采用电热熔连接的聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管能很好地解决传统混凝土管材的接口易渗漏、安装困难、耐久性差等弊端，近年来在许多工程应用中取得了良好效果，但也存在一些尚待解决的问题。对于其管道与热力管沟线位交叉时的垂直和水平净距的问题，不同的工程标准对上述净距的规定不统一，且没有提出详细的隔热措施设计方法，因此在工程中执行困难。本文基于结构设计，结合传热理论分析，提出一种有理论依据的隔热构造设计方法。

按照《城镇给水排水技术规范》（GB 50788-2012）的规定，排水干管的设计使用年限不应低于50年^[1]，为了达到这一目标并杜绝因管道内水外渗造成对路基和环境的不利影响，需在管道闭水能力、安装可靠性和管材的耐久性方面加以提高，其关键在于合理选择管材及其接口型式。传统的混凝土管材在应用中存在一些问题，管径600mm以下的管道由于壁厚薄，往往不能满足闭水要求；大管径管道由于重量大，施工时接口安装不易承插到位，接口处橡胶圈易滚动变形，容易发生渗漏；混凝土管道耐久性不佳，埋地污水管道不到50年就很容易发生明显腐蚀破坏。应用新型管材能很好地克服上述问题。早在《北京市推广、限制和禁止使用建筑材料目录（2014年版）》中已推广使用聚乙烯缠绕结构壁管（B型），使用范围为建筑和市政排水工程，这种管材环向刚度、柔度均佳，易控制再生料的掺入，耐久性好，管道接口可靠，管道电大容接口示意见图1。近年在北京大兴机场、一些旧城改造项目中应用，并取得了良好的效果。

虽然聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管有诸多优点，但是在应用中也存在一些问题，例如与热力管道的净距问题。热塑制造的塑料排水管道的弱点是对高温敏感，而在市政工程中难免与埋地热力管沟邻近或平面走向交叉。聚乙烯缠绕结构壁管（B型）的生产方式为用高密度聚乙烯原料热态缠绕成型，生产出料口温度为180℃，因此高温会影响管材耐久性以致结构抗力。目前各工程标准中对耐热安全距离的解决办法都是保持净距，或者净距不足时加套管。管线的合理净距是隔热措施的条件，既影响传热的距离，又决定着隔热措施的尺寸大小和构造形式。但不同标准中对水平净距的规定已有明显差别，垂直净距甚至在数量级上也不同。《埋地塑料排水管道工程技术规程》（GJJ 143-2010）明确考虑了安全距离，规定塑料排水管与直埋热水管和蒸汽管的水平净距分别为1.5m和2m，垂直净距1m，或垂直净距0.5m时加套管；与热力管沟外壁水平净距1.5m，垂直净距0.5m^[2]。《城市工程管线综合规划规范》（GB 50298-2016）规定排水管与直埋热力管水平净距1.5 m，垂直净距仅0.15 m^[3]，并要求净距不满足时加套管。《城镇供热管网设计规范》（GJJ 34-2010)^[4]的规定与《城市工程管线综合规划规范》相同。在管线定位的步骤需执行GB 50298-2016，一旦出现与埋地热力管沟交叉的情况，就很可能存在满足0.15 m净距而不满足1 m净距的矛盾。在工程中可能出现这种情况：排水管道是重力流，不能纵向反坡，所以难以局部调整管道高程。更加棘手的是，如果邻近的热力管、沟是现况管道，就会出现现况管道难改线，排水管道调整余地也极小的两难情况。

针对上述规定，综合考虑尺寸，当净距不足0.15m时，已经几乎没有空间可用于加套管，且套管本身存在导热的问题。把上述问题归纳为3条：(1)隔热安全净距的规定不统一、不细化，没有针对不同管材的数据；(2)隔热安全净距的规定与传热情况不符，热力管沟向四周散热，然而部分标准的垂直安全净距比水平净距小一个数量级，需要结合传热理论予以复核；(3)欠缺具体的隔热构造设计方法。

本文通过探讨聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管与热力管、沟交叉的隔热净距问题，阐明理论依据，并提出成本较低的隔热构造措施。

《埋地塑料排水管道工程技术规程》（CJJ 143-2010）涵盖了多种埋地塑料管，对净距的规定原则应为各种管材的最小公倍数。《城市工程管线综合规划规范》（GB 50298-2016）中规定垂直净距0.15m，没有针对埋地塑料排水管进行专门的规定，应是基于传统的混凝土管材的数据。在工程设计中参照的国标、行业标准主要是上述2部，通过比较已经揭示出来了相关问题。由于检查井的平面位置有沿管道纵向调整的余地，可以在空间上规避，因此本文的探讨针对管道。

