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摘要：直埋供热管道铺设方式占地小、周期短、维护简单、投资小，这些特点满足了城市建设的需要。本文详细阐述了城镇直埋供热管道的设计施工内容。
关键词：供热管道；直埋；设计；施工
中图分类号：TU7文献标识码： A 文章编号：
引言
直埋敷设方式越来越广泛的应用于供热管道的敷设，随着直埋敷设技术的不断发展,要求设计者采用更为合理、全面的受力设计方法，促进直埋敷设技术的发展。
一、城镇供热管道设计
1、直埋供热管道的应力
对于直埋管道来说无论其管径多大，管道所产生的应力主要是管内介质的内压力和管道发生轴向位移时的土壤轴向摩擦力，还有管道发生侧向位移时的土壤侧向压缩反力。内压力所产生的一次应力和土壤侧向压缩反力引起的管道二次应力的计算方法按照现有的《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）进行计算，但土壤轴向摩擦力引起的一次应力在现有的《规程》中忽略了管道本身自重的影响，这在小口径直埋管道强度计算中是没有问题的，但对于大口径直埋管道由于管道本身自重大，当管道发生轴向位移时，由自重产生的管道与土壤之间摩擦力不可忽略。摩擦力的计算公式中应当考虑管道自重这一项，即：
ｆ=μ[πρg(H+Dw/2)Dw+G]
其中：ｆ—轴线方向每米管道的摩擦力，N／m；
μ—外管壳与土壤的摩擦系数；
ρ—土壤密度，kg／m3，一般砂土取1800kg／m3；
g—重力加速度，m／s2；
H—管顶覆土深度，m；
Dw—预制保温管外壳的外径，m；
G—每米预制保温管的满水重量，N／m。
管道轴向应力：σZ=F／A
σZ—管道轴向应力，MPa；
F—管道轴向力，N；
对于处在过渡段的管道F=ｆ·L，
L—过渡段长度，m；
A—钢管管壁横截面积，mm2。
通过计算，对于DN1000的预制保温管埋深在1.2～1.5米时，由管道自重引起的轴向应力约占上式计算轴向应力的10%左右。
2、過渡段长度计算
当直管段两端补偿装置间距大于过渡段极限长度（最大摩擦长度）两倍时，在两（自然）锚固点之间会形成一无补偿管段（自然锚固段）；当补偿装置间距小于等于两倍过渡段长度时，以驻点为界分为两个过渡段（有补偿段）。无补偿冷安装直埋敷设的条件：
根据弹性理论分析（σeq≤1.35[σ]），只要安装温差不大于弹性温差，就允许直管段不安装补偿器而进行无补偿直埋敷设，管道在弹性状态下运行。换言之，当安装温差大于弹性温差时，直管段中不允许存在锚固段，必须安装补偿器，设置补偿器的最大间距即为管道存在锚固段时过渡段长度的两倍。过渡段长度可以根据存在锚固段时驻点处轴向应力以及单长摩擦力求出。
上述弹性温差（58.0~67.4℃）与管道工作压力（1.0~2.5Mpa）、公称直径（DN40~1000）有关。供热管网安装温度按10℃计算，设计供水温度一般均大于80℃，回水温度均小于80℃，因此，无论一二次网，直埋管供水管均需安装补偿装置，回水管可考虑无补偿敷设。
根据弹塑性理论分析（σeq≤3[σ]），当量应力小于两倍屈服极限，引入安全系数后，用三倍许用应力代替。基于安定分析的弹性温差（121.0~149.3℃）也提高许多，这样，即使供水温度高达140℃，冷安装也可采用直线段无补偿直埋敷设。但是，正因为采用了相当高的应力验算值，需要对三通、弯头等应力集中的局部管件必要时采取加强措施。基于弹塑性理论分析，与弹性理论类似，当安装温差大于弹性温差时，直管段中不允许存在锚固段，必须安装补偿器。事实上，对于130℃，1.6MPa的直埋管是允许存在锚固段的。
按照安定分析方法，在计算热伸长时必须先确定管道的屈服温度，当安装温差小于屈服温度时，伸长量仍按弹性分析方法计算；当安装温差大于屈服温差且小于弹性温差时，管道允许进入屈服阶段，伸长量计算还需知道过渡段长度。过渡段长度是判断管道是否出现锚固段的分界点。当安装长度小于过渡段时，即使超过屈服温差，伸长量仍按弹性管段计算；当安装长度大于过渡段时，长度大于过渡段的管段处于锚固状态（屈服状态），其余部分产生塑性变形。也正是由于改塑性变形的存在，在管道再次进入温度循环过程时就已经存在一定的预应力，管道此后不再进入屈服，此时伸长量会减少一定长度（由于屈服被压缩的量）。同样地分析，当安装温差大于弹性温差时，管道不允许进入锚固状态。管道的安装长度应小于存在锚固段时的过渡段长度。
