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【摘要】摘要直埋供热管路不需要砌筑地沟，只需将保温管埋入地下，减少工程占地，减少土方开挖量约50％，减少土建砌筑和混凝土量90％，保温管只需现场接头，可以缩短工期50％以上，而且直埋供热管道采用高密度聚乙烯作保护层，可降低工程造价l0％左右。
【关键词】聚氨酯；直埋供热管道；技术；施工
【 abstract 】 the buried heating pipe need not laying trench, just the heat insulating tube into the ground, reduce engineering covers, reduce KaiWaLiang earthwork of about 50%, reduce civil rammed and concrete amount 90%, insulation pipe just field joint, can shorten the construction period 50% above, and buried heating pipeline in a high density polyethylene for protection layer, can reduce the construction cost l0 % or so.
【 key words 】 polyurethane; Buried heating pipe; Technology; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
引言
直埋供热管道无补偿冷安装方式以其构造简单、占地少、施工期短、维修量小、运行耗电量少、使用寿命长等优势，已成为城市热网的主要安装方式。已颁布实施的CJJ／T 81—98《城镇直埋供热管道工程技术规程》(以下简称《规程》)的适用范围为公称直径≤500 mm的直埋热水供热管道。随着我国供热事业的飞速发展，《规程》的适用范同已不能满足热网建设的需要。在设计时，由于对直埋热水供热管道的强度设计无章可循，易出现设计人员简尊地采用有补偿安装方式，设置补偿器和固定支座，既增加了热网的造价又降低了热网的可靠性。本文对直埋热水供热管道的技术要点进行探讨。
一、采用聚氨脂保温直埋管的优点
1、一次性投资小、占地省、施工方便、综合工程造价低
直埋供热管路不需要砌筑地沟，只嚣将保温管埋入地下，减少工程古地，减少土方开挖量约50％，减少土建砌筑和混凝土量90％，保温管只需现场接头，可以缩短工期50％以上，而且直埋双管供热管道采用高密度聚乙烯作保护层，可降低工程造价10％左右。
2、保温效果好、节省能源
采用聚氨脂预制保温管进行保温，其导热系数低，保温效果好，聚氨脂吸水率低，减少了供热管道的热损失。
3、防腐效果好
直埋保温管由于聚氨脂泡沫保温层紧密地粘贴在钢管外壳，隔绝了空气和水的浸入，而且其吸水性很小，再加上高密度聚乙烯外壳有良好的防腐、绝缘和机械性能，只要接头保温做得好，钢管很难受到外界空气和水的侵蚀。
二、直埋供热管道的设计
1、合理选择预制保温材料及供热管道设计参数
(1)保温为聚氨脂现场发泡保温。
(2)直埋供热管路的工作压力为O．5Ⅷ)8，温度为75℃左右，采暖季节运行，供各办公楼及住宅小区采暖。
2、管道热补偿
考虑到没有预热源、冬季施工，埋深浅、施工周期短等诸多因素，决定按有补偿方式进行设计。供热过程中，管道由于热胀冷缩，在弯头、三通和拐弯处产生较大的变形，如果这些变形不加以控制会产生拉裂缝隙，造成水分沿裂缝浸入腐蚀钢管。因此在设计计算时必须予以控制。本工程采取的措施是利用在适当位置设置固定墩，保证弯头、三通等处不会因变形过大而将聚乙烯保护层拉裂。同时在系统设计时采用轴向波纹补偿器。波纹补偿器采用抗腐蚀的不锈钢波纹管，补偿器设专门的检查并。
每一个补偿段设一个补偿器，两补偿器之间用固定墩分隔。补偿器靠固定墩布置，以防止轴向失稳。补偿器是整个直埋系统中最薄弱的环节，因此一定要选择自导向性能好、抗失稳能力强的产品，这样热伸量通过补偿器能够吸收。
三、安装方式的选择
