南水北调配套工程地埋钢制管道合拢温度选择

□周玉涛

在河北省南水北调配套工程中，管道多采用地埋方式敷设，管材多选用承插连接的预应力钢筒混凝土管和球墨铸铁管。承插连接的管道能够较好地适应管道的轴向变化和偏转变形，但是在工程穿越河流、公路、铁路时，一般采用钢制管道作为输水管材。钢管受温度影响，将产生沿轴向和法向的胀缩，以轴向胀缩影响为明显。温度变化将使管道轴向长度变化，产生与其他管材承插接口处的间隙增大或者减小，如若处理不当可能造成接口渗水。现以河北省南水北调配套保沧干渠和邢清干渠为例进行理论分析，合理确定管道合拢温度，并提出设计、施工技术要求。

1.工程运行环境温度条件

保沧干渠和邢清干渠工程多为管道输水，管径一般在1.4m～2.2m 之间，一般段管顶以上覆土厚度为2m 左右，对于穿路、穿河段覆土厚度加大，管道环境温度分析时取地面以下3.2m 的地温资料。

查河北省地温资料，保定地区全年平均地温14.1℃，最低月平均地温10.5℃，最高月平均地温17.7℃。沧州市全年平均地温14.0℃，最低月平均地温10.5℃，最高月平均地温17.5℃。邢台市全年平均地温15.6℃，最低月平均地温12.3℃，最高月平均地温18.8℃。

引江水经长途输送，随着热量的转换，到达配套干渠进口时，温度已基本同当地水一致。查阅冬季引黄、夏季水库不同深度水温等资料，夏季干渠进口水温在17℃左右，冬季最低水温在4℃左右。夏季，最高地温与进口水温基本一致，管道运行最高温度为月均最高地温。冬季，地温高于水温，考虑水在管道内的输送和热量转换，综合确定配套工程管道运行最低温度为低于最低月平均地温2℃。

2.温度变量计算及合拢焊接控制

对于直埋或者布设于箱涵内的管道，温度变化很小，为管道运行最高温度与最低温度的差值，变化区间在9℃左右，取其平均温度为合拢温度进行计算温变量，分析工程的安全性。

保沧干渠穿越京广铁路和G107 公路，钢管总长210m，其中上游直埋钢管段45m，中间箱涵内置钢管长131.5m，下游直埋钢管段 33.5m，钢管直径2200mm，壁厚22mm。以此为例，合拢温度取13.1℃,最大冷缩量11.6mm，单侧接头位移量为5.8mm，低于承插口容许变形量，工程安全。计算按全长自由胀缩进行，工程实际中管道两侧还有78.5m长直埋钢管段，能够对管道的轴向变形进行一定的约束，位移量将低于计算值，钢管两侧的承插口能够满足胀缩要求。

通过典型段计算结果，工程设计中确定以管道运行最高、最低温度值的平均值为合拢温度。考虑近年来地温的变化趋势，确定保沧干渠、邢清干渠钢管合拢温度如下：保沧干渠12℃～15℃，邢清干渠13℃～16℃。

工程施工中，要求严格执行《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》、《给水排水管道工程施工及验收规范》等规范和文件要求。当工作环境的风力大于5 级、雨、雪天或相对湿度大于90%时，要求采取保护措施施焊；焊接时，应使焊缝可自由伸缩，并应使焊口缓慢降温；冬季焊接时，应根据环境温度进行预热处理,夏季焊接时，选择低温时段并考虑降温措施。

3.结论

钢管具有热胀冷缩的特性，在温度变化时引起位移的变化，为解决位移过大而影响工程使用，可采取通过约束限制变形、设置变形补偿器或者综合措施。目前铁路部门的无缝轨道设计中，通过基础约束和应力释放解决温度变形作用。在水利工程中，采用伸缩节或者利用管道自身的弹性变形适应温度作用。一些大型钢架结构，通过控制合拢温度解决施工中安装和变形问题，例如国家体育馆鸟巢施工中控制合拢温度为24±2℃。

对于配套工程输水埋地管道，年内温度变化平缓，通过控制合拢温度，保证合拢焊缝焊接工艺，综合考虑温度变形和上下游的土体、混凝土构筑物等对其的约束作用，不设置伸缩节完全能够满足工程安全运行要求。配套工程按以上设计要求进行施工，自2017 年通水运行以来，钢管段与上下游管道接口处工作正常。□