1 引 言 目前熱力管網(wǎng)的直埋敷設(shè)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在許多供熱工程中，其主要原因是由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒有補(bǔ)償器固定墩，減少了系統(tǒng)中危險(xiǎn)點(diǎn)的數(shù)量，提高了安全；節(jié)約了工程資金；施工周期短，管道壽命長(zhǎng)；維護(hù)費(fèi)用低以及熱損失小且不影響地面環(huán)境外貌等優(yōu)點(diǎn)。-- 中冶東方工程技術(shù)有限公司 白 云

      2 直埋管網(wǎng)敷設(shè)方式
      直埋管網(wǎng)敷設(shè)方式簡(jiǎn)單的講有兩種，一種是有補(bǔ)償直埋敷設(shè)，另一種是無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)，還有一種是介于以上兩種方法之間，即供水管采用有補(bǔ)償直埋敷設(shè)，回水管采用無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)。無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)，改變了以往利用補(bǔ)償器來(lái)吸收管道的熱膨脹變形從而使管道應(yīng)力下降的模式，而是充分利用了鋼材本身的強(qiáng)度應(yīng)力特性，在降低應(yīng)力水平的前提下實(shí)施的一種方法。 
      東華熱電供熱管道設(shè)計(jì)則是集中了上述的敷設(shè)方式，即DN1000以上的供水管采用有補(bǔ)償直埋敷設(shè)（設(shè)置直埋套筒補(bǔ)償器），其余管道采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝直埋敷設(shè)方式。管網(wǎng)主干線全長(zhǎng)9.0km（單程），其中6.8km（單程）采用無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)方式。最大管徑DN1000，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，設(shè)計(jì)溫度130℃。
      3 直埋管網(wǎng)安裝方式
      直埋管網(wǎng)的安裝方式從有補(bǔ)償、預(yù)熱安裝發(fā)展為冷安裝方式。
      3.1 無(wú)補(bǔ)償冷安裝
      無(wú)補(bǔ)償冷安裝是指供熱管道的整體焊接溫度等于溝槽回填時(shí)的溫度，即管線焊接和溝槽回填等安裝過程都是在正常的環(huán)境溫度下進(jìn)行的。
      管道應(yīng)力驗(yàn)算采用分類法和安定性分析理論，設(shè)計(jì)中考慮各種載荷條件可能的組合，將應(yīng)力根據(jù)其起因、來(lái)源、作用范圍、性質(zhì)和危害程度不同進(jìn)行分類，采用不同的強(qiáng)度驗(yàn)算條件。 
      按照以上方法設(shè)計(jì)的直埋熱水管道，直管段通常可以不設(shè)補(bǔ)償裝置且不必預(yù)熱，管道焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態(tài)條件下進(jìn)行。在冷態(tài)的環(huán)境溫度下管道處于零應(yīng)力狀態(tài)，在運(yùn)行工況下熱應(yīng)力增大，但應(yīng)力變化范圍始終控制在允許值之內(nèi)。該設(shè)計(jì)方法在熱水管道直埋敷設(shè)中可以發(fā)揮明顯優(yōu)勢(shì)，利用溫度應(yīng)力具有自限性的特點(diǎn)，充分發(fā)揮管材的承載能力。
      3.2 預(yù)應(yīng)力方式 
      預(yù)應(yīng)力方式有敞開式預(yù)熱安裝和設(shè)置一次性補(bǔ)償器覆土后預(yù)熱兩種，在管道溫度升至預(yù)熱溫度時(shí)回填或焊接，在管道溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時(shí)，管道處于拉應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。由于一定量的熱脹變形提前釋放，管道在工作過程中壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均不超過鋼材的許用應(yīng)力。
      a.敞開式預(yù)熱安裝
      在覆土前，管道可以進(jìn)行敞開式預(yù)熱。由于沒有土壤摩擦力，管道的熱脹變形可以提前釋放，預(yù)熱溫度為管段內(nèi)平均應(yīng)力為零時(shí)的溫度。
      管道被加熱到預(yù)熱溫度時(shí)覆土后再冷卻，使管道達(dá)到一定的平均應(yīng)力水平。在首次運(yùn)行加熱移動(dòng)后，其管端的位移與冷安裝的位移大致相同，但避免了冷安裝在首次移動(dòng)時(shí)的較大位移。
      b.設(shè)置一次性補(bǔ)償器覆土后預(yù)熱 
      這種方法是在管道的直段部分，按計(jì)算的間距分段安裝一次性補(bǔ)償器，并僅在補(bǔ)償器附近的溝槽處敞口，其余溝槽回填。一次性補(bǔ)償器的補(bǔ)償量在預(yù)熱前調(diào)整為設(shè)計(jì)值，當(dāng)管道首次加熱使補(bǔ)償器的伸長(zhǎng)量到位后將一次性補(bǔ)償器焊接為整體，管道的熱脹變形得到了提前釋放。
      由于土壤摩擦力的作用，在兩個(gè)一次性補(bǔ)償器之間的局部應(yīng)力，將高于補(bǔ)償器處的應(yīng)力，然而，由于系統(tǒng)溫度的變化，在多次變化以后，應(yīng)力將均勻一致。
      3.3 無(wú)補(bǔ)償冷安裝與有補(bǔ)償和預(yù)熱方式的性能比較
      無(wú)補(bǔ)償冷安裝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
      a.安裝簡(jiǎn)單，施工周期短；
      b.減少固定墩和檢查井，占地少；
      c.管道不動(dòng)的錨固段較長(zhǎng)，管路附件少，維修管理工作量少，運(yùn)行安全可靠；
      d.管網(wǎng)停運(yùn)期間管道處于底應(yīng)力狀態(tài)，管道維修施工和分支安裝不必采取特殊措施；
      e.投資少，無(wú)預(yù)熱或額外補(bǔ)償裝置所需要的費(fèi)用。
      缺點(diǎn)： 錨固段中管道軸向力較大，管路附件（如三通等）要求強(qiáng)度較大。

