直埋无补偿冷安装供热管道应变现场试验研究★

李晓芝 刘明泉

(1.唐山学院土木工程学院，河北 唐山 063000； 2.河北省建筑工程与尾矿综合利用重点实验室，河北 唐山 063000)

随着城市建设的发展，集中供热技术也得到了极大地发展。目前，供热管道铺设已经广泛采用了直埋技术[1,2]。在直埋技术中，因施工周期较短，投资较少，而且易于维护，大直径直埋无补偿技术得到大力的推广[3,4]。直埋无补偿分为预热安装和冷安装两种方式[5,6]，其中冷安装方式具有很多优点，在设计和施工中需要对管道的应力应变分布特点进行研究分析，采取相应措施。国内对直埋无补偿供冷安装供热管道应变实测成果较少，本文结合某供热长输管线工程，对直埋无补偿冷安装供热管道轴向应变进行现场试验研究，以期为同类供热管道的设计和施工提供参考。

1 项目介绍

某集中供热长输管线工程位于河北省唐山市曹妃甸区，其中城区内供热管线主管线约3.9 km，总体走向呈“Z”字形，采用DN800保温管，采用直埋冷安装方式铺设，中间不设补偿器和固定墩，试验段选择泵站出口附近约500 m长直线管段。线路主要涉及穿越稻田、河道、绿化带等地段，场地土层分布如表1所示。

表1 土层分布

管线基础坐落于第④层粉土层上，将杂填土、素填土全部挖除换填，采用石粉、级配砂石、碎石等换填压实，采用真空井点降水法进行基坑降水。开挖深度平均为3.15 m，设计开挖顶面宽度为7.5 m，回填土铺土厚度根据夯实机具的性能及压实度要求确定，管顶以上500 mm范围内，采用轻夯夯实，测试断面平面设置见图1，工程断面见图2。

2 试验方案

管道应力测试断面位于管道接头处，距离连接焊缝20 cm以外的地方，在供水管和回水管上分别设置3处测试点，如图3所示。每处测试点按设计要求粘贴高温应变片，使用集成无线功能模块的应变仪进行采集频率、采集周期的设定以及应变数据采集和传送，如图4所示。在高温应变片进行防水和防腐处理完成后，采用二次发泡将管道连接处进行保温和防护处理。通过远程计算机，设定采集频率为每天1次，采集周期为5个月，并对应变片进行初始标定。通过云端管理软件，查看和管理采集到的试验数据。

3 试验结果

试验监测时间从2019年11月初开始至2020年3月底结束，共计145 d，获得供水管轴向应变和温度变化曲线如图5所示，回水管应变和温度变化曲线如图6所示。

图5显示，供水管轴向应变随管道工作温度升高而增大，相同截面处轴向应变不均匀，顶部最大，西侧最小，存在差异。图5a)显示顶部应变在56 d～60 d时出现较大变化，而此期间管道温度并未出现大幅变化，说明引起该变化的原因不是温度而是外部因素，经分析认为外部施工荷载引起管道产生垂直面内向下的弯曲变形是影响

应变曲线变化的主要原因。东西两侧应变曲线的变化规律较为一致，东侧应变始终大于西侧应变，两者差值随温度升高有增大的趋势，随温度降低有减小的趋势，这表明管道在水平面内存在向东侧弯曲变形，受温度变化影响较为显著。图6显示，回水管轴向应变随管道工作温度升高而增大，相同截面处轴向应变不均匀，顶部最大，东侧最小，存在差异。图6a)显示顶部应变在39 d～60 d时出现较大变化，而此期间管道温度并未出现大幅变化，经分析认为外部施工荷载、不均匀沉降等引起管道产生垂直面内向上的弯曲变形是影响应变曲线变化的主要原因。东西两侧应变曲线的变化规律较为一致，西侧应变始终大于东侧应变，两者差值随温度升高有增大的趋势，随温度降低有减小的趋势，这表明管道在水平面内存在向西侧弯曲变形，受温度变化影响较为显著。对比图5和图6后发现，管道轴向应变供水管处大于相同位置的回水管处，管道在垂直和水平方向都存在弯曲变形，这种变形是随机的。管道轴向应变除受温度影响以外，外力、不均匀沉降等外部因素也会引起较大变化，管道轴向应变较为复杂。

4 结语

直埋无补偿供热管道应变状态较为复杂，相同截面不同位置处的轴向应变并不均匀，并受温度和外部因素影响较大，其中外部因素引起的变化幅度更为明显。管道存在弯曲变形，这种弯曲变形是随机的，因此，在进行设计和施工时，要充分考虑以上因素，采取有效措施保证管道安装时水平和垂直方向上的平直度，在土质不好的条件下，做好沟槽底部土层加固处理，同时管道沿线应避免受重载影响，设置提示牌并做好防护，以保证管道安全运行。