谈直埋敷设供热管道施工质量控制

吴丽雅

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着我国城市化进程的加快，城市集中供暖的规模越来越大，特别是在我国的一些城市，已经基本实现了城市集中供暖。在即将到来的供暖季节，会带来很大的环境污染和资源消耗，所以，我国和供热行业的有关专家、工作人员都在寻找一种更加环保、更加优质的供暖方式。

在城市供暖项目中，以中央供暖方式进行的建筑项目，包括许多管线的布置和施工，而在这些项目中，热力管道直埋铺设技术是最常用的一种技术。通过几年来的应用，该技术已逐渐趋于完善，在市政公用工程中起到了十分重要的作用。在热力管道直埋管敷设技术长期的建设实践中，为确保热力管道系统在运行中的安全，尽量降低在施工工艺中所产生的损耗和费用的投资；并尽可能地使该系统的维修工作更加便利，逐步形成了多种技术手段和工艺方法。因此，采暖管线直埋式铺设方式、铺设工艺具有一定的探索分析意义。

1 供热直埋管道的布置与敷设

1.1 管道布置

管道布置时要注意：①尽量使城市供暖网络的管线变得更短更直，便于建设和节省空间。②供热管道铺设时，必须与公路中央线相平行，且不宜超过车行道，经市政当局批准后，可在公路及人行道以下铺设供热管道。③在设计中，为了减小温度变化，应该尽可能地把管线安排成一个固定部分，并避免安装补偿器和固定支座等容易损坏的附属设备。④按《城镇供热直埋热水管道技术规程》（CJJ/T 81—2013）中表4.1.2 和4.1.3中的要求，覆盖层的厚度和与有关设施的水平和竖向净距。当覆土深度不能保证时，可采取设置过街套管或管沟、在管道上方敷设混凝土板等保护措施。

1.2 直埋供热管道敷设方式

1.2.1 有补偿敷设

有补偿敷设是指在通过管道应力验算后不能满足强度与稳定性要求时，在管道上设置补偿器的方式吸收管道由热胀冷缩产生的热应力。

常见补偿器有自然补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器及球形补偿器。其中自然补偿器与波纹管补偿器是利用材料的变形来吸收热伸长量，套筒补偿器和球形补偿器是利用管段位移来吸收热伸长量。通过设置补偿器能够有效防止供热管道升温时产生热应力的作用而引起管道变形或破坏。但增设补偿器也有其不可避免的弊病，首先由于增设补偿器，增加了供热管网的初投资。其次采用补偿器取代管道，本身就形成了管道的危险点，增加了管网的事故率。因此，在供热管网的设计中，应当科学地进行应力验算，尽量减少补偿器的设置，没有必要使整个管网都处于有补偿管段，这样既减少了管网出现事故的概率，同时也降低了管网的工程造价[1]。

1.2.2 无补偿敷设

无补偿敷设是指在通过管道应力验算后能够满足强度与稳定性要求时不增设补偿装置，使管道处于无补偿管段的敷设方式。无补偿敷设方式在严格执行现行规范应力验算方法的前提下，既保证管道可以安全运行，又比有补偿敷设节约初投资15%左右，同时运行维护工作量大大减少，管道由于补偿器处发生的事故率也极大降低。

目前，我国供热管道应用无补偿敷设方式可采用冷安装与预应力安装两种。

冷安装是管道焊接与管沟回填过程都处于自然环境温度，这样在管道安装时管道处于零应力状态，在管道运行时运行温度与安装温度温差较大，无补偿管段的热应力较大。是目前最常用的供热管网敷设方式，广泛应用低温供暖系统及地势平坦、地下障碍物少、分支较少的高温供暖系统。

预应力安装是目前较为先进的直埋管道敷设技术，在管道安装过程中将预制保温管的工作钢管进行预热，当管道达到设计预热温度和热伸长量之后再进行回填，安装时的预热过程使管道通过热伸长提前释放热伸长量，从而降低管道在运行时的轴向应力，从而提高管道运行时的稳定性和安全性。

