南水北調(diào)配套工程地埋鋼制管道合攏溫度選擇

□周玉濤

在河北省南水北調(diào)配套工程中，管道多采用地埋方式敷設(shè)，管材多選用承插連接的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管和球墨鑄鐵管。承插連接的管道能夠較好地適應(yīng)管道的軸向變化和偏轉(zhuǎn)變形，但是在工程穿越河流、公路、鐵路時，一般采用鋼制管道作為輸水管材。鋼管受溫度影響，將產(chǎn)生沿軸向和法向的脹縮，以軸向脹縮影響為明顯。溫度變化將使管道軸向長度變化，產(chǎn)生與其他管材承插接口處的間隙增大或者減小，如若處理不當(dāng)可能造成接口滲水?，F(xiàn)以河北省南水北調(diào)配套保滄干渠和邢清干渠為例進行理論分析，合理確定管道合攏溫度，并提出設(shè)計、施工技術(shù)要求。

1.工程運行環(huán)境溫度條件

保滄干渠和邢清干渠工程多為管道輸水，管徑一般在1.4m～2.2m 之間，一般段管頂以上覆土厚度為2m 左右，對于穿路、穿河段覆土厚度加大，管道環(huán)境溫度分析時取地面以下3.2m 的地溫資料。

查河北省地溫資料，保定地區(qū)全年平均地溫14.1℃，最低月平均地溫10.5℃，最高月平均地溫17.7℃。滄州市全年平均地溫14.0℃，最低月平均地溫10.5℃，最高月平均地溫17.5℃。邢臺市全年平均地溫15.6℃，最低月平均地溫12.3℃，最高月平均地溫18.8℃。

引江水經(jīng)長途輸送，隨著熱量的轉(zhuǎn)換，到達配套干渠進口時，溫度已基本同當(dāng)?shù)厮恢?。查閱冬季引黃、夏季水庫不同深度水溫等資料，夏季干渠進口水溫在17℃左右，冬季最低水溫在4℃左右。夏季，最高地溫與進口水溫基本一致，管道運行最高溫度為月均最高地溫。冬季，地溫高于水溫，考慮水在管道內(nèi)的輸送和熱量轉(zhuǎn)換，綜合確定配套工程管道運行最低溫度為低于最低月平均地溫2℃。

2.溫度變量計算及合攏焊接控制

對于直埋或者布設(shè)于箱涵內(nèi)的管道，溫度變化很小，為管道運行最高溫度與最低溫度的差值，變化區(qū)間在9℃左右，取其平均溫度為合攏溫度進行計算溫變量，分析工程的安全性。

保滄干渠穿越京廣鐵路和G107 公路，鋼管總長210m，其中上游直埋鋼管段45m，中間箱涵內(nèi)置鋼管長131.5m，下游直埋鋼管段 33.5m，鋼管直徑2200mm，壁厚22mm。以此為例，合攏溫度取13.1℃,最大冷縮量11.6mm，單側(cè)接頭位移量為5.8mm，低于承插口容許變形量，工程安全。計算按全長自由脹縮進行，工程實際中管道兩側(cè)還有78.5m長直埋鋼管段，能夠?qū)艿赖妮S向變形進行一定的約束，位移量將低于計算值，鋼管兩側(cè)的承插口能夠滿足脹縮要求。

通過典型段計算結(jié)果，工程設(shè)計中確定以管道運行最高、最低溫度值的平均值為合攏溫度。考慮近年來地溫的變化趨勢，確定保滄干渠、邢清干渠鋼管合攏溫度如下：保滄干渠12℃～15℃，邢清干渠13℃～16℃。

工程施工中，要求嚴(yán)格執(zhí)行《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》、《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》等規(guī)范和文件要求。當(dāng)工作環(huán)境的風(fēng)力大于5 級、雨、雪天或相對濕度大于90%時，要求采取保護措施施焊；焊接時，應(yīng)使焊縫可自由伸縮，并應(yīng)使焊口緩慢降溫；冬季焊接時，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度進行預(yù)熱處理,夏季焊接時，選擇低溫時段并考慮降溫措施。

3.結(jié)論

鋼管具有熱脹冷縮的特性，在溫度變化時引起位移的變化，為解決位移過大而影響工程使用，可采取通過約束限制變形、設(shè)置變形補償器或者綜合措施。目前鐵路部門的無縫軌道設(shè)計中，通過基礎(chǔ)約束和應(yīng)力釋放解決溫度變形作用。在水利工程中，采用伸縮節(jié)或者利用管道自身的彈性變形適應(yīng)溫度作用。一些大型鋼架結(jié)構(gòu)，通過控制合攏溫度解決施工中安裝和變形問題，例如國家體育館鳥巢施工中控制合攏溫度為24±2℃。

對于配套工程輸水埋地管道，年內(nèi)溫度變化平緩，通過控制合攏溫度，保證合攏焊縫焊接工藝，綜合考慮溫度變形和上下游的土體、混凝土構(gòu)筑物等對其的約束作用，不設(shè)置伸縮節(jié)完全能夠滿足工程安全運行要求。配套工程按以上設(shè)計要求進行施工，自2017 年通水運行以來，鋼管段與上下游管道接口處工作正常。□