摘要：市政集中供热是我国北方城市冬季采暖的主要方式。随着热电联产供热形式的出现并迅速发展，其热源的供热能力、供热半径和管道管径不断突破，热水采暖管道的敷设方式也不断发展。为此，接下来的文章将对供热热水管道管廊无补偿敷设方式进行研究。
关键词：供热管道；无补偿；综合管廊
引言：
管道敷设方式又分为无补偿和有补偿方式。一般情况下，供热管道由于介质温度与安装温度存在较大温差，管道安装后会伸长，如果不做补偿措施，一旦管道承受的应力超过许用应力，有可能造成管道破裂等现象。但是当热水供热管道在管廊内敷设时，由于管道具有一定柔性，可以产生挠度，因此给无补偿敷设带来可行性。
一、热水管道敷设方式
（一）热水管道传统敷设方式
传统的热水管道敷设方式主要分为：地上架空敷设、地下管沟敷设和地下无沟敷设即直埋敷设二十世纪七十年代前，我国大多热水管道采用地沟及架空敷设，个别小管径管道也采用油布防护或填充矿渣棉、预制泡沫混凝土瓦块等保温材料的直埋敷设；八十年代，随着北欧管道直埋技术的引进，小管径管道虽由地沟、架空向直埋敷设方式发展，但大管径管道仍以架空或地沟敷设方式为主；九十年代中期至今，我国集中供热事业发展迅速，管网建设规模趋于大、中型化，管道无补偿直埋技术结合我国国情不断发展，日趋成熟，管网的敷设方式逐渐以无补偿直埋敷设为主。
（二）传统敷设方式的弊端与管廊热水管道敷设方式
地上架空敷设将管道安装于地面或附墙支架，是我国过去经常采用、较为经济的敷设方式。但同时也存在占地面积大、不美观、易受自然气候侵蚀、管道热损失大等缺点。尤其在发展较早的老工业区，架空管道保温管材质量差、管网运行温度高、工作环境恶劣、年久失修等问题突出，导致保温层脱落，管道腐蚀严重，事故频发。管道的地下敷设方式不影响市容和交通，在城镇集中供热发展中得到广泛采用。地沟敷设方式将管道敷设于地下围护构筑物中，受到地理环境影响，会造成地沟内常年或季节性积水，加大保温材料传热，并导致管道锈蚀。管道地下直埋敷设方式以管道安装为主，具有施工周期短，工程造价低，热损失小，防腐、绝缘性能好，使用寿命长等优点，在城镇集中供热管网敷设中得以大力推进。但随着我国社会经济的快速发展和城镇化进程的快速推进，城市地下工程管线的敷设问题日益突出，尤其是近年来大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件频发。目前，城市地下空间的开发和利用工作已全面展开，提出了建设城市地下综合管廊的战略决策。
二、供热热水管道管廊无补偿敷设系统设计方法
（一）管件的强度设计
直埋热水管网管件，如：弯头、异径管、三通、阀门等，可以产生疲劳破坏。管件的破坏取决于其本身结构和所连直管的热胀变形向该管件的转移。设计中可以采用如下方案解决：管件的结构要采用强度特性好的结构以降低应力；设置必要的固定墩，阻止热胀变形向管件的转移；局部设置有补偿方法，吸收热胀变形，减少热胀变形向管件的转移。
（二）施工及设备要求
鉴于无补偿直埋管道运行时轴向力较大，管道的连接必须保证焊接质量，管道焊缝要执行《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》一级焊缝验收，还要进行100%射线探伤，以确保焊缝质量。管道周围必须严格按照设计添砂，以减小土压力、消除应力集中。在弯头和三通附近宜加设垫片和加宽沟槽，以保证管道能够产生一定的侧向位移。另外，施工单位应根据设计单位提供的城市平面控制网点和城市水准网点的位置、编号、精度等级及其坐标和高程资料，准确确定设计线位和高程。
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三、管廊热水管道无补偿敷设存在的主要问题
（一）管道应力的计算
