直埋無補償冷安裝供熱管道應變現場試驗研究★

李曉芝 劉明泉

(1.唐山學院土木工程學院，河北 唐山 063000； 2.河北省建筑工程與尾礦綜合利用重點實驗室，河北 唐山 063000)

隨著城市建設的發展，集中供熱技術也得到了極大地發展。目前，供熱管道鋪設已經廣泛采用了直埋技術[1,2]。在直埋技術中，因施工周期較短，投資較少，而且易于維護，大直徑直埋無補償技術得到大力的推廣[3,4]。直埋無補償分為預熱安裝和冷安裝兩種方式[5,6]，其中冷安裝方式具有很多優點，在設計和施工中需要對管道的應力應變分布特點進行研究分析，采取相應措施。國內對直埋無補償供冷安裝供熱管道應變實測成果較少，本文結合某供熱長輸管線工程，對直埋無補償冷安裝供熱管道軸向應變進行現場試驗研究，以期為同類供熱管道的設計和施工提供參考。

1 項目介紹

某集中供熱長輸管線工程位于河北省唐山市曹妃甸區，其中城區內供熱管線主管線約3.9 km，總體走向呈“Z”字形，采用DN800保溫管，采用直埋冷安裝方式鋪設，中間不設補償器和固定墩，試驗段選擇泵站出口附近約500 m長直線管段。線路主要涉及穿越稻田、河道、綠化帶等地段，場地土層分布如表1所示。

表1 土層分布

管線基礎坐落于第④層粉土層上，將雜填土、素填土全部挖除換填，采用石粉、級配砂石、碎石等換填壓實，采用真空井點降水法進行基坑降水。開挖深度平均為3.15 m，設計開挖頂面寬度為7.5 m，回填土鋪土厚度根據夯實機具的性能及壓實度要求確定，管頂以上500 mm范圍內，采用輕夯夯實，測試斷面平面設置見圖1，工程斷面見圖2。

2 試驗方案

管道應力測試斷面位于管道接頭處，距離連接焊縫20 cm以外的地方，在供水管和回水管上分別設置3處測試點，如圖3所示。每處測試點按設計要求粘貼高溫應變片，使用集成無線功能模塊的應變儀進行采集頻率、采集周期的設定以及應變數據采集和傳送，如圖4所示。在高溫應變片進行防水和防腐處理完成后，采用二次發泡將管道連接處進行保溫和防護處理。通過遠程計算機，設定采集頻率為每天1次，采集周期為5個月，并對應變片進行初始標定。通過云端管理軟件，查看和管理采集到的試驗數據。

3 試驗結果

試驗監測時間從2019年11月初開始至2020年3月底結束，共計145 d，獲得供水管軸向應變和溫度變化曲線如圖5所示，回水管應變和溫度變化曲線如圖6所示。

圖5顯示，供水管軸向應變隨管道工作溫度升高而增大，相同截面處軸向應變不均勻，頂部最大，西側最小，存在差異。圖5a)顯示頂部應變在56 d～60 d時出現較大變化，而此期間管道溫度并未出現大幅變化，說明引起該變化的原因不是溫度而是外部因素，經分析認為外部施工荷載引起管道產生垂直面內向下的彎曲變形是影響

應變曲線變化的主要原因。東西兩側應變曲線的變化規律較為一致，東側應變始終大于西側應變，兩者差值隨溫度升高有增大的趨勢，隨溫度降低有減小的趨勢，這表明管道在水平面內存在向東側彎曲變形，受溫度變化影響較為顯著。圖6顯示，回水管軸向應變隨管道工作溫度升高而增大，相同截面處軸向應變不均勻，頂部最大，東側最小，存在差異。圖6a)顯示頂部應變在39 d～60 d時出現較大變化，而此期間管道溫度并未出現大幅變化，經分析認為外部施工荷載、不均勻沉降等引起管道產生垂直面內向上的彎曲變形是影響應變曲線變化的主要原因。東西兩側應變曲線的變化規律較為一致，西側應變始終大于東側應變，兩者差值隨溫度升高有增大的趨勢，隨溫度降低有減小的趨勢，這表明管道在水平面內存在向西側彎曲變形，受溫度變化影響較為顯著。對比圖5和圖6后發現，管道軸向應變供水管處大于相同位置的回水管處，管道在垂直和水平方向都存在彎曲變形，這種變形是隨機的。管道軸向應變除受溫度影響以外，外力、不均勻沉降等外部因素也會引起較大變化，管道軸向應變較為復雜。

4 結語

直埋無補償供熱管道應變狀態較為復雜，相同截面不同位置處的軸向應變并不均勻，并受溫度和外部因素影響較大，其中外部因素引起的變化幅度更為明顯。管道存在彎曲變形，這種彎曲變形是隨機的，因此，在進行設計和施工時，要充分考慮以上因素，采取有效措施保證管道安裝時水平和垂直方向上的平直度，在土質不好的條件下，做好溝槽底部土層加固處理，同時管道沿線應避免受重載影響，設置提示牌并做好防護，以保證管道安全運行。