摘要：目前我國區(qū)域供熱管網在一定范圍內應用了直埋敷設的方式,該方式相比傳統(tǒng)的敷設方法,不僅占地少、施工周期短、維護量小,還可以節(jié)約成本、延長使用壽命長,適應城市建設的發(fā)展要求。
關鍵詞： 直埋 供熱管道 應用 施工
中圖分類號：O434文獻標識碼： A
前言
供熱管道直埋敷設方法同傳統(tǒng)的地溝敷設方法相比具有占地少、施工周期短、維護量小、壽命長等諸多優(yōu)點，近些年來預制保溫管施工技術也有了很大的發(fā)展，已頒布的《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》標志著直埋技術在我國已經趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設越來越多地被采用。
一、直埋供熱管道應用
1、無補償直埋敷設技術
某集中供熱管網工程全線采用高溫水無補償直埋敷設技術,設計條件:設計供水溫度為115℃,供水壓力1.4MPa,最大管徑為600mm,熱水管網供熱半徑為8km,管線延線長度15km,管材材質采用Q235 鋼,管頂埋深1.1～2.0m。根據該地區(qū)的實際情況,大部分管網敷設在河道中,為了減少在河中敷設補償器和固定墩造成的事故,采用無補償(無預熱)直埋敷設技術,無補償敷設要求對管道受力分析和應力計算非常嚴格,否則造成的后果比較嚴重。該工程已投入使用三年,運行狀況良好。
2、有補償直埋敷設技術
某熱源廠供熱管網工程采用有補償直埋敷設方式,設計條件:設計供水溫度為1 2 0 ℃, 供水壓力1 . 6 M P a , 最大管徑為900mm,管材材質采用Q235 鋼,管頂埋深為1.3～2.5m。由于供水溫度高和地形高差大,為滿足管道穩(wěn)定性條件,供熱管網采用了有補償直埋敷設方式,設計時需要在大小頭管徑較大的一側設置固定墩,管徑較小一側設置補償器。考慮到管徑較大,鋼管相對來說是薄壁殼體,必須對管道的局部失穩(wěn)進行校核計算,由于管道內的最大軸向應力發(fā)生在固定墩處,因此,固定墩處的應力必須進行校核計算。
二、設計方法
1、無補償冷安裝直埋敷設
無補償冷安裝直埋敷設的設計方法采用應力分類法對管道進行應力驗算,應力分類法根據由不同特性的荷載產生的應力性態(tài)和對管道破壞的影響,對管道上不同性態(tài)的應力分別給予不同的限定值。應力分類法將計算應力分成一次應力、二次應力及峰值應力, 分別采用彈性分析理論、安定性分析理論及疲勞分析理論進行分析, 因此計算復雜。
2、有補償直埋敷設
有補償直埋敷設的設計方法采用彈性分析理論對管道進行應力驗算,對應力不進行分類,將各種荷載產生的應力疊加,僅計算綜合應力對管系的影響,因此計算簡單,彈性分析理論以控制荷載引起的應力、應變在彈性范圍內并考慮足夠的安全余量作為限定值,只要求管道任一截面的總應力不超過鋼材的許用應力。
3、管道布置形式
�。�1）無補償冷安裝直埋敷設
按無補償冷安裝直埋敷設設計,在熱水供熱管網的工作溫度范圍內,當管道熱伸長受阻產生的溫度應力能夠滿足安定性分析的強度條件時,從管道強度角度考慮管網中可不設補償器。但由于某些管件的強度或對其位移的限制, 需要根據現(xiàn)場條件采取適當的保護措施, 有可能設置極少量補償器和固定墩。因此,管網占用空間小,布置形式簡單,保溫管整體連續(xù)性和防水性優(yōu)。
（2）有補償直埋敷設
按有補償直埋敷設設計,為控制管道的總應力,須采用補償器吸收熱位移來降低直管段的溫度應力。管道和土壤之間摩擦力產生的應力較大,補償段長度較短,管網中需設置大量補償器和固定墩。因此,管網占用空間大,布置形狀復雜,保溫管保護層斷點多,防水性差。
三、直埋供熱管道施工
1、直埋管段基坑開挖
根據中心樁及開口圖于基坑開挖前要放出溝槽的上口邊線。在開挖完溝槽后,要在溝槽兩側設置擋水護堤,并派專人在降雨時沿線進行巡視,這樣才能及時處理所發(fā)現(xiàn)問題,同時還需要準備2臺DN50潛水泵和200m的DN50膠管,來進行溝槽排水,從而達到防止地下水及雨進入水槽的目的。
