摘要：随着城市的发展，在不同的地质条件和使用环境下，不同的管道敷设方式有着不同的特点，每种敷设方式均有着其自身的优缺点，直埋管道以其节约投资、占地少、施工周期短、热损失小、使用寿命长和维修小等优点，在城市集中供热管网上大量使用。但由于管道直埋于土壤中，受周围土壤的约束，使直埋管道的温度应力远远大于地沟或架空敷设的管道，故直埋管网设计应采用不同的设计方法。本文就简单的分析了直埋管道的设计方法与施工技术的应用。
关键词：热力管道；技术；应用
一、直埋管道的设计方法
1、直埋管道作用特点及破坏方式
由于土壤的均匀支撑，使管道自重可忽略不计。而由于热网管道的公称壁厚远远大于介质压力所需的设计壁厚，也使内压应力远远小于管材的屈服应力。因此，在直埋管道中，自重和内压等力作用的影响相对较小。另一方面，由于土壤的约束，直管段的热胀变形不能自由释放，在温度变化时形成的温度应力可能产生循环塑性变形，在运行温度下形成的升温轴向压力可能引起失稳，而直管段的热胀变形，向三通、弯头和折角等薄弱部件的转移还会导致疲劳破坏，向阀门的转移还会导致阀门破坏。因此。在直埋管道中，温度对管道强度的影响较大。
对于管径不大于DN500的直埋热网，一般存在下面几种破坏方式：
（1）直管段的循环塑性破坏和整体失稳破坏；
（2）三通、弯头、折角和大小头以及阀门等薄弱部件产生的破坏。
强度设计就是采用适当的设计方法，防止上述破坏发生，保证管道安全经济地运行。
2、直管的设计方法
（1）防止循环塑性破坏的设计方法
管道温度在工作循环最高温度与最低温度间变化时所产生的应力变化是循环塑性破坏的起因。由于应力变化与安装温度无关，故预应力安装不解决冷安装循环塑性破坏的问题。
当锚固状态的直管段满足安定性条件时。允许无补偿管段存在，这当然包括冷安装无补偿管段。否则，只能在该直管段中按一定间距设置补偿装置，使管道变成有补偿管段。
（2）防止整体失稳破坏的设计方法
管道温度从安装温度升高到管道工作循环最高温度时所产生的升温轴向压力是整体失稳破坏的起因。在冷安装条件下，当锚固状态的直管段满足稳定性条件时，将允许冷安装无补偿管段存在。否则，应采取下列措施：
增加覆土深度，增大阻止失稳的反力；
采用预应力安装方式（预热或设置一次性补偿器），降低热胀变形的大小；
设置补偿装置，释放吸收热胀变形。
（3）直管设计一般规律
一般地讲，运行温度不高于130℃、埋深在1m以下、管径不大于DN500的热网，从直管强度的角度，冷安装无补偿管段在强度上是没有问题的。但是，从保护薄弱部件以及减小固定墩推力的角度，往往还要在局部管段设置补偿装置。
3、防止薄弱部件破坏的设计方法
（1）薄弱部件的结构尺寸设计
从管道部件本身角度讲，采用应力集中程度小的结构，以降低峰值应力：
使用增加壁厚或采用加强板的三通；
采用大弯曲半径或壁厚增加的弯头；
用大弯曲半径的曲管或多个应力集中程度小的小折角代替一个大折角；
④用U型弯管代替15°-17°的折角或弯头；
⑤用多个逐级变化的大小头代替一个管径变化较大的大小头；
⑥使用强度特性好的钢制焊接阀门等。
（2）设置固定墩的方法
从管道布置上，可通过设置固定墩，来阻止热胀变形向应力集中的部件转移；
在弯管的弯臂上设置固定墩；
在三通的支管上设置固定墩；
在折角、大小头、阀门及三通主管附近的直管上设置固定墩，限制直管的热胀变形向这些部件的转移等。
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（3）局部的有补偿方法
从管道布置上，也可通过设置补偿装置，来吸收热胀变形向应力集中的部件转移。补偿装置可以是波纹管补偿器，也可是利用管线的走向形成弯管补偿器：
