无补偿冷安装直埋供热管道安装技术的应用

武晓鹏 山西五建集团有限公司

1 前言

随着城市供热管网直埋无补偿冷安装敷设技术的不断完善，该技术逐渐得到了推广和应用。目前热力管网的直埋敷设已应用在我国许多供热工程中，相对于传统的预应力安装方式，无补偿冷安装的优势更为明显，具体表现为进度快、造价低、性能好、寿命长等，且危险点设计的数量更少，能够提高管道强度和稳定性，保证工程达到预期建设要求。

2 直埋供热管道安装方式对比

直埋管网的安装方式可以分为预应力安装和无补偿冷安装，以往工程中基本以预应力安装方式为主。但随着科学技术的不断发展，无补偿冷安装方式被广泛应用于工程建设中，且该技术的优势更为明显，二者的对比分析具体如下。

2.1 预应力安装方式

2.1.1 敞沟预热安装

敞沟预热安装属于传统施工方式，管端的位移与冷安装的位移大致相同，覆土前可以进行敞开式预热，最终产生预应力效果。但在该技术的实际应用中，由于管道温度与环境温度持平时处于拉应力状态，热胀冷缩可能因土壤缺少摩擦力而提前释放，为了能够避免冷安装在首次移动时的较大位移，因此要求管道被加热到预热温度时覆土后再冷却，使管道达到一定的平均应力水平。

2.1.2 采用一次性补偿器安装

一次性补偿器在传统施工中较为常见，安装时需要预留补偿器附近的沟槽处敞口，首次加热补偿量达到释放的热膨胀量后焊死，使管道的热胀得到提前释放。由于土壤摩擦力的作用，要求在多次变化以后应力需要保持均匀，系统温度也可能随各类因素影响而变化，需要在两个一次性补偿器之间确认施工段的局部应力，以避免施工中出现非正常情况，如管道温度过高或难以找到热源预热，可采用有补偿方式。

2.2 无补偿冷安装方式

无补偿冷安装需要考虑各种不利荷载的组合情况，要求应力变化范围始终控制在允许值之内，在设计过程中需要考虑常温下完成的各类情况，采用安定性分析理论进行不同强度的安全验算，如管道不设补偿装置则不必考虑预热，采用不同的强度验算条件保证施工过程的准确性。同时该施工技术在冷态的环境温度下管道处于零应力状态，需要将应力根据作用范围、性质进行分类，焊接和沟槽回填等安装过程都在冷态条件下进行，需要在设计中考虑各种载荷条件可能的组合，在施工过程中进行特性分为，保证施工的实际效果。

3 无补偿冷安装直埋供热管道安装规范规定

3.1 工程概况

文水县农村集中供热工程建设项目，A段供热管线设计起点为国金电厂围墙外1.5m，终点为太中银铁路，主线管径DN800~DN1200，敷设长度9004.25m，沿线22座小室，8条分支，热媒参数：120℃/60℃，设计压力：1.6MPa，设备按2.5MPa选型。电厂与热力公司采用同一厂家热计量装置，与电厂接口时注意供回水方向，沿供水方向左供右回，直埋管道设计遵循CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》规范要求，最终选用无补偿冷安装直埋供热管道安装方式，保证工程建设达到预期要求。

3.2 规范规定

上述工程在应用无补偿冷安装直埋供热管道安装技术时，明确了整体建设的规范规定，从而防止建设中出现风险问题，具体要求如表1所示。

表1 直埋供热管道安装规范规定

4 无补偿冷安装直埋供热管道安装技术的原理

上述工程管道轴向为一段两端固定的直管道，要求热力管道不能出现塑性变形，应力分布如图1所示。但实际检查后发现，管道摩擦力的存在致使管道变化受到阻力，A处为自由伸缩状态，受热发生膨胀而使管道断面产生轴向应力，因此会有一个安装距离临界值，故在A处添加一补偿器，无论管道是受热还是冷却如小于屈服应力则不会发生破坏。

图1 管道轴向应力分布

当热力管道降至常温时拉应力为σ0，随着管道温度升高至工作温度，管道的压应力仍小于允许应力值，在屈服阶段会出现应力变化不大而应变明显的现象，这是无补偿直埋敷设管道技术的基本原理。应用弹性理论计算无法反映出钢材塑性变形和破坏的关系，因此需要应力σ与应变ε成直线关系，保证最高点的应力σb为材料能承受的最大应力。