补偿器是管道系统中极易损坏的部件，增设补偿器易造成管网事故概率上升。设置同定支座使预制直埋保温管的保护层断点增加，降低管网整体的密闭性，土壤中的水分易渗人腐蚀钢管。管道往往足热网的输送干线，要求有较高的可靠性和安全等级，因此直埋供热管道不宜采用有补偿安装方式，宜采用无补偿冷安装方式。
采用无补偿冷安装时，尽量将管道上的三通分支、阀门等布置在驻点位置，依靠摩擦自然锚固，限制管件的位移，并利用z形弯管的分支，减少补偿器和固定支座的数量。但也不是完全不没补偿器和固定支座，设计中为简化受力状况，在下列情况还需设置补偿器：防止直管的循环塑性变形和整体失稳；保护折角、三通、变径管及阀门等管件；减小对固定支座的推力。同样，在下列情况还需设置固定支座：当阀门或三通主管不能承受所连接直管的内力作用时，需在内力较大的一侧没置固定支座；在三通支管设置固定支座(或补偿器)限制支管的热胀变形向三通转移。
必须指出，在无补偿冷安装中设置少量的补偿器和固定支座的目的，主要是控制管件的热位移和减小对固定支座的推力，这与有补偿安装中用于控制直管段温度应力有水质区别。
四、技术要点
1、设计计算
（1）管道的安全状态
管道有管径相对壁厚较薄，除存在管径管道可能出现的强度失效和整体失稳外，还增加了局部失稳和椭圆化变形。因此，稳定失效成为管径管道的主要失效方式。产生局部失稳的原因是管道的轴向应变，轴向应变取决于热胀变形的大小和释放程度，还与管道的截面参数有关。产生局部失稳的可能性随着钢管平均半径的增大而增加，随着管壁的增厚而减少。除此之外，采用预热安装、提高安装温度、减小温升轴向力、降低热胀变形量也能增强抗局部失稳的能力。作用在
管道上的垂直荷载(包括土壤荷载和车辆荷载)是产生椭圆化变形的主要原因。土壤荷载随着管道的埋深增大而加大，车辆荷载随管道的埋深增大而减小。椭圆化变形也与管道的截面参数有关，在相同的垂直荷载作用下，钢管的平均半径越大，椭圆化变形越大；管壁越厚，椭圆化变形越小。因此，加大覆土深度、设置过路套管、适当增加管壁厚度，可防止椭圆化变形。
《规程》只给出了直管的循环塑性变形、整体失稳的计算模型及弯头疲劳分析的计算模型，未给出直管局部失稳、椭圆化变形及折角、三通和变径管的强度计算模型。因此，需进一步完善直管与管件的强度计算模型，合理设计管件结构，保汪直管与管件的安全。
（2）管道单位长度摩擦力的计算
《规程》提供的直埋管道单位长度摩擦力计算式未考虑管道的自重，管道自重对管道的单位长度摩擦力有一定的影响。公称直径>500 mm的管道单位长度摩擦力F的计算式为：
式中 F——管径管道单位长度摩擦力，N／m
µ——预制直埋保温管外壳与土壤的摩擦系数
ρ——土壤密度，k∕m3
g——重力加速度，m／s2
h——管顶覆土深度，m
dc——预制直埋保温管外壳的外径，m
W——单位长度预制直埋保温管注滿水后的 重量，N／m
（3）预制直埋保温管的技术标准
CJ／T114—2000《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》没有涉及管径预制直埋保温管的规格标准，未强调对钢管进行抛丸处理及对PE外护管进行电晕处理，因此不能保证钢管、聚氨酯层、PE外护管三者问具有足够的剪切强度。此外，该标准中没有明确要求将检漏报警线纳入管子。
(4)直埋阀门的技术标准
直埋阀门在高轴向力作用下，会产生不同于管道的破坏方式，变形较大时将导致不能正常工作。我国目前尚无直埋阀门标准，生产厂家不能提供直埋阀门能承受的最大轴向力的数据。若按公称压力选型，易出现被拉坏的现象，因此需进一步完善相关技术标准。
（5）采用曲管没计
采用曲管代替斜接缝折角和传统的弯头，可避免应力集中。采用曲管具有以下优点：管道布置可按更自然的方式沿街道或地形进行，可缩短管道长度；可避免使用小角度折角；可减少接头，延长了管道使用寿命。
曲管可以通过先焊接直管，然后采用弹性弯曲管道的方法安装。将许多直管段焊接在一起，安装在弯曲的沟槽中，在沟槽回填前，用砂袋等物体支撑管道。为确保曲率均匀不损坏预制直埋保温管保护层，钢管中的弹性应力应限制在210 MPa内(当允许部分靼性变形时)。曲管的曲率半径置的计算式为：
式中R——曲管的曲率半径，m
E——钢材的弹性模量，MPa
Dn——钢管的公称直径，m
