摘 要

摘　要：結合工程實例，對DN l000mm直埋熱水供熱管道穿越河流關鍵設計內容進行了探討，涉及安裝方式的選取、施工方案、工作鋼管壁厚計算、抗浮驗算、直埋彎頭強度驗算等。關鍵詞：

摘　要：結合工程實例，對DN l000mm直埋熱水供熱管道穿越河流關鍵設計內容進行了探討，涉及安裝方式的選取、施工方案、工作鋼管壁厚計算、抗浮驗算、直埋彎頭強度驗算等。

關鍵詞：供熱管道  穿越河流  預應力安裝  抗浮驗算  直埋彎頭

Key Design Contents of River Crossing of Large Diameter Directly Buried Heating Pipeline

Abstract：Combined with all engineering exampie，the key design contents of river crossing of DN l000mm directly buried hot water heating pipeline are discussed．The contents involve the selection of installation mode．construction scheme，wall thickness calculation of work steel pipe，anti-floating checking，strength checking of directly buried elbow and so on．

Keywords：heating pipeline；river crossing；prestressed installation；anti-floating checking；directly buried elbow

 

1　工程概況

某供熱管網工程設計壓力為l.6MPa，設汁供、回水溫度為130、70℃，管徑為DN l000mm預制直埋保溫管(工作鋼管材質為Q2358，絕熱層為聚氨酯硬質泡沫塑料，保護層采用高密度聚乙烯外套管)。供熱管道由熱源引出后自西向東敷設至該市河東區(qū)，根據現(xiàn)場踏勘結果，供熱管道需要穿越汾河河道。根據當?shù)叵嚓P部門的要求，過河管道的建設不能影響河道的河勢穩(wěn)定和行洪能力，也不能影響城市景觀。

2　關鍵設計內容

①安裝方式的選取

過河供熱管道的布置見圖1。為減少管網中補償器數(shù)量，降低泄漏的危險，該工程選用直埋無補償敷設。直埋無補償敷設分為冷安裝、預應力安裝方式，其中預應力安裝方式可分為預熱安裝、一次性補償器安裝方式^[1-2]。對于分支較少，地下障礙較少，地勢平坦，地質條件較好的熱水供熱系統(tǒng)，推薦采用冷安裝方式。而該工程地形復雜，起伏大，地質條件不佳，加之管徑較大，易出現(xiàn)局部失穩(wěn)。若采用冷安裝方式，難度大、成本高，因此我們決定采用預熱安裝方式。在管道中設置一次性補償器，管道焊接后，除一次性補償器附近管溝外，其他管溝立即回填。在首次加熱過程中，當一次性補償器的補償量達到補償管段所要提前釋放的熱膨脹量時，把一次性補償器焊死，完成管道的整體焊接。

 

②施工方案

施工期為枯水季節(jié)，施工步驟為：設置圍堰，開挖管溝；夯實溝底；溝底鋪設300mm厚底層砂；下管；縱向組對；調直或調彎；焊接管道；焊縫探傷(超聲波或X射線)；壓力試驗；凹填300mm厚細砂；細砂上回填300mm厚碎石；為保證供熱管道在汛期安全穩(wěn)定，將厚度為500mm的鍍鋅鋼絲石籠網(俗稱鉛絲石籠網)鋪設在回填碎石上；修復河道。

地質報告顯示，溝底土質以砂石居多，能夠避免管基受到擾動，因此不必再鋪設天然級配砂石，降低了工程造價。若鉤底土質以淤泥居多，應在溝底鋪設天然級配砂石，一是防止洪水來臨時溝底混漿、塌方，甚至出現(xiàn)漂管；二是避免管基受到擾動，導致承載力下降。

管道底部及周圍填砂對保證工程質量、延長供熱管道壽命有著重要意義：首先可有效提供對垂直荷載的支撐，與回填土相比，減小了預制直埋保溫管保溫層的垂直受力。其次，填砂可以起到均壓作用，還可保證回填質量，防止垃圾土、堅硬石塊、礫石等直接作用于預制直埋保溫管外殼。

充分考慮安全余量，迎沖刷面的鍍鋅鋼絲石籠網比管溝邊緣長3.6m，背沖刷面的鍍鋅鋼絲石籠網比管溝邊緣長3m。經過水流頻繁沖刷，迎沖刷面一側比管溝邊緣長出的鍍鋅鋼絲石籠網將向下彎曲，能夠保護供熱管道。鍍鋅鋼絲石籠網選用優(yōu)質鍍鋅鋼絲，石籠內碼放卵石，要求單塊粒徑為l00～200mm。