首先，直埋热水管道锚固段受土壤的嵌固作用，不存在横向弯曲变形，其轴向应力主要包括温度变化和内压引起的纵向应力作用，并不包括重力作用产生的弯曲正应力；而管廊热水管道轴向应力计算时，应综合考虑内压作用、温度作用及管道重力弯曲引起的弯曲应力与附加弯矩影响。其次，温度变化产生的热应力，对于直埋热水管道锚固段而言，为管道不发生屈曲时的最大温度应力。管廊热水管道架空敷设，管道自重的作用下发生弯曲，直管道位置降低，管道轴线有一定的伸长变形，产生新的弯曲应力及管道轴线长度增加而产生的拉伸应力，温度应力则由于弯曲段的横向位移有所减小。最后，与直埋热水管道锚固段相比，管廊热水管道内压轴向应力除泊松应力外，还包括内压作用由于管道弯曲而产生的纵向应力。
（二）稳定性验算
直埋热水管道由于土压力作用，管网温度变化时，热伸长受阻，产生轴向压应力，有向约束最弱区域推进的趋势．整体稳定性验算就是要保证管道周围覆土压力抵抗管道法向力不会向轴线法线方向凸出。管廊内长直热水管道受到管道支架约束，其整体稳定性验算则是要防止管道像“压杆”一样发生纵向屈曲。同时，大口径热水管道属于薄壁型空间结构，无论是直埋热水管道还是管廊内架空敷设的热水管道，在高轴向压应力的作用下，都有可能局部产生较大变形，发生局部屈曲失稳。此外，焊接定位偏差和其他尺寸及材料的偏差造成管道缺陷，也可导致管道纵向允许压应变的下降。但是直埋热水管道受到周围土壤的约束作用，管道变形比较均匀，应变局部积累的可能性较小；局部集中的塑性变形仅可能出现在承受高轴向压应力或截面有缺陷的部位。
四、管廊热水管道无补偿敷设术问题解决途径
（一）管廊热水管道敷设理论体系构建设想
直埋热水管道主要受到轴心压应力作用，考虑到管道实际敷设状况，可视为既存在残余应力又有初始几何缺陷的轴心受压构件。管廊热水管道无补偿架空敷设，受到重力载荷影响，同时，承受轴心压力和二阶弯矩作用。在轴心压力和管道弯矩的共同作用下，弯矩最大的截面边缘纤维开始屈服，进入弹塑性受力状态；随着轴心压力的增大，管道抗弯刚度降低，变形加快，附加弯矩增加。管廊热水管道敷设理论体系的建立应以压弯理论为基础，将管道视为实际压弯构件，对管道在弯矩作用平面内的稳定及弯矩作用平面外的弯扭屈曲问题进行研究分析。由于管道应力会随管道变形的发生而减小，对于温度载荷为主的热水管道，以管道应变为基础的非线性设计将更为合理。同时，采用有限元分析法进行数值模拟，与理论计算结果进行对比分析，修正计算公式，并进行管廊热水管道无补偿敷设应力分析试验，明确管道应力和应力集中点分布情况，为设计施工提出理论指导[2]。
（二）管廊热水管道敷设工程设想
能够承受供热管道热膨胀力作用的第一类管廊，热力舱室内各固定管墩均由同一管廊底板相连，此时，管廊类似于直埋管道的固定墩，可将供热管道由于内压力、外部荷载和热胀冷缩引起的力、力矩通过固定管墩传向管廊，再传向地下土壤。整个管廊类似无数个相连的固定墩，利用管廊自身结构来提供限制管道变形作用的外力，管廊和土壤的摩擦力无需达到管道推力的要求，无需额外增加和土壤的接触面积。
结论：
在我国热水管网的设计运行温度一般为130℃，在管廊里采用无补偿敷设具备可行性。热水管网管廊敷设应用无补偿技术，将极大程度地减少补偿器数量、减小管廊设备运输通道尺寸、缩短工期、节约投资、减少维修养护量，对集中供热的发展具有十分积极的现实意义。
参考文献：
［1］《城镇供热管网设计规范》（CJJ34－2010）．
［2］张贵学．低压热水管道无补偿直埋敷设[J]．煤炭技术，2018，27（5）：112－113．
论文作者:江鹏1,王磊2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/13
标签：管道论文; 应力论文; 热水论文; 方式论文; 弯矩论文; 管网论文; 作用论文; 《基层建设》2018年第21期论文;