市政热力管道设计与施工技术的应用现状及优化方案

郭 彬

[太原热力设计院（有限公司）山西 太原 030000]

0 引言

市政工程作为城市功能的支撑，承担起了保障城市生命的重要作用，各种人们日常生活所需要的物质能源，都需要以市政工程中的构筑物和设施为载体，源源不断地被输送到市民的生活中。在城市供暖系统中，供热管线的施工问题是影响后期保温及供暖效果的主要因素。随着人民生活水平的不断提高，对城市供暖系统的建设提出了更高的要求。由于供热管线具有较高的耐蚀性，所以在安装和施工中必须加强保温，并对其进行防腐处理，必须监督施工的进行，以确保其安装和施工的质量。在相关文献中，程霞霞[1]提出了市政道路给排水管道施工中的常见问题及预防措施研究，表示给排水管道是市政基础设施建设领域的重点，该类管道的建设水平直接影响到居民的日常生活，同时也是城市建设状况的重要展现途径；韩得学[2]提出了市政热力管道设备工程施工中存在的问题及施工管理要点，表示提高供热项目建设管理的质量，既能提高整体工程的舒适程度，又能提高居民的居住品质。本文从设计安全要求、热力管道施工材料及热力管道施工与建筑物的距离，对市政热力管道设计的要点做出分析，总结现阶段市政热力管道施工技术应用现状，提出市政热力管道设计与施工技术的优化方案，采用热力管道直埋敷设技术进行城市供热改造施工。随着我国与国际接轨，与发达国家之间的城市建设差距越来越清晰，促使各行各业“上下求索”，努力在市政工程领域寻求更好的解决办法，以满足人民对热能的需要。

1 市政热力管道设计的要点分析

1.1 设计安全要求

城市供暖管线属于压力管道，主要用于输送高温水，因为管线内部的压力比较大，且管线上有很多附件、连接点，因此一旦发生故障很难发现泄漏点的位置[3]。若城市地下管线渗漏重新进行挖掘修复，将造成巨大的经济损失，同时也无法保证热力管道的安全，因此，应对设计和施工的质量要进行严格的控制，以保证供热项目的安全进行。

1.2 热力管道施工与建筑物的距离要求

在管线的建设工程中应格外注意热力管道施工点与建筑物的距离，要考虑如何不对建筑物的安全造成损害，防止腐蚀、沉降、震动和重压管道[4]。在中国住宅小区的规划和设计中均需符合以下原则：（1）热管与建筑物的最小水平间距：直接埋管2m，沟槽间距0.5m；（2）热管与建筑物地基的最小横向间距为0.5m，直埋管直径在小于或等于25cm 时沟槽为2m，直径大于30cm 时沟槽为3m，直埋式热管为5m。

1.3 热力管道施工材料的要求

材质。一般情况下，在设计热力管道中的外护管时都会采用黑色的夹克管，这是热力管道构成中最基础的材质，包括HDPE 外护管、聚氨基甲酸酯硬质泡沫保温管以及碳素钢管、无缝钢管，管材不得弯曲、锈蚀，无飞刺、重皮及凹凸不平现象。供热管道的质量是影响整个管道工程质量的重要因素，因此必须进行严格的管理，保证热力管道的质量合格，在管道材料送往工地时，要着重检查钢管的质量、聚乙烯外套管的质量以及聚氨酯保温层的质量，以方便后期施工[5]。在工程现场检查需热力管道的外观和厚度，保证管道的外观为黑色，外表和外部都不能有任何会影响其性能的凹槽。

参数要求。具体的热力管道施工材料参数如表1 所示。

表1 管道施工材料规格参数表

热力管道施工HDPE 外护管要求压力大于1.0MPa 表压和温度大于200℃的蒸汽管道、压力大于1.6MPa（G）和温度小于等于180℃的热水管道，应采用无缝钢管。压力小于1.6MPa（G）和温度小于200℃的聚氨酯甲酸酯硬质泡沫保温管管道，可采用无缝钢管或焊接钢管。室外采暖计算温度小于-5℃的地区，架空敷设的不连续运行的管道上，以及室外采暖计算温度＜-10℃的地区，架空敷设的管道上，均不应装设灰铸铁的设备和附件。室外采暖计算温度≤-30℃的地区，架空敷设的管道上，装设的阀门和附件应为钢制。

2 市政热力管道施工技术应用现状

2.1 施工准备阶段

（1）充分了解施工图纸、资料及相关资料，参加由业主组织的图纸评审和图纸交底，并留意图纸和场地是否相符，图纸尺寸、高程、工程量等是否有错误、遗漏或矛盾，并做好记录[6]。