對于較為特殊地段,因其土質較差、地下水位較高,因此,要制定并選用切實可行的防護措施,以確保安全性。挖掘基坑施工過程中,要根據中心線、標高、橫斷面來開挖,禁止超挖。待挖好溝槽后,把中心線放入槽底,并將中心線樁埋設其中,將標高樁設置在溝槽邊上。在進行修邊清底時要根據槽底中心線和標高線來進行,要嚴格檢查槽底,讓其符合設計值,并記錄好溝槽開挖事項,對溝槽的驗收要請監(jiān)理工程師進行,并記錄好驗收事項。驗收完成后,在其上方鋪設砂土墊層,其中用于砂石墊層的砂土材料不能參雜有草根、垃圾等有機雜物,控制含水量在8%～12%之間。進行分段施工時,要將接頭處做成斜坡,允許頂面標高偏差± 15mm,允許表面平整度偏差為20mm。當砂土的含水量過低時,要及時灑水將其潤濕,待砂層成活后,若還不能進行連續(xù)施工,要用草袋等物覆蓋在砂石層上,再用平板振動器進行夯實以達到設計標準,最后檢查合格后才可以下管。
2、墊層施工
根據墊層的結構尺寸大小,測量出墊層面標高,將高程控制樁每隔4m～5m設置一個。根據墊層面標高來進行掛線,墊層材料可以由人工進行攤鋪,檢查完平墊層面后,人工進行夯實或用打夯機進行夯壓密實。注意墊層與槽底要一樣寬。砂墊層厚度要達到設計標準。
3、套管安裝
�。�1)套管的安裝要在墊層經過檢驗確認合格后方可進行,待復測基礎面標高達到設計標準后,在其上面進行測量放樣,檢測出井的中心點和管道中線,并按照其中心點和管道中線進行掛設管道邊線,從而就可以根據該邊線來控制管道的走向和高程。
(2）根據設計圖紙要求來選用預制管構件,并按照設計管道尺寸和質量要求對預制管進行驗收。用機械將預制管運輸到施工現(xiàn)場,再用汽車吊將其吊裝到基坑底部,最后由人工將管道就位和安裝。
�。�3）從下游向上游進行下管和安裝。要有專門的吊機下管時,要安排專門的人員進行現(xiàn)場指揮。低速輕放套管至溝底。（4)套管下管完成后,將其排好,再對線校正,在管底兩旁用石子楔穩(wěn),確保使其不移動,最后再復核一次流水高程,確定達到設計標準后方可進行接管工作。
4、直埋供熱管安裝
�。�1）直埋供熱管道的坡度最好是在2‰以上。在高處設置放氣閥,在低處設置放水閥。在干管直接引出分支管時,要按照相關規(guī)定,將固定墩或軸向補償器或彎管補償器設置在分支管上。
�。�2）直埋管道上的閥門要在管道的軸向荷載的承受范圍之內,一般選用鋼制閥門進行焊接連接。將補償器或固定墩設置在管道壁厚變化處,將固定墩設置在大管徑或壁厚較大的一側。
（3)管道焊接。采用手工電弧焊的焊接方法,并選派考試合格的有證焊工進行焊接。在焊接過程中,要按照公司編制的焊接工藝指導書和還焊接工藝評定報告進行,并且焊工在焊前要進行培訓。采用X型坡口雙面焊接工藝進行焊接,焊接層數有四層,即外部三層和內部一層。要詳細記錄實際施焊發(fā)生變化時的事項。
四、直埋供熱管道在施工工藝中應注意的問題
1、管材的選擇
由于地熱力管道在埋置時內壓通常都很低,致使內壓所引起的總體一次薄膜應力達不到允許值的50%。雖然很難發(fā)生直接爆破的破壞,但破壞多數是因為溫度應力引起的塑性疲勞而產生的破壞。因此,管材在選擇時,要主要考慮抗疲勞性能,例如:選用塑性較好且易焊接的材質。盡管軸向溫度應力不受管壁橫截面積的大小的影響,在壁厚增加時也不會降低管壁內的軸向應力。相反,固定墩的推力和過渡段的熱伸長量就會因其有增加的可能。故盡量選用較薄的規(guī)格的管壁。在實際施工中還要注意避免不同規(guī)格的管子混合使用。
2、線路的選擇
在直埋供熱管道線路的選擇上要主要要考慮兩點,一是要考慮便于施工、工程量小及與建筑、市政規(guī)格配合等因素,二是考慮要盡量降低管道上設置的補償器的數量。一般將直埋管道的補償器主要設置在如下:
(1)L型管段的兩端;
(2)直埋與地溝二者的連接處;
(3)管道分支兩端;
(4)干線閥門兩端。盡管后三種情況不影響線路走向,但第一種L型管段處的補償器的設置數量會密切關系到線路的走向。
結束語
總之，直埋敷設技術完全適合我國國情,尤其適合地下水位高或建筑密度大的城區(qū)新建和改建工程,供熱管道直埋技術是一種值得推廣應用的先進技術。
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