直埋供熱管道的關(guān)鍵施工措施

近年來(lái)，在供熱外網(wǎng)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(cháng)等諸多優(yōu)點(diǎn).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(zhì)量控制的關(guān)鍵及方法 

      1 前言 
　　近些年來(lái)預制保溫管施工技術(shù)也有了很大的發(fā)展，已頒布的《城鎮直埋供熱管道工程技術(shù)規程》標志著(zhù)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，直埋敷設越來(lái)越多地被采用。但由于管道直接埋于地下，不便于檢修、漏點(diǎn)難發(fā)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(mén)安裝、三通加固、固定墩、線(xiàn)路選擇等方面加強節點(diǎn)處理技術(shù)。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(yōu)點(diǎn)，比如工程施工時(shí)間短、施工占地面積少、管網(wǎng)使用壽命長(cháng)、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(shù)的的發(fā)展越來(lái)越成熟，在工程中也越來(lái)越多地被采用。本文是對《城鎮直埋供熱管道工程技術(shù)規程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為規程）的一點(diǎn)理解。 
　　1.1 規程適用條件 
　　本規程適用于公稱(chēng)直徑≤DN500、供熱介質(zhì)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(gè)界限，即管徑和溫度，且必須同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件。 
　　規程總則條文說(shuō)明中的解釋?zhuān)汗軓剑阂驗樵诠艿肋M(jìn)行熱伸長(cháng)計算、強度計算中對荷載作了簡(jiǎn)化處理，計算結果對大管徑管道來(lái)說(shuō)，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、耐溫能力也是根據設計溫度來(lái)選擇的，這個(gè)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(shí)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(gè)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(shí)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(xiàn)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(shí)，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zui大摩擦系數； 
　　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*釋放而產(chǎn)生的。因此。通過(guò)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(jìn)而改變管道的應力水平。熱脹變形的大小與零應力狀態(tài)對應的溫度有關(guān)，零應力狀態(tài)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(shí)的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應力狀態(tài)對應的溫度等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度。預應力安裝：零應力狀態(tài)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(wú)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(dòng)狀態(tài)的管道（滑動(dòng)段），其熱脹變形能被補償裝置所吸收。 
　　3.1.1 無(wú)補償冷安裝 
　　管道回填時(shí)，既不進(jìn)行預應力，也不進(jìn)行補償，溫度變化時(shí)管段處于不動(dòng)的錨固狀態(tài)。無(wú)補償冷安裝是zui簡(jiǎn)單和的安裝方式，但運行工況下管道承受較高應力。在滿(mǎn)足強度條件時(shí)，管段應優(yōu)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(shí)，補償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)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(wǎng)的事故點(diǎn)。因此，應避免在整個(gè)管網(wǎng)中都采用有補償安裝方式，但在管網(wǎng)設計中，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預應力安裝 
　　預應力安裝方式，實(shí)質(zhì)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(shí)，管道應力為零。而當管道溫度恢復至環(huán)境溫度時(shí)，使管道產(chǎn)生預應力效果?？梢酝ㄟ^(guò)預熱的方式和采用一次性補償器的方式來(lái)實(shí)現預應力安裝方式：（1）預熱方式是管道在回填前進(jìn)行預熱，加熱到預熱溫度時(shí)進(jìn)行回填，立即可產(chǎn)生預應力效果。采用預熱方式時(shí)，應具備預熱熱源，同時(shí)現場(chǎng)條件允許管溝敞口。（2）采用一次性補償器的方式時(shí)，管道安裝后可立即回填。在加熱過(guò)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(shí)，就可焊接該一次性補償器。通過(guò)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(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(shí)度和槽底標高，當確認無(wú)誤后，方可允許回填。砂墊層應該回填夯實(shí)，一般應采用夯實(shí)機進(jìn)行夯實(shí)，夯實(shí)完后對厚度和密實(shí)度進(jìn)行檢查，密實(shí)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(kāi)挖的質(zhì)量控制 
　　在溝槽開(kāi)挖前，要根據現場(chǎng)土壤類(lèi)別、土質(zhì)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(kāi)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(jìn)出場(chǎng)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(zhì)、槽邊坡來(lái)確定，其zui小距離不應小于1米。同時(shí)，在溝槽開(kāi)挖前還要確定合理的開(kāi)槽斷面和槽底寬度，開(kāi)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(kāi)挖斷面時(shí)，要考慮工程安全和質(zhì)量，做到開(kāi)槽斷面合理。另外，在雨季施工時(shí)，應防止槽底泡水，在溝槽四周疊筑閉合的土埂，必要時(shí)要地溝外開(kāi)挖排水溝、集水井，用水泵進(jìn)行抽水，溝槽見(jiàn)底后應隨機進(jìn)行下一道工序，否則，槽底應留20厘米土層不挖作為保護層。