（2）根据设计文件，现场条件，各工程的施工步骤和相关规定，工期要求以及相关指标，在项目正式开始之前，编制详细的工程计划。其中，总平面图应与场地地形相对相应，临时设施、临时排水的建设应避免对邻近建筑物、水利设施造成损害，并使其布局合理，方便施工和使用。此外，建筑施工现场的临时供电，包括动力用电和照明用电两部分，其用量按公式为：

式中，Pc为所有电力设备的额定功率消耗（kW），1.1 为电力不平衡系数，K1为所有电力设备的综合利用系数（取值0.6），Pa为室内灯具功率的总称，K2为室内灯具的综合利用系数，Pb为户外照明设备用电功率之和，K3为户外灯具采用的系数。在市政热力施工工地上，按照施工团队的工作模式，从电力消耗的90%来看，室内和室外的照明用电占10%，施工中主要利用现况道路作为施工道路。围挡封闭竖井，以此来保证行车通道的宽度和行人的安全，保证道路的通畅。

2.2 施工阶段管道安装流程

施工阶段管道安装工艺流程：沟槽开挖→基础施工→接口工作坑开挖→管道的安装、连接→阀门及补偿器的安装→灌水浸泡→管道试压→冲洗、消毒→回填。

开挖过程中，确定开挖宽度是施工的关键。计算出管沟的最小开挖宽度，再加上两边各20cm 的工作宽度，并按槽的深度和坡度来决定上口的开挖宽度[7]。沟底土基应确保其强度及稳定性，在机械开挖完成前，应留出20cm 距离以方便进行人工开挖。在开挖的过程中，为了确保土体的回填量，必须在一侧进行土方堆砌，以确保回填土够量，而剩余的土体则可以直接丢弃。地基土方开挖至设计高度后，用打腰桩对整个平原进行地基加固，并进行3 ∶7 的灰土垫层。在经过监理工程师的检验后铺上沙垫，经过检验才能进行管道安装[8]。混凝土衬砌与地基的容许误差和检测方法应按表2 中的具体规定进行。

表2 垫层与基础的允许偏差及检验方法

为便于施工，管道安装的螺旋缝钢管和无缝钢管运达工地后，应按设备和管件的位置进行排管，并在工地上对每个管子的长度进行测量，并标明其排列位置和具体尺寸。使用吊车下管，在下管时用尼龙绳吊起，在下管前要对每根管进行一次目测，防止不合格的管子下入沟中。机械下管时，管壁间距要超过2.5m，并在下沟之前将管中的杂物清理干净。在进行管道对接之前，必须先找到管口才能保证施工时保持平直，防止出现坡度不一、管道弯曲等问题。钢管在安装位置时的误差不超过2mm，在肉眼观察下不会有明显的波形和弯度。

阀门和补偿装置的安装必须便于使用，要保证其位置垂直。当弯头部位的角度超过150°时采用自然补偿结构，而在弯头处最好不采用法兰连接，最好的方式是采用焊接。在热管段的弯头构件补偿能力不足时，必须在管内安装补偿器。根据补偿装置的补偿能力将热力管线分段，并在每个分段中安装一个补偿装置，以补偿装置抵消热胀冷缩，避免应力的产生。预热长度计算为：

式中，L 为预热长度，m；A 为钢管横截面面积，单位；μ 为摩擦系数；g 为重力加速度，单位；M为单位长度保温管的质量，kg/m；MW为单位长度钢管内水的质量，kg/m。在需要补偿的情况下，可以采用正方形或套管型补偿器。为了确保补偿装置在安装过程中能够正常工作，必须在补偿装置的两边设置引导架；在此基础上，应考虑补偿器中线的方向性，以及补偿器中线与连接管线的中线是否一致。正方形补偿器组对时，焊缝的接缝应保持在两条竖直臂中间。

在热力管道灌水过程中，每隔48h 要进行一次灌水，并定期检查预留口、管接口是否漏水。如发现漏水应立即进行维修，并进行管道压力测试。采用提高水管内部水压的方法，检验其强度和密封性能：首先，将水管冲水12h，使水管中的水压维持在0.35MPa 左右，2h 后，观察各部分是否有漏水或异常情况。为了保证管道内部的压力，可以在试压过程中对管道进行补充，如果密封测试2h 之内没有泄漏，则可以通过。强度测试时，管道内的测试压力不得超过1.5 倍，不得低于0.5MPa。在管基础混凝土及接口养护期过后，通过水压测试，方可进行土方回填。

3 市政热力管道设计与施工技术的优化方案

与采用地区性锅炉供暖的城市热供相比，采用集中供暖系统进行城市热管建设，既可实现节能环保，又可节省空间和建设费用。而随着城市化进程的加快，很多国家都开始注重供暖设备的安装，这为市政热力工程的设计造成很大困难。目前供暖设备的安装成本高、安全性能差，为解决这一问题本文采用较先进的直埋技术，可有效解决施工困难。直埋技术的原理是在正式施工时使用高品质的供热管道，下埋时只需将暖气管的强度与相应的设备结合起来，就能保证热应力的正常产生，但这种技术较新，在我国的供热技术和安装环境中还有待进一步完善与研究，以确保该技术在国内城市供热工程中得到全面应用。