3、关于固定支架设置原则
当直管段两端同为（普通）补偿器或弯管补偿时，直管段上可不设固定墩；一端为补偿器，一端为补偿弯管，当补偿器至弯管的摩擦力大于流体作用于弯管的内压推力（盲板力）时可不设固定墩，否则应在固定点处设置固定墩。
二、施工方法
1、安装
对于供热管道而言，其发生的热应力会通过膨胀变形而释放，但是这样的释放方式是不能完全对应力进行消除的，所以，在安装的时候需要考虑必要的方式去对管道内的热应力进行释放，这就可以通过安装方式进行调整，首先，是对于膨胀出现的变形量的改变，通过这种大小的改变以及形变对于热应力的释放，相应的对应力水平进行调整。在这方面上，零应力同变形量都和温度有关，温度在零应力状态下的提高会对变形产生直接降低的影响。
1.1无补偿的冷安装方式
无补偿的冷安装是在供热管道的安装中经常会遇到的问题，在回填处理的时候，对于预应力不进行补偿和处理，管道一般都会在温度出现变化是保持锚固的形态。这种方式是最经济以及最简单的安装方式，但是其会承受很大的管道应立，这是运行工况中无法避免的。因此，采用这种方式对管道进行安装的前提是强度条件可以得到满足。
1.2补偿的安装方式
所谓的补偿就是通过弯管补偿器等设备对管道的形变以及应力产生的不利影响进行补偿消除，管道在补偿装置附近的管段会处于欢动状态。无论是弯管式的补偿器还是波纹管式的补偿器的安装都会对管道的施工项目增加投资量，而且在波纹管式的补偿装置中国，必须要添加一些事故点。所以，对于整个管网的设计和施工，有补偿式的安装方法只能够在局部进行设计施行，这样是出于经济和安全性的考虑。
1.3预应力的安装方式
在预应力的基础上进行安装本质上就是通过对安装温度的改变，以改变管道的环境，使得管道在安装时的温度和预热时的温度相等，此时管道的应力就可以为零了。预应力的产生是在管道的温度与环境温度相等时出现的效果。预热以及一次性补偿器都是对预应力安装实现的办法，首先，预应力效果是在回填前进行，加热后直接回填就会使得管道上直接出现预应力的效果。在使用这种方式的时候，预热的热源应当予以保障，并且管沟需要敞口，这个需要现场的条件予以允许。其次，是使用一次性的补偿设备，这种方式下，管道安装之后就可以回填。并且在补偿段补偿器的焊接是在首次加热后管段膨胀到了自由变形量后劲性的。温度变化多次后，应力可以均匀的分布，这时候预应力的效果就可以达到了。采用一次性补偿器的方式，不需要预热热源，并且只需补偿器附近的管沟敞口，但是增加了一次性补偿器的费用。
2、直埋供热管道的布置和敷设
2.1管材的选择
埋地热力管道内压一般都很低，由内压引起的总体一次薄膜应力不足允许值的50％。发生直接爆破破坏的可能性很小，破坏的最大可能是由温度应力引起的塑性疲劳破坏。
2.2管道的布置
直埋供热管道穿越河底的覆土深度应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定。直埋供热管道上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。直埋供热管道变径处(大小头)或壁厚变化处，应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。直埋供热管道的补偿器，变径管等管件应采用焊接连接。
2.3管道的敷设
直埋供热管道的高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。管道应利用转角自然补偿，分支点至轴向补偿器或弯管的距离不宜大于20m，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。
结束语
供热管道中采用直埋敷设有不可比拟的优越性，具有显著的社会效益、经济效益、节能效益。但是在设计、施工以及运行管理中须按照直埋管道技术规程的要求严格执行，这些是集中供热管网直埋敷设得以实现其有点的有力保证。
参考文献
[1]陈永强,王树鹏,刘明伟,王冉.供热管道直埋敷设技术探讨[J].科技创新导报.2008.