5 无补偿冷安装直埋供热管道安装技术的要点分析

直埋无补偿冷安装供热管道为避免出现失稳、变形的情况，要求坡度≥2‰，管道的高处宜设置放气阀，且要求有相对位移处应采用保护措施。

5.1 管道沟槽

土方质量直接关系到技术应用的效果，如存在问题则可能造成基底不实出现不均匀沉降，上述工程在建设前调查了大量的施工建设资料，并进行了详细的规划设计，因此建设中未出现该问题。沟槽开挖过程中如出现高程校核问题，则可能导致局部底部悬空而失去均匀支撑，影响供热管网的安全运行，上述工程在土方开挖前，严格测量放线、测设高程，管顶以上200mm及管腔中砂回填以人工进行夯实，保证了工程建设的可靠性。

5.2 管材要求

5.2.1 外壳保温层要求

外壳保温层要求材料的性能必须符合实际需求，且必须与钢管有很强的结合力，以此避免预制保温管失去其固有的性能。同时由于输送管道要承受较大压力，因此上述工程供热管道选择了直埋预制保温管，一次限制钢管的热胀冷缩变形，保证整体的施工质量，防止建设出现风险问题。

5.2.2 三通设计要求

三通加固可以保护分支管道，减少巨大的轴向荷载，上述工程采用加披肩以此带加强板的三通，通过设置距离为10m~15m的Z型弯来降低三通处的应力，最终保证热位移量＜50mm。

5.3 阀门选择

无补偿直埋管道运行时环向应力较大，因此阀门的选择十分重要，如上述工程采用双向硬密封焊接蝶阀，要求附件满足特殊要求。同时由于阀门选择焊接的方式，因此要求预制保温弯头采用热压弯头，口径＞DN500的焊接球阀采用缩径，弯头曲率半径均为I，小折角采用现场调弯通径阀门，低点设泄水并置于检查井内是否存在参数偏差的情况。

5.4 焊接检测

焊接检测在无补偿直埋管道中十分重要，其原因在于实际施工后管道的荷载增大，如上述工程DN700以下的管道采用氩弧焊打底电焊盖面，钢管及管件采用双面焊，因此为保证整体的建设质量，要求对≥DN700的管网进行射线探伤检测，将所有不合格的焊口一一找出并重新焊接，避免后期出现应用风险问题。

6 无补偿冷安装直埋供热管道安装技术的应用策略

文水县农村集中供热工程建设项目所有的施工严格按照CJJ 28—2014《城镇供热管网工程施工及验收规范》执行，保证最终建设符合预期标准。

6.1 开展地质勘察

上述工程按轻微液化场地考虑，揭露场地地下初见水位2.80m~8.50m，静止水位标高739.97m~745.1m，勘察结果及区域地质资料，场地内亦不存在影响工程建设的古墓、石流、河道、防空洞、孤石等不利的埋藏物。

6.2 管道安装施工

管道安装前应进行清扫，在设计过程中合理的增大弯头的强度和厚度，小孔径管道的弯头使用1.5倍的公称直径，钢管的焊接必须严格执行国家现行标准，无法采用射线探伤的焊口要求采用超声波探伤，避免施工出现质量问题。

6.3 管道保温处理

保温材料采用硬质聚氨脂泡沫塑料，质量符合《硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管》的标准要求，保护层用高密度聚乙烯管壳。而管道的接口保温应在管道安装完毕及强度试验合格后进行，搭接做法参照《05R410》要求，接口施工具体如表2所示。

表2 保温补口处理

按图纸要求达到槽底深度，管道的装卸及入槽要用专门吊带，不可用钢丝绳直接吊管外皮或用吊钩吊管。

6.4 回填及试压

结合地勘资料现场确认后可采用原土回填，强度试验压力应为1.5倍的设计压力，且不得低于0.6MPa；管底敷设的细砂，其他部分填砂或过筛细土，填土时，其颗粒应小于2mm，回填土密实度应满足设计规定。

7 结束语

直埋预制保温管无补偿冷安装方式已得到国内外供热界的普遍认可，但当前实际应用中仍然存在一定的缺陷，需要对该技术深入探究，认真对待每一个细节，推动我国建设工程行业实现可持续发展。