談直埋敷設供熱管道施工質量控制

吳麗雅

（山西省安裝集團股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，城市集中供暖的規(guī)模越來越大，特別是在我國的一些城市，已經(jīng)基本實現(xiàn)了城市集中供暖。在即將到來的供暖季節(jié)，會帶來很大的環(huán)境污染和資源消耗，所以，我國和供熱行業(yè)的有關專家、工作人員都在尋找一種更加環(huán)保、更加優(yōu)質的供暖方式。

在城市供暖項目中，以中央供暖方式進行的建筑項目，包括許多管線的布置和施工，而在這些項目中，熱力管道直埋鋪設技術是最常用的一種技術。通過幾年來的應用，該技術已逐漸趨于完善，在市政公用工程中起到了十分重要的作用。在熱力管道直埋管敷設技術長期的建設實踐中，為確保熱力管道系統(tǒng)在運行中的安全，盡量降低在施工工藝中所產生的損耗和費用的投資；并盡可能地使該系統(tǒng)的維修工作更加便利，逐步形成了多種技術手段和工藝方法。因此，采暖管線直埋式鋪設方式、鋪設工藝具有一定的探索分析意義。

1 供熱直埋管道的布置與敷設

1.1 管道布置

管道布置時要注意：①盡量使城市供暖網(wǎng)絡的管線變得更短更直，便于建設和節(jié)省空間。②供熱管道鋪設時，必須與公路中央線相平行，且不宜超過車行道，經(jīng)市政當局批準后，可在公路及人行道以下鋪設供熱管道。③在設計中，為了減小溫度變化，應該盡可能地把管線安排成一個固定部分，并避免安裝補償器和固定支座等容易損壞的附屬設備。④按《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術規(guī)程》（CJJ/T 81—2013）中表4.1.2 和4.1.3中的要求，覆蓋層的厚度和與有關設施的水平和豎向凈距。當覆土深度不能保證時，可采取設置過街套管或管溝、在管道上方敷設混凝土板等保護措施。

1.2 直埋供熱管道敷設方式

1.2.1 有補償敷設

有補償敷設是指在通過管道應力驗算后不能滿足強度與穩(wěn)定性要求時，在管道上設置補償器的方式吸收管道由熱脹冷縮產生的熱應力。

常見補償器有自然補償器、波紋管補償器、套筒補償器及球形補償器。其中自然補償器與波紋管補償器是利用材料的變形來吸收熱伸長量，套筒補償器和球形補償器是利用管段位移來吸收熱伸長量。通過設置補償器能夠有效防止供熱管道升溫時產生熱應力的作用而引起管道變形或破壞。但增設補償器也有其不可避免的弊病，首先由于增設補償器，增加了供熱管網(wǎng)的初投資。其次采用補償器取代管道，本身就形成了管道的危險點，增加了管網(wǎng)的事故率。因此，在供熱管網(wǎng)的設計中，應當科學地進行應力驗算，盡量減少補償器的設置，沒有必要使整個管網(wǎng)都處于有補償管段，這樣既減少了管網(wǎng)出現(xiàn)事故的概率，同時也降低了管網(wǎng)的工程造價[1]。

1.2.2 無補償敷設

無補償敷設是指在通過管道應力驗算后能夠滿足強度與穩(wěn)定性要求時不增設補償裝置，使管道處于無補償管段的敷設方式。無補償敷設方式在嚴格執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范應力驗算方法的前提下，既保證管道可以安全運行，又比有補償敷設節(jié)約初投資15%左右，同時運行維護工作量大大減少，管道由于補償器處發(fā)生的事故率也極大降低。

目前，我國供熱管道應用無補償敷設方式可采用冷安裝與預應力安裝兩種。

冷安裝是管道焊接與管溝回填過程都處于自然環(huán)境溫度，這樣在管道安裝時管道處于零應力狀態(tài)，在管道運行時運行溫度與安裝溫度溫差較大，無補償管段的熱應力較大。是目前最常用的供熱管網(wǎng)敷設方式，廣泛應用低溫供暖系統(tǒng)及地勢平坦、地下障礙物少、分支較少的高溫供暖系統(tǒng)。

預應力安裝是目前較為先進的直埋管道敷設技術，在管道安裝過程中將預制保溫管的工作鋼管進行預熱，當管道達到設計預熱溫度和熱伸長量之后再進行回填，安裝時的預熱過程使管道通過熱伸長提前釋放熱伸長量，從而降低管道在運行時的軸向應力，從而提高管道運行時的穩(wěn)定性和安全性。