2 市政热力管道直埋敷设技术的应用过程及施工质量控制

2.1 施工准备

首先，在材料的管理工作中，应对工程中需要使用的材料进行检查，保证管道的数量满足图纸规划的要求。注意材料的型号规格和性能质量，确保供热管道的相关材料都符合规范和标准，满足设计的要求。施工材料入库后，需要组织监理人员全面检查供热管道质量和外观情况，确定管道壁厚、管道长度、焊缝以及坡口等，并检查管道的对接角度以及阀口启、闭的灵活度，按照标准检验管道是否符合水压试验要求。其次，在人员的管理工作中，需要保证施工人员掌握管道安装施工的技术，了解管道安装施工的流程和注意事项。同时应当对施工人员进行考核和评估，在供热管道安装施工之前合理组织施工人员。再次，在机械设备的管理中，应提前准备好供热管道工程需要的设备，还要对机械设备进行维护，避免出现故障，影响供热管道的施工。使用之前需要对机械设备进行试运行，确保机械设备能够正产运行。最后，要加强设计环节的管理。供热管道的规划设计会在很大程度上影响供热效果和建设成本，施工人员需要根据图纸进行施工，若图纸不够合理、不够精确，就会使施工受到影响[2]。

2.2 沟槽施工

铺设管道时，沟槽的铺设是管道铺设的起始阶段，因此，有关施工单位在铺设管道时，必须对管道铺设管道的铺设长度做出正确的规划。首先，必须严谨地计算出最小开挖长度，在开挖时，必须比原来的开挖长度扩大20cm，同时，施工坡度、深度和长度也必须按照施工图纸来确定。其次，在开挖管线时，要注意基础的强度及相关的稳定性。利用相关的机器将地表开挖，当表土距离实沟底部大约20cm 时，进行手工作业。在检查沟槽时，还要考虑到回填量，根据实际需求，一定要把一定数量的土料堆积在对面，不要再用其他的土料。在此基础上，将腰桩沉入土中，并精确地测定出其真实的高程，并以实测得到的资料为主要基础，对施工场地进行更多的夯实；促进原位土体获得理想的致密程度，并维持所需的力学性能。完成验收后，就可以进行垫层的建设。一般情况下，垫层的灰土比例是3:7。在达到建设要求后，要适时地进行沙垫，以保证技术与相关规范一致，使管道的铺设工作得以顺利进行。管道沟槽挖掘如图1 所示。

图1 管道沟槽挖掘

2.3 安装阀门及补偿器

当埋设时，当有超过150°的弯曲时，为了增强埋设的平稳性，必须在埋设范围内增设一套天然补偿器。若采用这种方法后，还需对其进行全面的补偿，并通过安装补偿器来减小其对管线的影响。

2.4 管件与系统强度设计

为避免管材发生塑性流，保温管的主压必须低于其屈服值。为了保证管道的安全性，在一定的运行状态下，管道的直管段会发生各种形式的失效，从而导致管道的总体不稳定等。这时可以考虑利用补偿设备来释放热涨变形，或者利用一次性的补偿设备来进行控制。本文还将重点放在接头的结构强度设计上。对于某些特定的管子，如弯头、三通、阀门等，会产生疲劳失效的情况，这要视其自身的构造以及所联接的管子产生的热膨胀变形而定。因此，必须采用具有良好强度性能的结构，以减少应力，并在必要时设立固定墩，以控制热涨变形到管件区域的传递。此外，还可以在部分区域内设定一种补偿方式，对该区域的变形状况进行控制。从强度的角度来看，补偿器、补偿弯管装置及系统的安全性也依赖于与直管相连的管件及阀门的强度等。若有明显的不能进行补偿的冷装，则要依据管子及阀门的强度来决定是否要进行适当的补偿。在直接埋地无补偿铺设方案中，管道各部分之间可以有差别地设置，这是一个重要的组成部分[3]。

2.5 安装预制保温管道

在管道工程实际施工中，应该进行合理设计安排，从而提高工作质量。另外，应该重点考虑管道以及相关设施的质量情况，保证预制保温管在安装过程中的科学使用。为保证管道安装质量安全，一般采用氩气保护焊统一处理焊接管道及其管件，避免焊接时管道表层出现裂纹、气孔以及夹渣等问题。若焊接管道厚度>8mm 且存在脱口接头，则焊接工作层不低于3 层。首层焊接时，尾部需保持均匀充分焊接，避免电焊烧穿管道等。不同层级管道接头采用错开焊接方式，每层焊接厚度控制为焊条内径的0.8～1.2 倍。每次管道焊接工作滞后，需要采用角向磨光机彻底清理管道表层残渣和飞渣物质，并对管道焊接口位置情况进行充分检查，若存在缺陷则要及时清理，随后再进行安装施工。