[2]赵晓刚.直埋供热管网工程设计两种计算方法对比分析[J].山西建筑.2010.
关键词：供热管道；直埋；设计；施工
中图分类号：TU7文献标识码： A 文章编号：
引言
直埋敷设方式越来越广泛的应用于供热管道的敷设，随着直埋敷设技术的不断发展,要求设计者采用更为合理、全面的受力设计方法，促进直埋敷设技术的发展。
一、城镇供热管道设计
1、直埋供热管道的应力
对于直埋管道来说无论其管径多大，管道所产生的应力主要是管内介质的内压力和管道发生轴向位移时的土壤轴向摩擦力，还有管道发生侧向位移时的土壤侧向压缩反力。内压力所产生的一次应力和土壤侧向压缩反力引起的管道二次应力的计算方法按照现有的《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）进行计算，但土壤轴向摩擦力引起的一次应力在现有的《规程》中忽略了管道本身自重的影响，这在小口径直埋管道强度计算中是没有问题的，但对于大口径直埋管道由于管道本身自重大，当管道发生轴向位移时，由自重产生的管道与土壤之间摩擦力不可忽略。摩擦力的计算公式中应当考虑管道自重这一项，即：
ｆ=μ[πρg(H+Dw/2)Dw+G]
其中：ｆ—轴线方向每米管道的摩擦力，N／m；
μ—外管壳与土壤的摩擦系数；
ρ—土壤密度，kg／m3，一般砂土取1800kg／m3；
g—重力加速度，m／s2；
H—管顶覆土深度，m；
Dw—预制保温管外壳的外径，m；
G—每米预制保温管的满水重量，N／m。
管道轴向应力：σZ=F／A
σZ—管道轴向应力，MPa；
F—管道轴向力，N；
对于处在过渡段的管道F=ｆ·L，
L—过渡段长度，m；
A—钢管管壁横截面积，mm2。
通过计算，对于DN1000的预制保温管埋深在1.2～1.5米时，由管道自重引起的轴向应力约占上式计算轴向应力的10%左右。
2、過渡段长度计算
当直管段两端补偿装置间距大于过渡段极限长度（最大摩擦长度）两倍时，在两（自然）锚固点之间会形成一无补偿管段（自然锚固段）；当补偿装置间距小于等于两倍过渡段长度时，以驻点为界分为两个过渡段（有补偿段）。无补偿冷安装直埋敷设的条件：
根据弹性理论分析（σeq≤1.35[σ]），只要安装温差不大于弹性温差，就允许直管段不安装补偿器而进行无补偿直埋敷设，管道在弹性状态下运行。换言之，当安装温差大于弹性温差时，直管段中不允许存在锚固段，必须安装补偿器，设置补偿器的最大间距即为管道存在锚固段时过渡段长度的两倍。过渡段长度可以根据存在锚固段时驻点处轴向应力以及单长摩擦力求出。
上述弹性温差（58.0~67.4℃）与管道工作压力（1.0~2.5Mpa）、公称直径（DN40~1000）有关。供热管网安装温度按10℃计算，设计供水温度一般均大于80℃，回水温度均小于80℃，因此，无论一二次网，直埋管供水管均需安装补偿装置，回水管可考虑无补偿敷设。
根据弹塑性理论分析（σeq≤3[σ]），当量应力小于两倍屈服极限，引入安全系数后，用三倍许用应力代替。基于安定分析的弹性温差（121.0~149.3℃）也提高许多，这样，即使供水温度高达140℃，冷安装也可采用直线段无补偿直埋敷设。但是，正因为采用了相当高的应力验算值，需要对三通、弯头等应力集中的局部管件必要时采取加强措施。基于弹塑性理论分析，与弹性理论类似，当安装温差大于弹性温差时，直管段中不允许存在锚固段，必须安装补偿器。事实上，对于130℃，1.6MPa的直埋管是允许存在锚固段的。
按照安定分析方法，在计算热伸长时必须先确定管道的屈服温度，当安装温差小于屈服温度时，伸长量仍按弹性分析方法计算；当安装温差大于屈服温差且小于弹性温差时，管道允许进入屈服阶段，伸长量计算还需知道过渡段长度。过渡段长度是判断管道是否出现锚固段的分界点。当安装长度小于过渡段时，即使超过屈服温差，伸长量仍按弹性管段计算；当安装长度大于过渡段时，长度大于过渡段的管段处于锚固状态（屈服状态），其余部分产生塑性变形。也正是由于改塑性变形的存在，在管道再次进入温度循环过程时就已经存在一定的预应力，管道此后不再进入屈服，此时伸长量会减少一定长度（由于屈服被压缩的量）。同样地分析，当安装温差大于弹性温差时，管道不允许进入锚固状态。管道的安装长度应小于存在锚固段时的过渡段长度。