2 市政熱力管道直埋敷設技術的應用過程及施工質量控制

2.1 施工準備

首先，在材料的管理工作中，應對工程中需要使用的材料進行檢查，保證管道的數(shù)量滿足圖紙規(guī)劃的要求。注意材料的型號規(guī)格和性能質量，確保供熱管道的相關材料都符合規(guī)范和標準，滿足設計的要求。施工材料入庫后，需要組織監(jiān)理人員全面檢查供熱管道質量和外觀情況，確定管道壁厚、管道長度、焊縫以及坡口等，并檢查管道的對接角度以及閥口啟、閉的靈活度，按照標準檢驗管道是否符合水壓試驗要求。其次，在人員的管理工作中，需要保證施工人員掌握管道安裝施工的技術，了解管道安裝施工的流程和注意事項。同時應當對施工人員進行考核和評估，在供熱管道安裝施工之前合理組織施工人員。再次，在機械設備的管理中，應提前準備好供熱管道工程需要的設備，還要對機械設備進行維護，避免出現(xiàn)故障，影響供熱管道的施工。使用之前需要對機械設備進行試運行，確保機械設備能夠正產運行。最后，要加強設計環(huán)節(jié)的管理。供熱管道的規(guī)劃設計會在很大程度上影響供熱效果和建設成本，施工人員需要根據(jù)圖紙進行施工，若圖紙不夠合理、不夠精確，就會使施工受到影響[2]。

2.2 溝槽施工

鋪設管道時，溝槽的鋪設是管道鋪設的起始階段，因此，有關施工單位在鋪設管道時，必須對管道鋪設管道的鋪設長度做出正確的規(guī)劃。首先，必須嚴謹?shù)赜嬎愠鲎钚￠_挖長度，在開挖時，必須比原來的開挖長度擴大20cm，同時，施工坡度、深度和長度也必須按照施工圖紙來確定。其次，在開挖管線時，要注意基礎的強度及相關的穩(wěn)定性。利用相關的機器將地表開挖，當表土距離實溝底部大約20cm 時，進行手工作業(yè)。在檢查溝槽時，還要考慮到回填量，根據(jù)實際需求，一定要把一定數(shù)量的土料堆積在對面，不要再用其他的土料。在此基礎上，將腰樁沉入土中，并精確地測定出其真實的高程，并以實測得到的資料為主要基礎，對施工場地進行更多的夯實；促進原位土體獲得理想的致密程度，并維持所需的力學性能。完成驗收后，就可以進行墊層的建設。一般情況下，墊層的灰土比例是3:7。在達到建設要求后，要適時地進行沙墊，以保證技術與相關規(guī)范一致，使管道的鋪設工作得以順利進行。管道溝槽挖掘如圖1 所示。

圖1 管道溝槽挖掘

2.3 安裝閥門及補償器

當埋設時，當有超過150°的彎曲時，為了增強埋設的平穩(wěn)性，必須在埋設范圍內增設一套天然補償器。若采用這種方法后，還需對其進行全面的補償，并通過安裝補償器來減小其對管線的影響。

2.4 管件與系統(tǒng)強度設計

為避免管材發(fā)生塑性流，保溫管的主壓必須低于其屈服值。為了保證管道的安全性，在一定的運行狀態(tài)下，管道的直管段會發(fā)生各種形式的失效，從而導致管道的總體不穩(wěn)定等。這時可以考慮利用補償設備來釋放熱漲變形，或者利用一次性的補償設備來進行控制。本文還將重點放在接頭的結構強度設計上。對于某些特定的管子，如彎頭、三通、閥門等，會產生疲勞失效的情況，這要視其自身的構造以及所聯(lián)接的管子產生的熱膨脹變形而定。因此，必須采用具有良好強度性能的結構，以減少應力，并在必要時設立固定墩，以控制熱漲變形到管件區(qū)域的傳遞。此外，還可以在部分區(qū)域內設定一種補償方式，對該區(qū)域的變形狀況進行控制。從強度的角度來看，補償器、補償彎管裝置及系統(tǒng)的安全性也依賴于與直管相連的管件及閥門的強度等。若有明顯的不能進行補償?shù)睦溲b，則要依據(jù)管子及閥門的強度來決定是否要進行適當?shù)难a償。在直接埋地無補償鋪設方案中，管道各部分之間可以有差別地設置，這是一個重要的組成部分[3]。

2.5 安裝預制保溫管道

在管道工程實際施工中，應該進行合理設計安排，從而提高工作質量。另外，應該重點考慮管道以及相關設施的質量情況，保證預制保溫管在安裝過程中的科學使用。為保證管道安裝質量安全，一般采用氬氣保護焊統(tǒng)一處理焊接管道及其管件，避免焊接時管道表層出現(xiàn)裂紋、氣孔以及夾渣等問題。若焊接管道厚度>8mm 且存在脫口接頭，則焊接工作層不低于3 層。首層焊接時，尾部需保持均勻充分焊接，避免電焊燒穿管道等。不同層級管道接頭采用錯開焊接方式，每層焊接厚度控制為焊條內徑的0.8～1.2 倍。每次管道焊接工作滯后，需要采用角向磨光機徹底清理管道表層殘渣和飛渣物質，并對管道焊接口位置情況進行充分檢查，若存在缺陷則要及時清理，隨后再進行安裝施工。