通常，供热管道弯曲的角度超过150°时，需要安装自然补偿装置，可以对管道进行分段并在每段管道上安装补偿器，减少热胀冷缩对管道的影响。安装补偿器时，可以在两侧安装导向支架，确保补偿器与管道的中心线能够完全重合。安装阀门时，保证阀门的垂直度，阀门与操作平台或地面的距离要在1100～1200mm。

管道挖眼焊接，考虑分支管的管径情况，需要进行合理化的设计，能够体现出对于旧管道进行合理化利用。为了保证挖眼焊接的质量，需要在施工前进行焊口的质量检查。焊口的质量检查应包括焊缝的形状、尺寸、焊接接头的间隙和对接面的清洁度等方面。同时，还需要对焊接过程中的气氛和温度进行控制，以避免氧化和变形等问题的发生。在进行挖眼焊接时，还需要注意以下焊接要求：焊接前应先确保焊缝两侧表面无油污、锈蚀和氧化皮等杂质，以保证焊缝质量。焊接时应保证焊接接头的间隙和对接面的清洁度，避免出现焊隙较大或焊缝不饱满等问题。焊接时应控制好温度和气氛，避免出现过高或过低的温度、氧化和变形等问题。焊接后应及时对焊缝进行检查，确保焊缝的质量和可靠性。

2.6 管路试压和清洗

管路试压和清洗采用以下技术：①探伤技术。在安装好管线后，需要对管线进行检测，通过对管线的抗拉强度和紧实度等参数进行分析，从而保证管线能够达到理想的应用效果。这一步需要使用大于0.5MPa 的压力，而且还需要持续补充水分，以保持水压的恒定。如有渗水现象，在渗水值符合标准时，即为强度达标。全程应持续对管道进行冲水，至少12h，2h 后检查有无渗漏，如无渗漏，则表示其密封性能满足有关的规范。②清洁技术。管道在经过强力和严密的测试后，需要进行清洁。这时要控制流水流量和对应的压力，对应的流速要控制在1m/s，在管子清洗就绪后，才能停止[4]。

2.7 电预热

常见的直埋供热管道无补偿预热施工方法分为热水预热、热风预热、电预热。近几年电预热技术较为广泛应用。

电预热过程中，需要注意以下要点。

电预热管段内不能有气体流通，在供、回水管段两端加端头进行密封保护。管道预热前，应先将需要预热的预热段管道回填至管道外径的3/4 处，防止电预热过程中管道产生位移现象。管道上如有三通，应该在预热前安装好，但是不得与三通支管连接，以免影响管道伸缩。

预热过程中每1h 记录一次钢管温度和全线钢管伸长量，以及环境温度和相应的电压电流数值，直至管线达到预热温度或预计伸长量。管道伸长量变化采用标尺及标线进行测量，设定专人对现场进行保护，防止拨动标尺或标线，影响管道伸长量的数据记录。

2.8 回填

通常情况下，管道基础混凝土必须在接头处进行养护，并经过合适的压力测试后，方可进行回填。①在回填体的施工中，一般采用分层压实的方式，并应防止回填体中覆盖有各种杂质，如碎石、砖头等。各级回填层的厚度要控制在0.1~0.5m，然后采用人工夯实法，保证相应的压实度满足基本要求，为后续施工打下基础。在回填距管道顶部0.5m 以上时，必须马上停止施工。②管道测试压力尚未结束时，管道顶部距离应＞0.5m，管道与管道连接部位应留出0.2m 左右的空间，以便测试人员对管道的内部情况进行测试。③在全部工程结束并且各项参数都符合要求的情况下，将水注入管道，直至充满，然后将管道全部封住[5]。

3 结语

总之，在进行市政热力管道的建设时，由于应力等诸多原因，将会直接影响到管道的工作状态和质量，进而造成管道的变形。所以，在实施工程建设时，要注重工程建设的各个方面，并对其进行严谨、高效的管理；从而保证管道的严密性及安全，防止外部因素对管道的正常工作造成影响。建设企业在进行管道建设时，应根据实际情况进行具体分析，才能更好地提高管道的使用年限。