè)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(fā)現(xiàn)等原因，要求施工中必須嚴格控制管道施工工藝，并且應(yīng)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(jié)點處理技術(shù)。同傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)相比，直埋供熱管道敷設(shè)方式具有很多優(yōu)點，比如工程施工時間短、施工占地面積少、管網(wǎng)使用壽命長、人工維護量小等。直埋敷設(shè)非常適合目前城市及地方建設(shè)的要求，其技術(shù)的的發(fā)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(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱為規(guī)程）的一點理解。 
　　1.1 規(guī)程適用條件 
　　本規(guī)程適用于公稱直徑≤DN500、供熱介質(zhì)溫度≤150℃的鋼制內(nèi)管、保溫層、保護外殼結(jié)合為一體的預(yù)制保溫直埋熱水管道。規(guī)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(guī)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(jié)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(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性與設(shè)計溫度密切相關(guān)，直埋供熱管道保溫材料的使用壽命、耐溫能力也是根據(jù)設(shè)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(jié)構(gòu)組成與性能 
　　直埋供熱管道的保溫結(jié)構(gòu)組成是：保溫層、保護外殼。 
　　直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的壓力、保證保溫結(jié)構(gòu)形狀完整，保溫層和外殼必須具有足夠的強度，規(guī)程中要求保溫層的抗壓強度≥200kPa。 
　　保證保溫結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)； 
　　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(nèi)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zui大摩擦系數(shù)； 
　　Fmax-土壤與管殼zui大摩擦力，N/m。 
　　例如：對于DN500保溫管外殼與內(nèi)保溫層粘結(jié)抗剪強度要大于13.6kPa；對DN20保溫管保溫層與內(nèi)鋼管表面粘結(jié)抗剪強度必須大于37.2kPa。在規(guī)程中，要求直埋供熱管道的保溫層剪切強度（含與內(nèi)管和外殼粘結(jié)）≥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(yīng)力是熱脹變形不能*釋放而產(chǎn)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(yīng)力水平。熱脹變形的大小與零應(yīng)力狀態(tài)對應(yīng)的溫度有關(guān)，零應(yīng)力狀態(tài)溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據(jù)此溫度是否等于安裝時的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對應(yīng)的溫度等于安裝時的環(huán)境溫度。預(yù)應(yīng)力安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對應(yīng)的溫度等于預(yù)熱溫度。根據(jù)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(tài)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(tài)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(yù)應(yīng)力，也不進行補償，溫度變化時管段處于不動的錨固狀態(tài)。無補償冷安裝是zui簡單和的安裝方式，但運行工況下管道承受較高應(yīng)力。在滿足強度條件時，管段應(yīng)優(yōu)先采用這種安裝方式。 
　　3.1.2 有補償安裝 
　　當管段中設(shè)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(tài)的管段屬于有補償安裝。由于設(shè)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(wǎng)的事故點。因此，應(yīng)避免在整個管網(wǎng)中都采用有補償安裝方式，但在管網(wǎng)設(shè)計中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經(jīng)濟的。 
　　3.1.3預(yù)應(yīng)力安裝 
　　預(yù)應(yīng)力安裝方式，實質(zhì)上是改變管道的安裝溫度，使之等于預(yù)熱溫度，當管道溫度等于預(yù)熱溫度時，管道應(yīng)力為零。而當管道溫度恢復至環(huán)境溫度時，使管道產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。可以通過預(yù)熱的方式和采用一次性補償器的方式來實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力安裝方式：（1）預(yù)熱方式是管道在回填前進行預(yù)熱，加熱到預(yù)熱溫度時進行回填，立即可產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。采用預(yù)熱方式時，應(yīng)具備預(yù)熱熱源，同時現(xiàn)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。在加熱過程中，當補償管段的熱脹變形量達到在預(yù)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(yīng)力均勻分布，從而達到預(yù)應(yīng)力效果。采用一次性補償器的方式，不需要預(yù)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(zhì)量控制措施 
　　4.1、砂層回填的質(zhì)量控制 
　　槽底砂墊層的質(zhì)量控制，首先要控制砂的質(zhì)量，砂料應(yīng)干濕度適中，粒徑均勻，不含淤泥結(jié)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(yīng)該回填夯實，一般應(yīng)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(yīng)符合安裝熱力管道管底高程的要求。 
　　4.2、溝槽開挖的質(zhì)量控制 
　　在溝槽開挖前，要根據(jù)現(xiàn)場土壤類別、土質(zhì)情況確定適當?shù)姆牌缕露?。對設(shè)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(yīng)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(jù)槽深、土質(zhì)、槽邊坡來確定，其zui小距離不應(yīng)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(yīng)為管道結(jié)構(gòu)寬度加上兩側(cè)工作寬度。因此，確定開挖斷面時，要考慮工程安全和質(zhì)量，做到開槽斷面合理。另外，在雨季施工時，應(yīng)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(yīng)隨機進行下一道工序，否則，槽底應(yīng)留20厘米土層不挖作為保護層。