通常，供熱管道彎曲的角度超過150°時，需要安裝自然補償裝置，可以對管道進行分段并在每段管道上安裝補償器，減少熱脹冷縮對管道的影響。安裝補償器時，可以在兩側安裝導向支架，確保補償器與管道的中心線能夠完全重合。安裝閥門時，保證閥門的垂直度，閥門與操作平臺或地面的距離要在1100～1200mm。

管道挖眼焊接，考慮分支管的管徑情況，需要進行合理化的設計，能夠體現(xiàn)出對于舊管道進行合理化利用。為了保證挖眼焊接的質量，需要在施工前進行焊口的質量檢查。焊口的質量檢查應包括焊縫的形狀、尺寸、焊接接頭的間隙和對接面的清潔度等方面。同時，還需要對焊接過程中的氣氛和溫度進行控制，以避免氧化和變形等問題的發(fā)生。在進行挖眼焊接時，還需要注意以下焊接要求：焊接前應先確保焊縫兩側表面無油污、銹蝕和氧化皮等雜質，以保證焊縫質量。焊接時應保證焊接接頭的間隙和對接面的清潔度，避免出現(xiàn)焊隙較大或焊縫不飽滿等問題。焊接時應控制好溫度和氣氛，避免出現(xiàn)過高或過低的溫度、氧化和變形等問題。焊接后應及時對焊縫進行檢查，確保焊縫的質量和可靠性。

2.6 管路試壓和清洗

管路試壓和清洗采用以下技術：①探傷技術。在安裝好管線后，需要對管線進行檢測，通過對管線的抗拉強度和緊實度等參數(shù)進行分析，從而保證管線能夠達到理想的應用效果。這一步需要使用大于0.5MPa 的壓力，而且還需要持續(xù)補充水分，以保持水壓的恒定。如有滲水現(xiàn)象，在滲水值符合標準時，即為強度達標。全程應持續(xù)對管道進行沖水，至少12h，2h 后檢查有無滲漏，如無滲漏，則表示其密封性能滿足有關的規(guī)范。②清潔技術。管道在經(jīng)過強力和嚴密的測試后，需要進行清潔。這時要控制流水流量和對應的壓力，對應的流速要控制在1m/s，在管子清洗就緒后，才能停止[4]。

2.7 電預熱

常見的直埋供熱管道無補償預熱施工方法分為熱水預熱、熱風預熱、電預熱。近幾年電預熱技術較為廣泛應用。

電預熱過程中，需要注意以下要點。

電預熱管段內不能有氣體流通，在供、回水管段兩端加端頭進行密封保護。管道預熱前，應先將需要預熱的預熱段管道回填至管道外徑的3/4 處，防止電預熱過程中管道產生位移現(xiàn)象。管道上如有三通，應該在預熱前安裝好，但是不得與三通支管連接，以免影響管道伸縮。

預熱過程中每1h 記錄一次鋼管溫度和全線鋼管伸長量，以及環(huán)境溫度和相應的電壓電流數(shù)值，直至管線達到預熱溫度或預計伸長量。管道伸長量變化采用標尺及標線進行測量，設定專人對現(xiàn)場進行保護，防止撥動標尺或標線，影響管道伸長量的數(shù)據(jù)記錄。

2.8 回填

通常情況下，管道基礎混凝土必須在接頭處進行養(yǎng)護，并經(jīng)過合適的壓力測試后，方可進行回填。①在回填體的施工中，一般采用分層壓實的方式，并應防止回填體中覆蓋有各種雜質，如碎石、磚頭等。各級回填層的厚度要控制在0.1~0.5m，然后采用人工夯實法，保證相應的壓實度滿足基本要求，為后續(xù)施工打下基礎。在回填距管道頂部0.5m 以上時，必須馬上停止施工。②管道測試壓力尚未結束時，管道頂部距離應＞0.5m，管道與管道連接部位應留出0.2m 左右的空間，以便測試人員對管道的內部情況進行測試。③在全部工程結束并且各項參數(shù)都符合要求的情況下，將水注入管道，直至充滿，然后將管道全部封住[5]。

3 結語

總之，在進行市政熱力管道的建設時，由于應力等諸多原因，將會直接影響到管道的工作狀態(tài)和質量，進而造成管道的變形。所以，在實施工程建設時，要注重工程建設的各個方面，并對其進行嚴謹、高效的管理；從而保證管道的嚴密性及安全，防止外部因素對管道的正常工作造成影響。建設企業(yè)在進行管道建設時，應根據(jù)實際情況進行具體分析，才能更好地提高管道的使用年限。