③工作鋼管壁厚計算

根據CJJ／T 8l—98《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》，滿足內壓要求的計算壁厚dC的計算式為：

 

式中dC——滿足內壓要求的計算壁厚，mm

dt——工作鋼管的理論計算壁厚，mm

dadd——工作鋼管壁厚附加值，mm

pD——設計壓力，MPa，為l.6MPa

Do——工作鋼管外直徑，mm，為l020mm

sall——鋼材在計算溫度(130℃)下的基本許用應力，MPa，Q2358鋼材在20～200℃下的基本許用應力為l25MPa

j——基本許用應力修正系數(shù)，取1.0

c——壁厚負偏差系數(shù)，取0.2

由式(1)～(3)可計算得到滿足內壓要求的計算壁厚dC為7.8mm，即工作鋼管的取用壁厚不得小于7.8mm。為確保過河管道的安全，工作鋼管的壁厚取13mm。

④抗浮驗算

為了克服浮力對管道產生的影響，保證管道的穩(wěn)定性，需要進行抗浮驗算，滿足以下判別條件：

WP+Ws≥F              (4)

式中WP——單位長度預制直埋保溫管自身結構重量(不含管內供熱介質)，N／m

Ws——單位長度預制直埋保溫管管頂覆土重量，N／m

F——單位長度預制直埋保溫管完全浸沒時所受浮力，N／m

單位長度預制直埋保溫管完全浸沒時所受浮力F的計算式為：

 

式中r——水的密度，kg／m³

g——重力加速度，m／s²，取9.8m／s²

do——預制直埋保溫管PE管外直徑，m，取1.155m

由式(5)可計算得，單位長度預制直埋保溫管完全浸沒時所受浮力為l0263 N／m。

單位長度預制直埋保溫管自身結構重量Wp的計算式為：

 

式中Wsum——單位長度預制直埋保溫管總重量(含管內供熱介質)，N／m，取l0402N／m

Ww——單位長度預制直埋保溫管內水的重量，N／m

Di——工作鋼管內直徑，m，為0.994m

由式(6)、(7)可計算得，單位長度預制直埋保溫管自身結構重量為2801N／m。

單位長度預制直埋保溫管管頂覆土重量Ws的計算式為：

Ws＝rsghb　　              　    (8)

式中rs——覆土密度，kg／m³，取1800 kg／m³

h——覆土深度，m，取2m

b——覆土寬度，m，取l.155m

由式(8)計算得，單位長度預制直埋保溫管管頂覆土重量為40748N／m。由式(4)可知，設計滿足抗浮驗算判定條件。

⑤直埋彎頭強度驗算

西岸點A處的豎向彎頭轉角達171°，強度驗算尤為關鍵。根據安定性理論，點A處的豎向彎頭應力強度判別式為：

 

式中sbt——彎頭在彎矩作用下最大環(huán)向應力變化幅度，MPa

spt——彎頭在內壓作用下彎頭頂(底)部的環(huán)向應力，MPa

bb——彎頭平面彎曲環(huán)向應力加強系數(shù)，取值見表1

M——彎頭的彎矩變化范圍，N·m，計算方法參考CJJ／T 81—98

Rbo——彎頭的外半徑，m

Ib——彎頭橫截面的慣性矩，m⁴

l——彎頭的尺寸系數(shù)，取值見表l

RC——彎頭的計算曲率半徑，m

db——彎頭的壁厚，m，取0.01375m

Rbm——彎頭橫截面的平均半徑，m

Rbi——彎頭的內半徑，m

 

當彎頭的計算曲率半徑RC分別取6、10、15、20m時，由式(9)～(17)得到的彎頭強度驗算結果見表2.充分考慮安全余量，彎頭的曲率半徑宜選取20m。

 

3　結語

對于大管徑供熱管道穿越河道工程，應根據不同安裝方式的具體特點進行科學計算，嚴謹設計，實現(xiàn)供熱管道的安全運行。

 

參考文獻：

[1]王飛，張建偉.直埋供熱管道工程設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：100-105.

[2]臧洪泉，李曉恭，崔凱，等.穿越河流的熱水供熱管道設計計算[J].煤氣與熱力，2013，33(4)：A18-A20.

 

本文作者：李毅

作者單位：太原市市政工程設計研究院