摘要：直埋供热管道的设计要按照《城镇直埋供热管道工程技术规程》的条文规定来执行。本文简要的分析了直埋供热管道的设计、施工，以供参考。
关键词：直埋；供热管道；设计
1设备安装、材料说明
近年来，在供热外网工程中普遍采用直埋供热管道，直埋敷设方法同传统的地沟敷设方法相比具有占地少、施工周期短、维护量小、寿命长等诸多优点，近些年来预制保温管施工技术也有了很大的发展，已颁布的《城镇直埋供热管道工程技术规程》标志着直埋技术在我国已经趋于成熟，因此，在供热管道的施工中，直埋敷设越来越多地被采用。
（1）供热管线采用钢管，外管道连接均采用焊管；阀门与管材采用法兰连接。材料供应方式：主材及配件均由业主供应，施工单位只负责安装。
（2）材料进场：进场的所有材料均分类堆放整齐。钢管、水泥，底部均设垫木，砂石 料底部进行平整后铺垫红砖，配件及零星材料均堆放在库房的架了上，对场地精心布局、合理使用，材料现场应保持清洁，归类整齐，并有排水设施，为保持现场环境清洁，所有拉运材料的车辆均加以覆盖，避免在置办期间管道内进入杂物，造成施工完毕后清扫不便，也避免了抛撒和爆灰，影响当地居民的正常生活。
2材料设备验收
管材、管件及设备运至现场后，必须由材料员（质检员配合）逐根、逐件的检查外保温层、防腐层及管口椭圆度、壁厚等质量指标并做好标记记录，检验记录包括验收项目，标准、结果、检验人和检验日期，不合格品不准使用。管材管件设备进场后，应备有合格证、材质单无产品合格证的不能接收。
3管材的运输与储存
供热管材管件均有规格、生产厂的厂名和执行的标准号，在管件上有明显的商标和规格，并符合 GB/T29047-2012 标准的规定，管材管件具体要求指标如下：管材应水平堆放在平整的地面上，不得不规则堆放。当用支垫物支垫时，支垫宽度不得小于75mm，其间距不得大于 1m，外悬的端部不宜大于500mm。管材储存时，摆放应平整，撂放高度不超过2米。管材在运输时及装卸过程中，禁止剧烈撞击抛掷。管材运输时，管与管之间需留有一定的间隙，层与层之间用垫木隔开，并且高度不超过2米。在管材运输过程中，保证管壁不受损伤前提下不同直径的管材允许套装。管材与管件在运输、装卸和搬运时应采用不小于50mm的吊装带轻放，不得抛、摔、拖。
4《城镇直埋供热管道工程技术规程》规程适用条件
《城镇直埋供热管道工程技术规程》适用于供热介质温度≤150℃、公称直径≤DN500的钢制内管、保温层、保护外壳结合为一体的预制保温直埋热水管道。这里对适用条件提出了两个界限，即温度界限和管径界限。在规程总则的条文说明中给出了详细的解释，温度条件是设计热网经济性和安全性的重要参数，针对的是预制保温管的保温材料耐温能力、使用寿命，另外根据现有理论在强度方面这个温度也是安全的；采用管径界限是因为规程中在强度计算、管道热伸长计算中对荷载做了简化，对小管径误差不大，对大管径而言计算结果会有较大偏差，是不安全的。在使用本规程时必须满足其适用条件。
5直埋敷设方式
直埋敷设分有补偿敷设和无补偿敷设两种。无补偿敷设具有投资省、工期短和施工简便的优点；有补偿敷设相对于无补偿敷设来说，投资较大、占地较多、工期较长、施工较复杂。因此在满足管网安全的前提下，要优先采用无补偿敷设方式，近几年来在工程实践中应用的越来越多。
6管网的布置与敷设
在确定了各单体建筑的入口之后，结合管网综合图来布置管线，满足热力管道与其他管线的间距要求。管网的其他要求如管道覆土深度、排气泄水、分支管三通弯头的保护、阀门附件的要求等详见规程中的具体要求。
规程中明确提出，应力验算采用目前国内外先进的应力分类法。应力分类法是将管道上的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力三类，并采用相应的应力验算条件。
一次应力：是由管道内压及持续外载产生的应力（力作用）。当应力达到甚至超过屈服极限时，管道将产生较大变形甚至破坏。这种应力是非自限性的，应力验算采用弹性分析或极限分析。
二次应力：是由于管道热胀冷缩等变形受约束而产生的应力（位移作用）。当部分材料超过屈服极限时，由于产生小量的塑性变形，变形协调得到满足，变形就不再继续发展。它具有自限的特点，采用安定性分析。
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峰值应力：指管道或附件（如三通等）由于局部结构不连续或局部热应力效应而产生的应力增量。它的特点是不引起显著的变形，是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因，必须根据管道整个使用期限所受的循环荷载进行疲劳分析。但对低循环次数的供热管道，对在管道上出现峰值应力的三通、弯头等局部应力集中处，可采用简化公式，计入应力加强系数进行应力计算。