      4 直埋無(wú)補(bǔ)償冷安裝在設(shè)計(jì)及施工中的關(guān)鍵點(diǎn)
      直埋無(wú)補(bǔ)償冷安裝供熱管道在設(shè)計(jì)中除按照規(guī)程進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，同時(shí)還應(yīng)采取相應(yīng)的措施來(lái)避免出現(xiàn)整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)和橢圓化變形。
      4.1 管材要求
      a.采用鋼管、保溫層和外護(hù)層緊密結(jié)合的整體式預(yù)制保溫結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼管內(nèi)熱水的溫度變化時(shí)，整個(gè)保溫管將一起伸長(zhǎng)或收縮，保溫結(jié)構(gòu)層間不能發(fā)生滑動(dòng)；保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)具有傳遞剪切力的能力，鋼管、保護(hù)層和外護(hù)層互相之間應(yīng)有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度；保溫管和外護(hù)層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，能夠抵抗土壤的壓力，尤其在管道轉(zhuǎn)彎及分支等變形部位土壤壓力較大；保溫管外護(hù)層必須具有良好的防水功能，現(xiàn)場(chǎng)接頭施工必須保證封閉嚴(yán)密。一旦保溫層進(jìn)水，會(huì)造成鋼管腐蝕和整體式保溫結(jié)構(gòu)的破壞；保溫管抗老化性能應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在管網(wǎng)整個(gè)壽命期內(nèi)應(yīng)保證保溫結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；保溫層應(yīng)具有良好的絕熱性能，除滿足管網(wǎng)熱損失的要求外，還應(yīng)滿足外護(hù)層使用溫度的要求。基于上述技術(shù)要求，東華供熱管道采用高密度聚乙烯預(yù)制保溫管及耐高溫的聚氨酯保溫材料。這種預(yù)制保溫管是采用“一步法”在對(duì)高密度聚乙烯外護(hù)層進(jìn)行了電暈處理、鋼管外表面進(jìn)行拋丸處理后，立即進(jìn)入聚氨酯發(fā)泡工位，聚氨酯泡沫塑料與高密度聚乙烯在很短時(shí)間內(nèi)親合地粘結(jié)在一起，保證了工作鋼管、聚氨脂泡沫塑料保溫層和高密度聚乙烯外護(hù)管緊密地連接成一個(gè)“三位一體”的結(jié)構(gòu)。當(dāng)管道溫度變化時(shí)，鋼管的熱脹冷縮變形可以通過保溫層傳到外護(hù)管，使外護(hù)管與周圍回填土之間發(fā)生滑動(dòng)，同時(shí)外護(hù)管上的土壤摩擦阻力又通過保溫層限制鋼管的熱脹冷縮變形。
      c.三通要加固。據(jù)北京煤氣熱力設(shè)計(jì)院測(cè)試結(jié)果為，材質(zhì)為A3的?準(zhǔn)529×8的等徑焊接三通在內(nèi)壓P=1.4MPa時(shí)，僅能承受40KN軸向推力，而直埋管道有可能出現(xiàn)2500KN左右的軸向荷載。因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)，三通管應(yīng)分不同管徑進(jìn)行特殊加固。在大口徑直埋管道上設(shè)置的三通采用帶加強(qiáng)板的三通。在三通支管上設(shè)置Z型彎來(lái)降低三通處的應(yīng)力， 
      Z型彎距主管的距離為10～15m。在部分三通支管管徑較小時(shí)，也采用了平行三通的布置方法。
      4.2 設(shè)計(jì)要求
      a. 針對(duì)市區(qū)地下敷設(shè)的管道易產(chǎn)生折角的現(xiàn)象，在管道布置中將大折角分解為幾個(gè)小角度折角進(jìn)行敷設(shè)。對(duì)于相距較近的折角，由于將其分解為小折角會(huì)很困難，則采用大彎曲半徑的彎管來(lái)代替大折角，從而避免了折角處有預(yù)應(yīng)力集中而產(chǎn)生低循環(huán)疲勞破壞或局部失穩(wěn)破壞。
      b.使用大彎曲半徑的彎頭，所有直埋管道大口徑彎頭的彎曲半徑不小于2.5倍公稱直徑。彎頭的壁厚比相同管徑的鋼管壁厚多2mm。
      4.3.焊接及檢驗(yàn)要求
      現(xiàn)場(chǎng)焊接應(yīng)保證焊透，管徑大于或等于DN400的鋼管及管件焊接應(yīng)采用氬弧焊打底，并采用雙面焊。

      5 結(jié)論： 直埋敷設(shè)應(yīng)優(yōu)先采用無(wú)補(bǔ)償敷設(shè)方式，減少補(bǔ)償器和固定墩的設(shè)置，以減少管網(wǎng)的投資和出現(xiàn)事故的概率；安裝時(shí)優(yōu)先采用冷安裝方式，避免預(yù)應(yīng)力方式帶來(lái)的工程投資和施工難度；無(wú)補(bǔ)償冷安裝敷設(shè)方式采用先進(jìn)的應(yīng)力分析法，已得到國(guó)內(nèi)外供熱界的普遍承認(rèn)，而且事實(shí)證明無(wú)補(bǔ)償冷安裝技術(shù)是完全可以保證供熱管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。