大管径直埋供热管道设计方法初探

常庆梅

摘  要：根据环保政策，不断更新的国内供暖管道中建设网络化是重点，在管道建设和使用过程中，供热管道建设活动转向了半径长、沿线大管径。当大管径直接埋在热流道中时，施工技术必须科学地应用。本文分析了直埋所需的方法及直埋技术。

关键词：大管径;直埋;供热管道设计

引言  随着我国供热行业的迅猛发展，规程适用已不足以满足供热网的实际需求，城市供热网的最大管道超过DN500。同时，许多设计师认为该规程的适用范围是限制直埋敷设，认为其过于保守。此观点不正确，规程决定了可以计算和构造直埋敷设管道的条件。这种设计方法显然都需要相应的值范围，并且直埋敷设的能力取决于管道是否处于安全状态。

一、直埋供热管道的应力分析

1.分析应力。力作用引起的应力称为一次性应力，静态平衡条件的取决。当应力超过极限状态时，管道会导致塑料无限流动，导致裂缝和破裂。位移效应可以是预定的位移或变形，例如管子热膨胀或脱落。它们也可以是由位移或变形、轴向摩擦或土壤压缩产生的力。位移引起的应力称为二次应力，在一定的变形条件下，产生的变形总是减小，不会引起变形。当二次应力超过极限状态时，钢材料也会屈服，导致塑性变形而没有无限塑性流动。此外，在没有部分连接的管线的情况下，不管力或位移如何，都会产生应力集中;所得电压称为峰值电压。峰值应力变化不大，但周期性变化的峰值应力会导致钢的内部结构损坏，从而对管道造成部分疲劳损坏。

2.计算应力。管道承受地面一次应力和侧向压缩的二次应力计算。对于直埋管，如果管轴本身向远离管尺寸的方向移动，则不能忽略新创建的管和土壤之间的摩擦。

二、直埋管道的失效分析

1.强度失效。（1）无限塑性流动。当内压应力超过屈服强度时，会导致通道壁发生较大塑性变形，导致塑料无限流动，导致管道断裂和破坏。回环变形。温度应力在直管系统中起着关键作用。对于温度不能完全释放的情况，加热过程会导致通道壁在轴向压力应力下发生轴向塑性变形。当温度降低时，管道壁在轴向拉伸应力下变形。当循环压力和温度的变化在管道运行过程中影响两倍以上的屈服强度时，就会发生循环变形。（2）破坏疲劳。通常应力集中容易引起管件（例如弯头、尺寸头、三通）对于温度和压力产生变化，应力集中时产生的峰值应力仅在局部小区域引起循环塑性变形。首先，弹性区被包围，没有裂缝。在管道运行一段时间的第二次塑性变形中，钢的损坏会导致强度疲劳。峰值电压变化越大，疲劳引起的周期越短。

2.稳定失效。热力管道承压时，可能出现两种不稳定。（1）整体。从整个管线的角度来看，管道属于管接头。当热膨胀变形不能完全释放时，轴向压力最大，可能导致管道整体不稳定。（2）局部。根据管道部分，管道指壁厚。轴向应力会导致管子部分起皱，从而导致局部不稳定。（3）变形椭圆化。截面中的地面载荷和运输载荷会导致管道表面椭圆变形，椭圆变形过大会导致管道损坏。

三、大管径直埋供热管道设计方法解析

1.大管径直埋应力和稳定性分析。供热管道应直接位于地下，并与土壤接触，然后进行应力分析。对于土壤类型，管道（如黏土、沙子等）的摩擦和重力存在差异。这些因素直接导致管道的不同垂直土压力系数。例如黏土体积为16.5～17.5KN每立方米，内摩擦角约为12度，硬质黏土、疏松细沙、密实的细沙分别为18～20KN、15～16KN、17.5～19KN每立方米，33度内摩擦角33度，计算土壤对供热管道的影响时，也必须坚持两项直埋规律。首先，大管径的最大土壤压力，其次是管道顶部，最后土壤压力最小是管道两侧。其次，很明显，镇砂在均匀压实作用，以保证热水管道周围的压力压实。除了外部土压力外，管道内部负荷还会影响直埋时大管道的直径。供给通道通常由三层材料构成，其中较大的径向应力通常是压力应力，三层供热管道的径向压力最大，外部保护管的压力比这小得多。最小压力为管道保温材料。然而，应用于热管元件的压力应力是相反的。

2.计算进行了分析壁厚和深度，为防止管道直埋发生变形，必须在布线前计算壁厚。计算应基于应力、稳定性、内应力等因素。计算时，请确保壁厚与壁厚之比偏差率成反比。除了厚壁预算，还必须将预算深度。这是因为深度会影响管道的纵向能力。管道温度随管道直径加热而升高，但管道热仲长，随着热仲长升高，地面沉降增加，管道直径方向压力增大。管道直径中应力作用，管道纵向失稳。

3.结合使用有补偿与无补偿铺设的方法。对于大直径热水通道埋设，由于直径的限制，工程师可以通过采取有效措施提高热水通道中的纵向稳定性来避免问题。例如，所使用的修正推力根据管道中使用的固定墩推力而不同。130T推力时，指定的固定墩与弯头20米距离，以便将固定墩的压力改变10T。50T推力时，必须确保其两者15米距离，以便將固定墩改变20T推力。有补偿直埋需要通过弹性的铺设减小用于将管道直接输送到热通道的坡度变化范围，以便在城市下有大量障碍物和复杂有补偿直埋网的情况下，使用深埋预算和分段铺设地完成铺设。

四、结语

使用供热管道大管径直埋铺设敷有较长时间，但考虑到各地区地下管网的复杂性和复杂的地形环境，有关人员应在敷设前进行现场勘察，管道应力，管道本身的稳定性等，科学计算理论保证供热技术的直埋铺设仅从理论上分析具体设计过程中需要的内容。

参考文献：

[1] 张保聪.基于管土接触特性的顶进力计算模型分析[J].岩土工程学报，2019，39（02）：244-249.

[2]张听松.考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式[J].岩土工程学报.2019，39（11）：2043-2049.

[3]李振忠.三种不同管土相互作用模型在触地区立管运动模拟中的比较研究[J].海洋工程.2019，36（03）：33-42.

[4]王斌黎.大管径直埋供热管道设计方法初探[J].区域供热，2020，（3）：19 21.

[5]王平义.直埋供热管道强度设计方法及安装方式[J].区域供热，2019，（4）：3 8.

[6]马清.大管径直埋供热管道的预应力直埋敷设[J].煤气与热力，2020，（2）：188 190.