б——钢管中的弹性应力，MPa
长度为12m直钢管的弹性弯曲见图1，图中n为弯曲角度，x为钢管端部偏移距离。
五、直埋供热管网的施工
1、钢管的施工
(1)所有管材、管件、阀门、伸缩节等要有合格证，管材、管件在施工过程中应妥善保管和维护，不得锈蚀和损坏，必须对聚氨脂直埋管产品、认真检验，确保质量。
(2)管材的加工：焊接前管子两端均作v型坡口，对坡口内外侧进行清理，范围大于20mm，管子坡口必须清洁无污物。
(3)吊装下管：向沟内下管可用5t吊车吊装，在沟内管道接口处，挖出工作坑，坑深为管底以下200mm，坑处沟壁距保溫管外壳不小于500mm。吊管时，用宽度大约150mm的编织带兜托管子，吊起时要慢，放管时要轻。
2、管路接头的保温
管路接头处一定要用钢丝刷和砂布打干净，接头处的保温必须与管子相同，用聚氨脂现场发泡保温，一定要保证施工质量，不能出现环形空间、开裂、脱层等缺陷，保证接头的整体性、严密性，防水性。
3、管沟回填
人工回填，先用砂子填至管顶以上100舢处，然后用原土回填，原土必须过筛，土中不得有大于30n眦的砖或石块，不能用淤泥和湿粘土回填，当填至管顶以上0．5m时，用人工或蛙式夯填，每回填0．2m夯三遍，直至地面。回填后，沟槽上的土面应留略呈拱型，地面隆起高度为150mm。
4、确保施工质量及资料保存
(1)要确保固定支座、阀门井、伸缩节井等各种井室的施工质量。
(2)因直埋供热管路埋入地下，属于隐蔽工程，竣工资料一定要做好，以利于以后的维修。
结束语
现有直埋供热管道受力设计方法的使用范围有局限性、管道失效方式计算不全；许多工程中直埋供热管道的安装方式使用混乱，难以选择合理的受力设计方法进行实际工程的设计。在相关文献的研究和调研的基础上可以完善现有直埋供热管道受力计算方法和开发新的直埋管道受力计算软件来明确和简化它的受力设计有着重要的经济和实用价值。
参考文献
【1】抗冰，千松涛．电预热技术在城镇供热直埋保温管道安装巾的应用[J]．区域供热，2006，(4)
【2】陈鸣，冯继蓓．大管径直埋热水供热管道的安装方式与设计[J]．煤气与热力，2006
【3】刘培琴．大管径直埋供热管道设计方法的探讨[J]煤气与热力，2004，24．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】聚氨酯；直埋供热管道；技术；施工
【 abstract 】 the buried heating pipe need not laying trench, just the heat insulating tube into the ground, reduce engineering covers, reduce KaiWaLiang earthwork of about 50%, reduce civil rammed and concrete amount 90%, insulation pipe just field joint, can shorten the construction period 50% above, and buried heating pipeline in a high density polyethylene for protection layer, can reduce the construction cost l0 % or so.
【 key words 】 polyurethane; Buried heating pipe; Technology; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
引言
直埋供热管道无补偿冷安装方式以其构造简单、占地少、施工期短、维修量小、运行耗电量少、使用寿命长等优势，已成为城市热网的主要安装方式。已颁布实施的CJJ／T 81—98《城镇直埋供热管道工程技术规程》(以下简称《规程》)的适用范围为公称直径≤500 mm的直埋热水供热管道。随着我国供热事业的飞速发展，《规程》的适用范同已不能满足热网建设的需要。在设计时，由于对直埋热水供热管道的强度设计无章可循，易出现设计人员简尊地采用有补偿安装方式，设置补偿器和固定支座，既增加了热网的造价又降低了热网的可靠性。本文对直埋热水供热管道的技术要点进行探讨。