埋地塑料排水管道的外部温度条件主要包括地温和邻近的供热管线传热2个因素。对于地温因素，根据经验统计，地面冻深线以下的土壤温度基本恒定在14～16℃，且不受季节影响。冻深线以下大约每加深100m地温仅升高约1℃，因此在工程中可以认为地温是恒定的。对于热力管沟传热因素，在目前的市政设施之中既有直埋管道也有热力沟，即便考虑保温层的作用，二者外表面温度都高于地温。参考GJJ 143-2010条文：“根据《传热学》计算在保证热力管外壁温度不超过60℃的前提下，距离1m以外土壤温度远低于40℃”。可知上述2个温度因素不是数字累加的关系。热力管沟还包括综合管廊的情况，其热力舱内部温度上限控制在40℃，舱内一旦升温超过限值，监控系统会自动报警至监控中心，随即启动风机换气降温。又根据《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838-2015)^[5]的相关规定：“管道及附件保温结构的表面温度不得超过50℃”。因此既便按照舱室最高温度考虑，传热至外防水保护层外皮的温度必然低于50℃。

埋地塑料排水管道的内部温度条件主要影响因素是管道内水的温度，包括了雨水和污水，由于雨水是常温状态，因此主要影响因素是污水的温度。根据《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ 343-2010），排入市政管线的污水水温上限为40℃^[6]。

归纳前述温度数据，在正常工况的条件下，热力管、沟外壁温度上限为60℃是能涵盖各种情况的。

埋地聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管耐热性能主要包括高温下抗变形能力和高温下结构承载力不明显降低两个方面，其控制指标体现于最高温度限值。最高温度限值又可以分为长期工作温度和能承受的瞬时最高温度。各设计标准、产品标准都以长期工作温度或管材存储温度作为控制指标，而不给出管材能承受的瞬时最高温度，这说明在工程中应以正常使用工况对应的长期工作温度作为控制耐热性能的指标。

各种塑料管材的原材料不同，耐热性能是有区别的。针对聚乙烯缠绕结构壁管（B型）的原材料，对比各种相关、相近的标准，对全面了解其耐热性能具有参考意义。《埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第2部分：聚乙烯缠绕结构壁管材》（GB/T19472.1-2019)^[7]规定：“本部分规定的管材、管件适用于长期工作温度在45℃以下的埋地排水、排污管道”。参考埋地聚乙烯（PE）给水管的行业标准^[8]，正常工作、材料堆放等温度上限是40℃。即使不超过上限，由于管材对温度敏感，因此要考虑工作温度折减，在20℃时折减系数为1.0，随着温度升高，在管道的50年结构设计使用年限的前提下，管道抗力、最大容许工作压力均不断降低。因为排水管道不涉及最大容许工作压力问题，上述给水管道的情况仅可作为参考。参考高密度聚乙烯排水管施工与验收的北京市地方标准^[9]，管材运输及存储的温度上限是45℃。又在多个工程之中调查全国不同产地的埋地聚乙烯缠绕结构壁管（B型），长期工作温度上限最低为40℃，部分产品能承受的瞬时的最高温度为70℃。

上述各种标准普遍采用40℃或略高的温度作为管材长期工作温度上限，这和排入市政管线的污水水温上限吻合。各标准之中未将瞬时最高温度作为耐热标准的原因比较明显，其一，瞬时没有时间限值的标准，对管材的影响无法量化；其二，引发瞬时高温的因素是偶然的情况，对应事故情况，如为内水水温超出排入市政管线的污水水温上限等。因此瞬时高温属于应急处理范畴，而不是正常使用工况。综上所述，将长期工作温度上限设定为40℃均可满足各个标准的要求，可以作为隔热设计时的管材耐热限值，这也符合管材本身的耐热、耐久性能。

热量传递有3种基本方式：导热、对流和辐射^[10]。埋地热力管、沟通过土体及隔热构造向排水管传热，在极小的净距内，塑料排水管所加的隔热构造应为包裹的形式，不存在内部空间，所以可以认为不存在内部空间的表面换热。土体和隔热构造材料的内部都存在一些微小孔隙，在孔隙内除导热外，还有对流和辐射换热存在。由于隔热材料的孔隙微小，对流和辐射换热量所占比例很小。工程设计取值按偏安全考虑，因此可以忽略其对流和辐射换热。又由于土体的情况比较复杂，因此做如下的进一步分析。