3、关于固定支架设置原则
当直管段两端同为（普通）补偿器或弯管补偿时，直管段上可不设固定墩；一端为补偿器，一端为补偿弯管，当补偿器至弯管的摩擦力大于流体作用于弯管的内压推力（盲板力）时可不设固定墩，否则应在固定点处设置固定墩。
二、施工方法
1、安装
对于供热管道而言，其发生的热应力会通过膨胀变形而释放，但是这样的释放方式是不能完全对应力进行消除的，所以，在安装的时候需要考虑必要的方式去对管道内的热应力进行释放，这就可以通过安装方式进行调整，首先，是对于膨胀出现的变形量的改变，通过这种大小的改变以及形变对于热应力的释放，相应的对应力水平进行调整。在这方面上，零应力同变形量都和温度有关，温度在零应力状态下的提高会对变形产生直接降低的影响。
1.1无补偿的冷安装方式
无补偿的冷安装是在供热管道的安装中经常会遇到的问题，在回填处理的时候，对于预应力不进行补偿和处理，管道一般都会在温度出现变化是保持锚固的形态。这种方式是最经济以及最简单的安装方式，但是其会承受很大的管道应立，这是运行工况中无法避免的。因此，采用这种方式对管道进行安装的前提是强度条件可以得到满足。
1.2补偿的安装方式
所谓的补偿就是通过弯管补偿器等设备对管道的形变以及应力产生的不利影响进行补偿消除，管道在补偿装置附近的管段会处于欢动状态。无论是弯管式的补偿器还是波纹管式的补偿器的安装都会对管道的施工项目增加投资量，而且在波纹管式的补偿装置中国，必须要添加一些事故点。所以，对于整个管网的设计和施工，有补偿式的安装方法只能够在局部进行设计施行，这样是出于经济和安全性的考虑。
1.3预应力的安装方式
在预应力的基础上进行安装本质上就是通过对安装温度的改变，以改变管道的环境，使得管道在安装时的温度和预热时的温度相等，此时管道的应力就可以为零了。预应力的产生是在管道的温度与环境温度相等时出现的效果。预热以及一次性补偿器都是对预应力安装实现的办法，首先，预应力效果是在回填前进行，加热后直接回填就会使得管道上直接出现预应力的效果。在使用这种方式的时候，预热的热源应当予以保障，并且管沟需要敞口，这个需要现场的条件予以允许。其次，是使用一次性的补偿设备，这种方式下，管道安装之后就可以回填。并且在补偿段补偿器的焊接是在首次加热后管段膨胀到了自由变形量后劲性的。温度变化多次后，应力可以均匀的分布，这时候预应力的效果就可以达到了。采用一次性补偿器的方式，不需要预热热源，并且只需补偿器附近的管沟敞口，但是增加了一次性补偿器的费用。
2、直埋供热管道的布置和敷设
2.1管材的选择
埋地热力管道内压一般都很低，由内压引起的总体一次薄膜应力不足允许值的50％。发生直接爆破破坏的可能性很小，破坏的最大可能是由温度应力引起的塑性疲劳破坏。
2.2管道的布置
直埋供热管道穿越河底的覆土深度应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定。直埋供热管道上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。直埋供热管道变径处(大小头)或壁厚变化处，应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。直埋供热管道的补偿器，变径管等管件应采用焊接连接。
2.3管道的敷设
直埋供热管道的高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。管道应利用转角自然补偿，分支点至轴向补偿器或弯管的距离不宜大于20m，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。
结束语
供热管道中采用直埋敷设有不可比拟的优越性，具有显著的社会效益、经济效益、节能效益。但是在设计、施工以及运行管理中须按照直埋管道技术规程的要求严格执行，这些是集中供热管网直埋敷设得以实现其有点的有力保证。
参考文献
[1]陈永强,王树鹏,刘明伟,王冉.供热管道直埋敷设技术探讨[J].科技创新导报.2008.
[2]赵晓刚.直埋供热管网工程设计两种计算方法对比分析[J].山西建筑.2010.