在计算中，直埋供热管道的一次应力的当量应力不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力；二次应力及一次应力的当量应力变化范围不应大于钢材在计算温度下基本许用应力的三倍；管道局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于钢材在计算温度下基本许用应力的三倍。
根据安定性理论，当直管段的当量应力变化范围满足下列表达式的要求时，管系中允许有锚固段存在：
бj=（1-v）бt-αE（t2-t1）≤3[б]
式中бj——内压、热胀应力的当量应力变化范围，MPa；
v——钢材的泊松系数；
бt——管道内压引起的环向应力，MPa；
α——钢材的线膨胀系数，m/m？℃；
E——钢材的弹性模量，MPa；
t2——管道工作循环最低温度，℃；
t1——管道工作循环最高温度，℃；
[σ]——钢材在计算温度下的基本许用应力，MPa。
例如：当t1=115℃、t2=10℃、管道设计压力P=1.4MPa时，Φ529×9管道和Φ89×3.5管道的当量应力变化范围分别为285.84MPa和267.68MPa，而Q235-A钢管的基本许用应力的三倍为375MPa。因此，满足这个验算条件的直管段在布置时的长度是不受限制的，也就是允许管道存在锚固段，即完全可以无补偿。当不能满足这个验算条件时，则管道必须全部布置成过渡段，过渡段的最大允许长度按规程的相关公式计算，此时管网采用有补偿敷设方式。
7直埋供热管道保温结构及性能
直埋供热管道由钢制内管、保温层和保护外壳结合为一体，保温层和保护外壳组成保温结构。直埋供热管道保温结构除具有管道保温的功能外，还具有传递力、抵抗土壤压迫的功能。保温层和外壳必须具有足够的强度以克服土壤对管壳在管道径向产生的压力和管道在土壤中横向位移时土壤对管壳的挤压，保证保温结构形状完整，因此规程中要求保温层的抗压强度≥200kPa。
外壳、保温层和钢管相互之间的粘结强度也是保证保温结构完整所必须的。直埋供热管道的保温层需要能传递剪切力，以克服管道轴向位移时土壤对管道外壳的摩擦力。单位长度直埋敷设预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力，按下式计算：
F=πρgμ（H+Dc/2）Dc
式中F——轴线方向每米管道的摩擦力，N/m；
ρ——土壤密度，kg/m3；
g——重力加速度，9.81m2/s；
μ——土壤与管壳之间摩擦系数；
H——管顶覆土深度，当H>1.5m时，取1.5m；
Dc——管外壳直径，mm。
外壳与保温层粘结的牢固程度以及保温层与内钢管粘结的牢固程度都应证传递轴向剪切力，其剪切强度为：
τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）
式中Fmax——土壤与管壳最大摩擦力，N/m；
μmax——土壤与管壳之间最大摩擦系数。
例如：对DN20保温管保温层与内钢管表面粘结抗剪强度必须大于37.2kPa。对于DN500保温管外壳与内保温层粘结抗剪强度要大于13.6kPa。因此，规程中要求直埋供热管道的保温层剪切强度（含与内管和外壳粘结≥120kPa。
结束语
城镇直埋供热管道敷设方式同传统的地沟敷设相比具有占地少、施工周期短、维护量小、寿命长等诸多优点，非常适合城市建设的要求，随着《城镇直埋供热管道工程技术规程》（以下简称为规程）的发布，技术已经很成熟，实际运用也越来越广泛。
参考文献
[1]吴海棠. 直埋供热管道设计浅析[J]. 科技致富向导，2013（17）.
[2]王刚，徐莹. 浅谈弧形管在直埋供热管道设计中的应用[J]. 应用科技，2013（3）：63-66.
[3]吴江山. 浅谈城镇直埋供热管道的设计施工[J]. 中国新技术新产品，2013（4）：170-170.
论文作者:刘欣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/11
标签：应力论文; 管道论文; 规程论文; 管材论文; 外壳论文; 土壤论文; 当量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;