大管徑直埋供熱管道設計方法初探

常慶梅

摘 ?要：根據環保政策，不斷更新的國內供暖管道中建設網絡化是重點，在管道建設和使用過程中，供熱管道建設活動轉向了半徑長、沿線大管徑。當大管徑直接埋在熱流道中時，施工技術必須科學地應用。本文分析了直埋所需的方法及直埋技術。

關鍵詞：大管徑;直埋;供熱管道設計

引言 ?隨著我國供熱行業的迅猛發展，規程適用已不足以滿足供熱網的實際需求，城市供熱網的最大管道超過DN500。同時，許多設計師認為該規程的適用范圍是限制直埋敷設，認為其過于保守。此觀點不正確，規程決定了可以計算和構造直埋敷設管道的條件。這種設計方法顯然都需要相應的值范圍，并且直埋敷設的能力取決于管道是否處于安全狀態。

一、直埋供熱管道的應力分析

1.分析應力。力作用引起的應力稱為一次性應力，靜態平衡條件的取決。當應力超過極限狀態時，管道會導致塑料無限流動，導致裂縫和破裂。位移效應可以是預定的位移或變形，例如管子熱膨脹或脫落。它們也可以是由位移或變形、軸向摩擦或土壤壓縮產生的力。位移引起的應力稱為二次應力，在一定的變形條件下，產生的變形總是減小，不會引起變形。當二次應力超過極限狀態時，鋼材料也會屈服，導致塑性變形而沒有無限塑性流動。此外，在沒有部分連接的管線的情況下，不管力或位移如何，都會產生應力集中;所得電壓稱為峰值電壓。峰值應力變化不大，但周期性變化的峰值應力會導致鋼的內部結構損壞，從而對管道造成部分疲勞損壞。

2.計算應力。管道承受地面一次應力和側向壓縮的二次應力計算。對于直埋管，如果管軸本身向遠離管尺寸的方向移動，則不能忽略新創建的管和土壤之間的摩擦。

二、直埋管道的失效分析

1.強度失效。（1）無限塑性流動。當內壓應力超過屈服強度時，會導致通道壁發生較大塑性變形，導致塑料無限流動，導致管道斷裂和破壞。回環變形。溫度應力在直管系統中起著關鍵作用。對于溫度不能完全釋放的情況，加熱過程會導致通道壁在軸向壓力應力下發生軸向塑性變形。當溫度降低時，管道壁在軸向拉伸應力下變形。當循環壓力和溫度的變化在管道運行過程中影響兩倍以上的屈服強度時，就會發生循環變形。（2）破壞疲勞。通常應力集中容易引起管件（例如彎頭、尺寸頭、三通）對于溫度和壓力產生變化，應力集中時產生的峰值應力僅在局部小區域引起循環塑性變形。首先，彈性區被包圍，沒有裂縫。在管道運行一段時間的第二次塑性變形中，鋼的損壞會導致強度疲勞。峰值電壓變化越大，疲勞引起的周期越短。

2.穩定失效。熱力管道承壓時，可能出現兩種不穩定。（1）整體。從整個管線的角度來看，管道屬于管接頭。當熱膨脹變形不能完全釋放時，軸向壓力最大，可能導致管道整體不穩定。（2）局部。根據管道部分，管道指壁厚。軸向應力會導致管子部分起皺，從而導致局部不穩定。（3）變形橢圓化。截面中的地面載荷和運輸載荷會導致管道表面橢圓變形，橢圓變形過大會導致管道損壞。

三、大管徑直埋供熱管道設計方法解析

1.大管徑直埋應力和穩定性分析。供熱管道應直接位于地下，并與土壤接觸，然后進行應力分析。對于土壤類型，管道（如黏土、沙子等）的摩擦和重力存在差異。這些因素直接導致管道的不同垂直土壓力系數。例如黏土體積為16.5～17.5KN每立方米，內摩擦角約為12度，硬質黏土、疏松細沙、密實的細沙分別為18～20KN、15～16KN、17.5～19KN每立方米，33度內摩擦角33度，計算土壤對供熱管道的影響時，也必須堅持兩項直埋規律。首先，大管徑的最大土壤壓力，其次是管道頂部，最后土壤壓力最小是管道兩側。其次，很明顯，鎮砂在均勻壓實作用，以保證熱水管道周圍的壓力壓實。除了外部土壓力外，管道內部負荷還會影響直埋時大管道的直徑。供給通道通常由三層材料構成，其中較大的徑向應力通常是壓力應力，三層供熱管道的徑向壓力最大，外部保護管的壓力比這小得多。最小壓力為管道保溫材料。然而，應用于熱管元件的壓力應力是相反的。

2.計算進行了分析壁厚和深度，為防止管道直埋發生變形，必須在布線前計算壁厚。計算應基于應力、穩定性、內應力等因素。計算時，請確保壁厚與壁厚之比偏差率成反比。除了厚壁預算，還必須將預算深度。這是因為深度會影響管道的縱向能力。管道溫度隨管道直徑加熱而升高，但管道熱仲長，隨著熱仲長升高，地面沉降增加，管道直徑方向壓力增大。管道直徑中應力作用，管道縱向失穩。

3.結合使用有補償與無補償鋪設的方法。對于大直徑熱水通道埋設，由于直徑的限制，工程師可以通過采取有效措施提高熱水通道中的縱向穩定性來避免問題。例如，所使用的修正推力根據管道中使用的固定墩推力而不同。130T推力時，指定的固定墩與彎頭20米距離，以便將固定墩的壓力改變10T。50T推力時，必須確保其兩者15米距離，以便將固定墩改變20T推力。有補償直埋需要通過彈性的鋪設減小用于將管道直接輸送到熱通道的坡度變化范圍，以便在城市下有大量障礙物和復雜有補償直埋網的情況下，使用深埋預算和分段鋪設地完成鋪設。

四、結語

使用供熱管道大管徑直埋鋪設敷有較長時間，但考慮到各地區地下管網的復雜性和復雜的地形環境，有關人員應在敷設前進行現場勘察，管道應力，管道本身的穩定性等，科學計算理論保證供熱技術的直埋鋪設僅從理論上分析具體設計過程中需要的內容。

參考文獻：

[1] 張保聰.基于管土接觸特性的頂進力計算模型分析[J].巖土工程學報，2019，39（02）：244-249.

[2]張聽松.考慮泥漿觸變性和管土接觸特性的頂管摩阻力公式[J].巖土工程學報.2019，39（11）：2043-2049.

[3]李振忠.三種不同管土相互作用模型在觸地區立管運動模擬中的比較研究[J].海洋工程.2019，36（03）：33-42.

[4]王斌黎.大管徑直埋供熱管道設計方法初探[J].區域供熱，2020，（3）：19 21.

[5]王平義.直埋供熱管道強度設計方法及安裝方式[J].區域供熱，2019，（4）：3 8.

[6]馬清.大管徑直埋供熱管道的預應力直埋敷設[J].煤氣與熱力，2020，（2）：188 190.