直埋敷設

集中供熱相對眾多分散的小鍋爐， 具有環保、節能、方便舒適、安全衞生、節約土地、節約費用的優勢， 已成為現代化城鎮的重要基礎設施之一，是城鎮公共事業的重要組成部分。隨着城市化發展進程，集中供熱快速發展，供熱面積不斷擴大，對供熱管道的直埋敷設技術要求也越來越高。如何更好的節約成本，確保管網的運行安全成為供熱行業的重要課題。供熱管道直埋技術就是將預製的保温管道直接埋入地下，利用管道自身的機械強度及其附件來共同承受管道供熱時產生的熱應力的一項技術。經過多年的實踐與發展，為滿足供熱系統運行的安全可靠，同時儘量減少投資和維護方便，供熱管道存在多種的敷設方式 ^[1]  。

供熱管道的設計壓力一般為0.6～2.5MPa；通過對管道的應力分析，可知其內壓力的實際應力遠遠小於管材的屈服應力。由於管道的温升使管道產生了較大的軸向力和壓應力，所以在管道設計與選擇中應予以充分的重視。熱力管道主要存在以下5種破壞方式：

1）循環塑性變形。温度變化對管道的循環塑性變形起決定性作用。當較大的温度變化，而熱脹變形又不能完全釋放時，在加熱過程中，管壁因軸向壓應力而產生軸向壓縮塑性變形；而冷卻時，管壁因軸向拉應力而產生軸向拉伸塑性變形；當温差超過一定範圍後，將會出現管道破壞的現象。

2）低循環疲勞破壞。應力集中通常發生在管線中的彎頭、三通、大小頭及折角處。在温度變化過程中， 應力集中在管道結構不連續處產生的峯值應力，會引起管道的疲勞破壞。

3） 高循環疲勞破壞。車輛重量通過車輪和土壤，可作用在車行道下的管道上，使管道局部截面產生橢圓變形，相應的會產生應力集中。

4）整體失穩。直埋管道在運行工況下的軸向壓力最大，由於壓桿效應，可能會引起管線的整體失穩。特別是對於温升較大的無補償冷安裝方式，温升作用完全轉化為很高的軸向壓力，極易出現整體失穩破壞。對此，CJJ/T104-2005《城鎮直埋供熱管道技術規程》中有詳細的公式計算，滿足其計算即可保證DN500 以下的管道整體不出現失穩情況。

5）局部失穩。一方面是管道的軸嚮應變，即熱脹變形的大小和熱脹變形的釋放程度。另一方面從管道局部看，管道屬於薄壁殼體，在軸向壓力作用下，管壁存在受壓局部失穩的問題。通過公式計算表明，局部失穩的可能性，隨着管壁的增厚而減小，但隨着鋼管平均半徑增大而增加。因此，一定的覆土深度對應一定的鋼管臨界壁厚。

從以上的5種破壞方式來看，熱力管道的運行安全與軸嚮應力有密切的關係，而軸嚮應力主要取決於温度應力。當管道直徑大於DN500時，局部屈服的可能性大大增加，為了降低局部屈服的可能性，必須對温度應力進行控制，同時根據不同的控制方式方法考慮直埋管道的敷設方式 ^[2]  。

無補償冷安裝方式是最簡單最經濟的安裝方式，即管道在覆土前不加預應力，也不設置補償器。由於土壤摩擦力的存在，管道將存在錨固段、滑動段。當管道處於錨固段時，熱脹應力全部轉化為温度應力， 使管道在運行工況下承受較高的軸向壓力。所以錨固段管道的最大壓應力與最大温度變化成正比；當管道處於滑動段時，熱脹應力不能全部轉化為温度應力，管道將受熱伸長。

管道預熱安裝方式是管道在回填前進行預熱，加熱到預熱温度時進行回填。當管道運行温度等於預熱温度時，管道應力為零，管道運行達到最高温度時，管道受到壓應力，當管道恢復至環境温度時，管道產生拉應力，即產生預應力效果。敞溝預熱方式可以節省預熱管段的補償器和固定頓，從而減少工程的造價 ^[2]  。

採用一次性補償器覆土後預熱是將管道分段設置一次性補償器，管道安裝後可立即回填。在首次加熱過程中，當補償管段的熱脹變形量達到在預熱温度下的自由膨脹變形量時，就可焊接一次性補償器。通過多次的温度變化，使應力均勻分佈，從而達到預應力效果。

有補償的直埋敷設， 可以採用自然的L、Z、U型的彎管作為補償裝置，但是實際工程中不可能有條件提供這麼大的佔地，因此通常都採用補償器進行補償。為防止補償器受到單側不均勻膨脹變形而損壞，所以在補償器一側設置固定墩。對於應力集中的彎頭、三通、大小頭等地方設置固定墩來保護應力集中的管件。

管道系統由於安裝了補償器，使得管道的熱脹應力在熱態運行中得到了釋放，避免了部分管線被完全錨固， 因此管道的應力保持在較低的水平上，也使管壁局部屈服的危險性最小。

由於增加了固定墩和補償器，管道的熱脹變形在熱態的時候得到了充分的釋放，使得整個管段完全處於滑動狀態。因此管道的應力降到最低，管壁的局部屈服的危險也最小。同時使得工程的投資相應的增加。但是為了減少工程的投資，也可以將供熱管道的供回水管道採取不同的敷設方式，確保工程的設計方案在技術經濟方面安全、合理 ^[3]  。