一、采用聚氨脂保温直埋管的优点
1、一次性投资小、占地省、施工方便、综合工程造价低
直埋供热管路不需要砌筑地沟，只嚣将保温管埋入地下，减少工程古地，减少土方开挖量约50％，减少土建砌筑和混凝土量90％，保温管只需现场接头，可以缩短工期50％以上，而且直埋双管供热管道采用高密度聚乙烯作保护层，可降低工程造价10％左右。
2、保温效果好、节省能源
采用聚氨脂预制保温管进行保温，其导热系数低，保温效果好，聚氨脂吸水率低，减少了供热管道的热损失。
3、防腐效果好
直埋保温管由于聚氨脂泡沫保温层紧密地粘贴在钢管外壳，隔绝了空气和水的浸入，而且其吸水性很小，再加上高密度聚乙烯外壳有良好的防腐、绝缘和机械性能，只要接头保温做得好，钢管很难受到外界空气和水的侵蚀。
二、直埋供热管道的设计
1、合理选择预制保温材料及供热管道设计参数
(1)保温为聚氨脂现场发泡保温。
(2)直埋供热管路的工作压力为O．5Ⅷ)8，温度为75℃左右，采暖季节运行，供各办公楼及住宅小区采暖。
2、管道热补偿
考虑到没有预热源、冬季施工，埋深浅、施工周期短等诸多因素，决定按有补偿方式进行设计。供热过程中，管道由于热胀冷缩，在弯头、三通和拐弯处产生较大的变形，如果这些变形不加以控制会产生拉裂缝隙，造成水分沿裂缝浸入腐蚀钢管。因此在设计计算时必须予以控制。本工程采取的措施是利用在适当位置设置固定墩，保证弯头、三通等处不会因变形过大而将聚乙烯保护层拉裂。同时在系统设计时采用轴向波纹补偿器。波纹补偿器采用抗腐蚀的不锈钢波纹管，补偿器设专门的检查并。
每一个补偿段设一个补偿器，两补偿器之间用固定墩分隔。补偿器靠固定墩布置，以防止轴向失稳。补偿器是整个直埋系统中最薄弱的环节，因此一定要选择自导向性能好、抗失稳能力强的产品，这样热伸量通过补偿器能够吸收。
三、安装方式的选择
补偿器是管道系统中极易损坏的部件，增设补偿器易造成管网事故概率上升。设置同定支座使预制直埋保温管的保护层断点增加，降低管网整体的密闭性，土壤中的水分易渗人腐蚀钢管。管道往往足热网的输送干线，要求有较高的可靠性和安全等级，因此直埋供热管道不宜采用有补偿安装方式，宜采用无补偿冷安装方式。
采用无补偿冷安装时，尽量将管道上的三通分支、阀门等布置在驻点位置，依靠摩擦自然锚固，限制管件的位移，并利用z形弯管的分支，减少补偿器和固定支座的数量。但也不是完全不没补偿器和固定支座，设计中为简化受力状况，在下列情况还需设置补偿器：防止直管的循环塑性变形和整体失稳；保护折角、三通、变径管及阀门等管件；减小对固定支座的推力。同样，在下列情况还需设置固定支座：当阀门或三通主管不能承受所连接直管的内力作用时，需在内力较大的一侧没置固定支座；在三通支管设置固定支座(或补偿器)限制支管的热胀变形向三通转移。
必须指出，在无补偿冷安装中设置少量的补偿器和固定支座的目的，主要是控制管件的热位移和减小对固定支座的推力，这与有补偿安装中用于控制直管段温度应力有水质区别。
四、技术要点
1、设计计算
（1）管道的安全状态
管道有管径相对壁厚较薄，除存在管径管道可能出现的强度失效和整体失稳外，还增加了局部失稳和椭圆化变形。因此，稳定失效成为管径管道的主要失效方式。产生局部失稳的原因是管道的轴向应变，轴向应变取决于热胀变形的大小和释放程度，还与管道的截面参数有关。产生局部失稳的可能性随着钢管平均半径的增大而增加，随着管壁的增厚而减少。除此之外，采用预热安装、提高安装温度、减小温升轴向力、降低热胀变形量也能增强抗局部失稳的能力。作用在
管道上的垂直荷载(包括土壤荷载和车辆荷载)是产生椭圆化变形的主要原因。土壤荷载随着管道的埋深增大而加大，车辆荷载随管道的埋深增大而减小。椭圆化变形也与管道的截面参数有关，在相同的垂直荷载作用下，钢管的平均半径越大，椭圆化变形越大；管壁越厚，椭圆化变形越小。因此，加大覆土深度、设置过路套管、适当增加管壁厚度，可防止椭圆化变形。
《规程》只给出了直管的循环塑性变形、整体失稳的计算模型及弯头疲劳分析的计算模型，未给出直管局部失稳、椭圆化变形及折角、三通和变径管的强度计算模型。因此，需进一步完善直管与管件的强度计算模型，合理设计管件结构，保汪直管与管件的安全。
（2）管道单位长度摩擦力的计算