3.1 优化方案详细设计

3.1.1 施工前准备

在铺设市政热力管道之前，必须设计好整体施工图纸，同时收集资料，做好充分的准备工作。仔细检查后，发现问题所在并与有关部门沟通，特别要注意图纸上的尺寸和数据是否符合实际，及时记录下来。在设计具体工程时，要依据图纸所提供的资料，进行合理的设计和调整，并在一定程度上决定各个项目的工作协调，对各个环节进行适当的排序，以达到最佳效果。施工总图的编制要充分考虑到地形的真实情况，为施工的顺利进行而设置的临时设施不能对整个工程造成任何影响，并且要对施工场地进行合理划分，确保施工安全有序进行。

3.1.2 施工过程

直埋敷设施工工艺流程：测量放线→管沟开挖→管沟底放线→钢管、管路附件的检验与匹配→运管、下管→钢管对口焊口、检验→定位测量与定位→管道强度试验→管道保温→管沟回填→竣工验收。

在土方开挖前先进行人工挖掘，确定地下障碍物和原有管道的位置；土方开挖采取机械开挖，基坑留出20cm 用来进行人工清底。施工期间，不得超挖，以免影响基坑施工。钢管、预制的防腐管、管道附件等，需要经项目验收、监理工程师批准后方可出库。复合保温结构如图1 所示，即充分利用岩棉、硬质聚氨酯各自的特性，以适应实际情况。

图1 复合保温结构

在安装之前，应按设计要求检查管道的型号，并纠正管道的直度。精确测量管道，使管道安装时选用最小直径差的管口进行连接。在输送（或安装）过程中，不能破坏管道内预制防腐钢管和其他管件的保温层及保护层。现场采用机械下管，下管时起重机的型号是按保温钢管的重量，以及起重机转台中心到吊点之间的距离来决定的。

检验钢管接口时的对口工具必须使用外对口器组对，钢管对口后坚固垫支，防止焊接时出现错位和变形。管线回填土应达到设计标准，并检验焊接质量和焊缝射线检测是否合格。在进行保温之前，钢管的表面防锈应按《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923 的规定，去除污垢、铁锈和焊瘤的棱角、毛刺。涂塑钢管的防腐材质要经过周边环境的处理，以保证其清洁、干燥和通风。

为确保回填的速度和质量，在回填区内采取了分级砂石回填的方案。回填级配时，级配砂石的最大颗粒直径不得超过10cm，在单次虚铺40cm 厚度时，应先将回填的砂石全部找平，在回填区继续回填40cm 级配砂石，再用水沉法将级配砂石充分浸透。对距离路基1.5m 以内的回填土，采用水沉法进行回填，并采用平板振动夯实。在进行回填土之前，首先要确定回填体的最优含水量和最大干重，土中不得有混凝土块、树枝等杂物，需分层压实，虚铺15cm，顶板以上回填50cm，每一层压实20cm，严格按照市政工程的施工规程，层层压实，层层报验。

3.2 优化结果

由于市政热力管道的整体结构比较复杂，所以不仅要进行设计，还要将周边环境因素考虑在内。要对整个工地进行一次全面的调查，包括地形、建筑物的位置等各种因素影响，在施工前要避免出现问题，对工程全过程的造价控制造成影响，使成本控制处于一种动态的变化之中，从而影响到总成本。对于市政热力管道设计与施工技术的应用现状及优化方案，市政单位进行了较为简单的数据调研，并作出了详细的对比，结果如表3 所示。

表3 两种施工工艺比较

表3 中的数据并不能完全体现市政热力管道施工中的实际耗费，但主要费用基本涵盖，可以作为一个方案优化的参考数据。由表中可知，优化方案的合计费用要比原方案低很多，主要是主材费上的相差较大，因此整个方案的优化成本会降低。同时，设计者还需要充足的时间来对整体设计方案进行优化，有效提高施工效率，以达到最佳的使用效果。

4 结论

市政供热管线是一项重要的基础设施，其建设质量的好坏直接影响到居民的生活品质。本文研究了市政热力管道设计与施工技术的应用现状及优化方案，从设计安全要求、热力管道施工材料及热力管道施工与建筑物的距离，对市政热力管道设计的要点做出分析，总结现阶段市政热力管道施工技术应用现状，最后提出市政热力管道设计与施工技术的优化方案，采用热力管道直埋敷设技术进行城市供热改造施工。总而言之，优化设计要确保供热管道能够在使用的过程中安全运行，为城市居民提供良好的供暖服务，产生更好的经济效益和社会效益，促进行业的技术创新。