简析大口径直埋供热管道施工工艺
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【摘要】近年多次接触大口径管道保温采用玻璃钢外护层的工程项目，并进行了Φ1220大口径管道玻璃钢外护保温管的工程实践，发现玻璃钢有许多优点，对大口径管道保温用它做保温外护,要优于高密度聚乙烯。为此，本文对高密度聚乙烯和玻璃钢两种外护用到大口径管道保温时的利与弊进行了分析，认为利用后者对大口径管道比较有利，建议优先选用。
1 直埋敷设管道的管段类型
直埋敷设供热管道根据管道变形及应力分布特点一般可分为过渡段、锚固段。
1.1 过渡段 过渡段的一端为固定端(指固定点、驻点或锚固点)，另一端为活动端(补偿器或弯头)，当管道温度变化时，能产生热位移。
在过渡段的活动端处，温度变化时管段基本处于自由伸缩状态，随着温度的不断升高，管段活动截面从活动端逐渐移向固定端，由于管段与周围土壤之间的摩擦力作用，管段热伸长受阻。随着管段活动截面逐渐接近固定端，摩擦阻力增加至与温升产生的热应力相等，该点管道截面受力平衡，管段不能再向活动端伸长，从而进入自然锚固状态，该点即为自然锚固点。过渡段中由于各点都有不同程度的热位移，热应力得到部分释放，因此过渡段的轴向热应力从活动端的零值逐渐增加至固定端的最大值。
1.2 锚固段 锚固段由于受土壤摩擦力的作用，管段热伸长受阻，当管道温度发生变化时，不产生热位移。在锚固段内管道的热伸长完全转变为轴向应力留存在管壁内，使该管段应力达到最大值。
2 直埋供热管道施工工艺
施工工艺：施工准备－管坑开挖－垫层施工－套管施工－供热管道防腐保温、安装－补偿器安装－水压试验－防腐保温修补－管坑回填－路面修复。
其中施工准备、供热管道安装、补偿器安装、水压试验、防腐保温、路面修复等工序跟架空管道施工工序施工方法相同，在此不在赘述，具体施工方法和技术措施参见架空管道施工部分内容。在这里主要叙述直埋管段管坑开挖、垫层施工和套管施工方法和技术措施。
2.1 直埋管段基坑开挖
2.1.1 基坑开挖采用挖掘机挖土，人工配合的方式进行。
2.1.2 基坑开挖支护 根据工程地质资料及现场的情况，基坑开挖深度较浅，采用4m钢板桩密支支护的方式进行基坑开挖。
2.1.3 管沟土方开挖及运输 ①根据本标段土质、地下水位、地下及地上构筑物以及施工环境等情况。沟槽的开挖采用直槽开挖的形式，挖掘机械采用2方斗容量的挖掘机，运输土方利用10T的自卸汽车配合。②开挖前设置探坑，以摸清地下管线的情况，深度不少于2m，管线复杂或情况不明时加密探坑，探出的地下管线必须请管线的业主单位至现场进行确认和交底，同时请管线的业主单位对管线保护方面等内容对我施工单位的施工进行指导，作好保护措施。③为加快工程进度，沟槽开挖及其它土方工程都以挖掘机施工为主，如有地下管线路段则只能用人工开挖，而挖到距设计标高20-30cm后由人工检平，避免超挖、扰动土基。需转运的土方采用自卸汽车运土。④基坑开挖时，尽量考虑土方平衡，以尽量减少土方外运的数量，土方平衡以详细的基坑断面平衡计算来实现，多余的弃土采取随挖随运走，以减少占用场地影响施工和交通。⑤基坑开挖分层、分段依次进行,层层下挖。⑥基坑开挖至接近底部时，留有一定厚度的保护层，一般0.2-0.3m，以保证不造成基底超挖，在基底底部施工前，分块依次挖除该层保护层。⑦钢板桩的打、拨采用机械施工，人工配合。
2.2 垫层施工 ①按垫层的结构尺寸，测量放样出垫层面标高，每4-5米设置高程控制桩。按垫层面标高挂线，人工摊铺垫层材料，检平垫层面，人工夯实或用打夯机夯压密实。垫层与槽底同宽。②砂垫层厚度按照设计要求。人工夯实或用打夯机夯压密实。
2.3 套管安装 ①垫层经过检验合格后，即可开始套管的安装，复测基础面标高符合设计规范要求后，在基础面上测量放样，测放出检查井的中心点及管道中线，根据检查井中心点及管道中线挂设管道边线，利用边线来控制管道的走向和高程。②按设计图纸要求，采用预制管构件，按设计管道尺寸、质量要求，验收预制管。预制管机械运输到现场基坑旁边，用汽车吊吊装到基坑底，人工配合管道就位、安装。③下管及安装从下游向上游进行。吊机下管时，由专人指挥，有明确、统一的指挥信号。放管时下降速度均匀，到达沟底时低速轻放。④下管以后，将管排好，然后对线校正。全井段管子移正垫平后，在管底两旁用石子楔稳不使移动。⑤管道稳定后，再复核一次流水高程，符合设计标高后才进行接管工作。
2.4 直埋供热管安装
2.4.1 直埋供热管道的坡度不宜小于2‰。高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。从干管直接引出分支管时，在分支管上应设固定墩或轴向补偿器或弯管补偿器，并应符合规定。
2.4.2 直埋管道上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。管道变径处(大小头)壁厚变化处，也应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。
2.4.3 管道焊接及附件等施工方法和技术措施详见架空管施工部分内容。
3 对大口径管道保温中玻璃钢外护层的优势
对管道保温成型，玻璃钢外护和聚乙烯外护同属两步法，但两者工艺不同。前者是先在工作钢管外表面扣摸发泡，然后再在泡沫保温层的外表面缠绕玻璃钢外护层。后者则是先制作聚乙烯套管，再把它套到工作钢管外，在形成的环形间浇注泡沫保温层。
由于工艺不同，玻璃钢外护除了可以避免聚乙烯在制作套管和“管中管”发泡中出现的弊病外，而且具有下列优势：①玻璃钢外护与聚氨酯同属于极性材料，有良好的粘结性能，可以实现工作管—保温层—外护层三位一体。据北京鼎超公司委托北京质检单位对Φ1020玻璃钢外护层聚氨酯泡沫塑料保温管剪切强度的实际测试，其轴向剪切强度达0.15Mpa，高于CJ/T114和CJ/T129两标准的要求(0.12Mpa)。②玻璃钢外护保温管可分段扣摸发泡，不仅泡沫密度均匀，而且避免了注泡时间过长，影响泡沫塑料的性能。③可以不加或少加支承环或支承块，减少或避免了冷桥对外护层寿命的影响。而且玻璃钢的耐温性高于高密度聚乙烯,偶遇冷桥，也不会影响玻璃钢的性能和寿命。④玻璃钢外护属开放式作业，便于对各工序做质量检查。例如“管中管”的发泡是否泡满，有否孔洞，很难检查。而玻璃钢外护系扣摸发泡，拆摸后一目了然。
关于现场保温补口问题，以前人们对玻璃钢的可靠性比较担心。通过近几年的攻关，技术有了发展，并已在高地下水位地区的大口径120℃高温水保温管工程应用考验，证明是成功的。
高密度聚乙烯外护对大口径管道的现场补口质量问题，到是成了问题。热熔接聚乙烯补口对中小口径管道效果较好，但对大口径管道，由于聚乙套袖壁厚、发硬，如遇稍有变形，熔接时，很难使套袖与母管聚乙烯两张皮紧贴粘牢。