供热管道直埋敷设技术现状探讨

摘要 直埋敷设方式越来越广泛的应用于供热管道的敷设中。直埋敷设技术的不断积累与发展，供热区域的不断扩大，对直埋管道的受力设计、施工都提出新高度的要求。例如：高压力、大直径管道合理的受力设计方法；固定墩、补偿器的优化布置；三通、弯头等处的加固处理等等。专业人士正在不断努力积累和提出新的方法和思路来解决这些问题，加快直埋敷设技术的发展。


0 前言
供热管道敷设可以采用以下几种方法：地上敷设、管沟敷设和直埋敷设。与以往的管沟敷设方式相比，直埋敷设具有占地少、施工周期短、维护量少、节约投资、寿命长等优点，同时，在国内外专业技术人员的共同努力下，直埋敷设技术不断发展，这些都使得直埋敷设方式逐渐成为我国供热管道敷设中最常用的敷设方式。
近几年来，随着国内供热管网规模的扩大，原有的直埋敷设管道的设计和施工方法已经不能满足要求。一些权威的设计院采用在原有设计方法的基础上引用国外的新技术或者重新考虑安全系数等方法来进行直埋敷设管道的受力设计，并在工程实际中不断的积累经验、探索和提出新的受力计算方法。
本文对国内外直埋敷设发展现状进行浅析。通过对相关文献的研究和对国内的直埋敷设情况进行调研，提出供热直埋敷设管道受力设计计算中存在的一些亟待解决的问题，并分析其解决方法和思路。

1 直埋敷设发展现状
国内直埋管道的受力分析主要采用从国外引进的应力分析法[1]。应力分析法认为根据不同的应力作用形式，管道会发生不同形式的破坏，应采用不同的应力验算方法。1976年北京市煤气热力设计院等五家单位合作在热力管道无补偿直埋敷设试验研究中采用应力分类法进行无补偿的理论研究和现场实测，证实了采用应力分类法理论计算结果的正确性。
哈尔滨工业大学供热实验室针对直埋敷设管道的特殊性对其进行了模拟实验，即对管道在土壤中的受力状况进行实验、测量。得出在管道运行初期和正式运行期间由于土壤摩擦系数的不同，造成过渡段长度的变化[2]。给直埋管道的设计和研究提供了实验验证。
太原理工大学和太原热力公司用三年的时间完成了大直径管道摩擦系数的试验研究。得出结论《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T81-98) [3]（以下简称《规程》）给出的回填土摩擦系数的取值范围可以适用于大直径管道的直埋敷设管道受力设计计算中[4]。
北京煤气与热力设计院在实际工程中已经成功地在无补偿冷安装直埋敷设中使用了工作压力2.5MPa；DN1000mm的供热管道[5]。
三通、弯头等薄弱部件处的保护措施以及预热方法等技术也在不断的更新。
由于直埋敷设的受力设计方法较为繁杂，国内外专业人士也致力于开发可以进行地下直埋管道受力计算的应用软件，以简化直埋敷设管道的受力计算。现在国内一些大的设计院中所使用的直埋受力计算软件有哈尔滨工业大学王钢博士用Dos语言编制的直埋应力计算软件和从美国引进的CAESAR2软件。国内的一些高校也相继推出直埋敷设受力设计计算的相关软件。
目前国内外对于直埋管道受力的设计原则虽然不完全一致，但是大部分都遵循尽量避免整个管道中的有补偿安装，而只在局部薄弱部件处进行补偿保护的原则。
国内主要按照《规程》中的方法来进行直埋管道的受力计算。《规程》的实施给直埋敷设管道的受力设计提供了统一标准，使得《规程》执行以来国内的直埋敷设管道受力设计规范化。《规程》对我国直埋敷设技术的发展意义重大，一直以来各个设计、施工以及科研单位在进行有关直埋敷设的工作中都大大的受益于《规程》。鉴于《规程》颁布时直埋敷设的发展状况，《规程》中对直埋敷设的一些设计参数进行了限制，明确指出《规程》适用于供热介质温度小于或等于150℃，公称直径小于或等于500mm的钢质内管、保温层、保护外壳结合为一体的预制保温直埋热水管道。一些设备厂家的设计手册中也给出直埋敷设管道的受力设计方法[6]。

2 直埋敷设中存在的问题及解决思路
近几年的直埋敷设热水管道很多都需要使用大直径、高压力的管道，原来的适用于小直径管道的设计方法和公式亟待改进。同时，直埋技术不断发展，大直径管道的无补偿安装、薄弱部件加强等技术也越来越广泛的应用于实际工程中。经过理论研究和实际调研，本文提出以下几点直埋敷设管道受力设计中存在的问题以及解决相应问题的方法和思路：
2.1 直埋管道受力设计方法适用范围有待扩展
《规程》中给出的直埋管道受力设计方法适用于供热介质温度不大于150℃，公称直径不大于DN500mm的一体型预制保温管。而对于现在的供热管道规格已经达到公称直径DN1000mm；管道的工作压力也很高，一些工程已经使用了工作压力2.5MPa的管道的无补偿冷安装直埋敷设[5]。
《规程》以及一些设备厂家设计手册中给出的公式、图表很多是对较低工作压力、较小直径管道的简化结果，是否适用于大直径、较高工作压力的直埋敷设管道的受力设计还有待研究。另外，《规程》中对于固定墩推力的计算是基于粉质粘土或砂质粉土的情况，并按照一定的摩擦力下降规律给出的。没有给出土壤特性及摩擦力情况不同时的计算方法。