在弯管的弯臂上设置补偿装置；
在三通的支管上设置补偿装置；
在折角、大小头、阀门及三通主管附近的直管上设置补偿装置等。
二、直埋管道施工
1、施工准备阶段
全面熟悉施工图纸、资料和有关文件，参加业主组织的设计交底和图纸会审，注意设计与现场是否一致、图纸尺寸、高程、工程量等有无差错、遗漏和矛盾，并作好记录。同时，根据设计文件、现场条件、各工程的施工程序及相互关系、工期要求以及有关定额等在工程正式开工前编制详尽的施工方案。
2、施工阶段
管道安装流程为：沟槽开挖→基础施工→接口工作坑开挖→管道的安装、连接→阀门及补偿器的安装→灌水浸泡→管道试压→冲洗、消毒→回填。
（1）沟槽开挖
沟槽开挖的关键是确定开挖宽度。确定槽底最小开挖宽度，根据槽深及开挖坡度确定上口开挖宽度。沟底土基要保证其强度和稳定性，机械开挖到底时预留20cm采用人工开挖，沟槽开挖时应选择一侧堆土，以保证回填用土，余土直接外弃。
（2）基础施工
土方开挖到设计高程后，打腰桩测量整平原土夯实，经监理工程师检查合格后再铺设砂垫层，砂垫层铺设检查合格后方可进行管道安装。
（3）开挖接口工作坑
为方便接口施工，按每根管材长度确定工作坑开挖位置。
（4）管道安装
首先根据设备及管件的位置进行排管，并将每根钢管的具体长度在现场测量好，标注排列位置和具体尺寸。采用吊车下管，下管过程中用尼龙吊带进行吊装，下管之前对每根管子再次进行目视检查，以防把不合格的管子下入沟内。机械下管时距沟缘应大于2.5m，在每根管子下沟前清除管内杂物。
（5）管道连接
直埋敷设管道的直管段，要特别注意管道轴线的位置正确，管道坡度、供回水管间距、折点、附件的位置都应符合设计规定。在管子对口前，应先找好管口，这样能使对口焊接的管道直顺，避免发生坡度不一、管道折曲等现象。
（6）阀门及补偿器的安装
安全阀安装时应注意其垂直度。在管道弯曲部件的转角大于150°时，可以选择自然补偿装置，其拐弯处不应用法兰连接，最好的连接方式为焊接。当热管段弯曲部件补偿能力不足时，应在管道中设置补偿装置。根据补偿器的补偿能力，采用固定支架划分段落，在每段管道设置一个补偿器，通过补偿器来抵耗管道的热胀冷缩，防止产生应力。
（7）灌水浸泡
管道灌水浸泡时间不少于48 h，在灌水浸泡时随时检查预留口、管接口是否渗水、漏水。如发现渗水、漏水，应及时处理。
（8）管道试压、冲洗、消毒
试压。通过增加管内水压，对管道的强度和严密性进行检查。
冲洗。为保证管道清洁，需要对刚安装好的管道进行冲洗消毒，消除无机以及有机杂质。
消毒。一般采用含氯水浸泡的方法进行管道消毒。含氯水应该充满整个管道，氯离子浓度不应低于20mg/L。管道被灌注含氯水后，把所有阀门关闭，再浸泡24h，冲洗到水质取样化验合格为止。
（9）回填
在管基混凝土和接口养生期满，经水压试验合格后才能进行土方回填。
综上所述，施工是设计成果的最终展现方式，所以，施工的质量将会直接影响到管线的使用寿命和节能效果。无论热力管道设计为哪种敷设方式，施工单位都必须严格按照设计图纸和相关规范进行施工和管理，要严把质量关，要重视管线的施工质量。
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[3]张海春，刘小东.热力管道非开挖定向穿越施工技术的应用[J].工程建设与设计，2010（03）
论文作者:韩耀星
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/20
标签：管道论文; 应力论文; 部件论文; 装置论文; 阀门论文; 方法论文; 温度论文; 《基层建设》2018年第17期论文;