《规程》提供的直埋管道单位长度摩擦力计算式未考虑管道的自重，管道自重对管道的单位长度摩擦力有一定的影响。公称直径>500 mm的管道单位长度摩擦力F的计算式为：
式中 F——管径管道单位长度摩擦力，N／m
µ——预制直埋保温管外壳与土壤的摩擦系数
ρ——土壤密度，k∕m3
g——重力加速度，m／s2
h——管顶覆土深度，m
dc——预制直埋保温管外壳的外径，m
W——单位长度预制直埋保温管注滿水后的 重量，N／m
（3）预制直埋保温管的技术标准
CJ／T114—2000《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》没有涉及管径预制直埋保温管的规格标准，未强调对钢管进行抛丸处理及对PE外护管进行电晕处理，因此不能保证钢管、聚氨酯层、PE外护管三者问具有足够的剪切强度。此外，该标准中没有明确要求将检漏报警线纳入管子。
(4)直埋阀门的技术标准
直埋阀门在高轴向力作用下，会产生不同于管道的破坏方式，变形较大时将导致不能正常工作。我国目前尚无直埋阀门标准，生产厂家不能提供直埋阀门能承受的最大轴向力的数据。若按公称压力选型，易出现被拉坏的现象，因此需进一步完善相关技术标准。
（5）采用曲管没计
采用曲管代替斜接缝折角和传统的弯头，可避免应力集中。采用曲管具有以下优点：管道布置可按更自然的方式沿街道或地形进行，可缩短管道长度；可避免使用小角度折角；可减少接头，延长了管道使用寿命。
曲管可以通过先焊接直管，然后采用弹性弯曲管道的方法安装。将许多直管段焊接在一起，安装在弯曲的沟槽中，在沟槽回填前，用砂袋等物体支撑管道。为确保曲率均匀不损坏预制直埋保温管保护层，钢管中的弹性应力应限制在210 MPa内(当允许部分靼性变形时)。曲管的曲率半径置的计算式为：
式中R——曲管的曲率半径，m
E——钢材的弹性模量，MPa
Dn——钢管的公称直径，m
б——钢管中的弹性应力，MPa
长度为12m直钢管的弹性弯曲见图1，图中n为弯曲角度，x为钢管端部偏移距离。
五、直埋供热管网的施工
1、钢管的施工
(1)所有管材、管件、阀门、伸缩节等要有合格证，管材、管件在施工过程中应妥善保管和维护，不得锈蚀和损坏，必须对聚氨脂直埋管产品、认真检验，确保质量。
(2)管材的加工：焊接前管子两端均作v型坡口，对坡口内外侧进行清理，范围大于20mm，管子坡口必须清洁无污物。
(3)吊装下管：向沟内下管可用5t吊车吊装，在沟内管道接口处，挖出工作坑，坑深为管底以下200mm，坑处沟壁距保溫管外壳不小于500mm。吊管时，用宽度大约150mm的编织带兜托管子，吊起时要慢，放管时要轻。
2、管路接头的保温
管路接头处一定要用钢丝刷和砂布打干净，接头处的保温必须与管子相同，用聚氨脂现场发泡保温，一定要保证施工质量，不能出现环形空间、开裂、脱层等缺陷，保证接头的整体性、严密性，防水性。
3、管沟回填
人工回填，先用砂子填至管顶以上100舢处，然后用原土回填，原土必须过筛，土中不得有大于30n眦的砖或石块，不能用淤泥和湿粘土回填，当填至管顶以上0．5m时，用人工或蛙式夯填，每回填0．2m夯三遍，直至地面。回填后，沟槽上的土面应留略呈拱型，地面隆起高度为150mm。
4、确保施工质量及资料保存
(1)要确保固定支座、阀门井、伸缩节井等各种井室的施工质量。
(2)因直埋供热管路埋入地下，属于隐蔽工程，竣工资料一定要做好，以利于以后的维修。
结束语
现有直埋供热管道受力设计方法的使用范围有局限性、管道失效方式计算不全；许多工程中直埋供热管道的安装方式使用混乱，难以选择合理的受力设计方法进行实际工程的设计。在相关文献的研究和调研的基础上可以完善现有直埋供热管道受力计算方法和开发新的直埋管道受力计算软件来明确和简化它的受力设计有着重要的经济和实用价值。
参考文献
【1】抗冰，千松涛．电预热技术在城镇供热直埋保温管道安装巾的应用[J]．区域供热，2006，(4)
【2】陈鸣，冯继蓓．大管径直埋热水供热管道的安装方式与设计[J]．煤气与热力，2006
【3】刘培琴．大管径直埋供热管道设计方法的探讨[J]煤气与热力，2004，24．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。