热力管沟外表面与埋地聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管之间，第一层导热物质是土壤。土壤中的热传导过程很复杂，而且一直处于变动状态。土壤包含固体、液体、气体三相物质组成。土壤传热主要包括两个交错进行的过程：一是通过空隙中空气或水分传导；二是通过固相之间接触点直接传导^[11]。气体导热率最小；固体物质导热率大，其中又以矿物质导热率最大；液体介于两者之间。比如，土壤中水的导热率比空气大25倍，矿物质比空气大100倍。由于土壤中的水分总是处于变动状态，所以气体、液体两相比例不停地交替变化。当土壤干燥时，土粒间的孔隙被空气充斥，导热率就小；当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占据，导热率増大。土壤固相之中的矿物质含量随机性大很大，不同位置的情况也是千差万别，因此导热率也是随机的。综上考虑三相物质，虽然在某一地区可以推导土体一维传热方程并统计土体热扩散系数，但是这属于整体地区的估算，不能解决在工程中面临的局部土体情况。因此，不论管、沟周围是回填土还是原状土，当隔热净距很小时，土壤传热变化因素是随机的，并且降温效果很小，因此忽略很小净距的土壤中的温度降低，并不影响隔热设计的安全性。

如前文所述，隔热设计是利用隔热材料的热阻降低导热后的温度，只需计算隔热构造中的导热传热，因此可以运用一维稳定传热的原理。管道为圆管壁作为换热面，不属于平壁换热，导热原理示意见图2^[12]。

图2中λ为导热系数，单位是W/（m·K）；每层材料的厚度为d；热阻为R，单位是m²·K/W;t₁和t₂是隔热构造两端的温度；r₁和r₂为隔热构造内、外的半径；l为圆管长度，可取单位长度计算。参考《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-2016)^[13]以及热工学^[14]，当有多层隔热材料时，通过整个圆管壁面的热流量Φ计算见式（1):

依据上述理论分析仅举例一种隔热构造设计方法，可因地制宜，采用各种合适的材料。部分工程标准推荐套管作为隔热保护构造，套管优点是：采用成品管材作为套管可以减少现场制作的工作量。缺点比较明显：存在套管内管道的固定问题，如果套管较小就无法在其内部安装固定支架，如套管增大则不能满足工程中的净距要求。相比而言，包封式隔热构造不存在内部管道固定的问题，尺寸小、节省空间，能满足解决较小净距的要求，因此作为示例做法。包封分两层材料，内层为聚氨酯泡沫塑料板，可适应管道外表面形状，包裹紧密，其厚度d₁由圆管壁传热计算推导，其导热系数为0.033 W/（m·K)^[15]；外层为钢筋混凝土，导热系数为1.74W/（m·K），这既是一层隔热材料，又可承受外荷载。钢筋混凝土层的厚度可以随受力条件调整，本文示例其厚度d₂为250mm，管道公称直径为1 800mm，示意见图3。

任何保温、隔热层都会存在热损失这一物理现象，因此需要先确定热损失的标准。《设备及管道绝热技术通则》（GB/T 4272-2008)^[16]没有直接针对本文论述情况的数值。根据工程经验，考虑城市道路下市政排水管道管径都不小于300 mm，取最不利数值DN300管道对应的最小热损失28 W/m²代入计算。根据前文论述，t₃为60℃，t₁为40℃，t₂为经过钢筋混凝土层隔热后的材料表面温度。为了简化公式表达，将圆管壁内半径r₁简化为900mm计算，l取单位长度，隔热层厚度d₁计算见式（2）～式（4）。

数值代入式（2）～式（4）可以求出d₁约为142mm，其厚度可取整数为150mm。

探讨了埋地聚乙烯缠绕结构壁管（B型）排水管与热力管沟交叉的净距问题，提出了一种借鉴工程传热学的隔热构造设计方法，要点如下：(1)可参考传热学的圆管壁导热原理对隔热构造进行设计、计算；(2)当管线净距很小时，隔热构造采用包封的形式便利可行；(3)对于埋地塑料管进行隔热保护，0.15 m的垂直净距是不够的，在有包封的情况下也需要约0.5m，《埋地塑料排水管道工程技术规程》（CJJ 143-2010）的规定合理；(4)确定水平安全净距尚须考虑管线安全、基坑支护等多重因素，在理想条件下，可以参考垂直净距的数值；当各种条件不利时，1.5m尚且不够。

从本文的论题出发，提出如下几点建议：(1)应当充分重视埋地管线的耐久性和渗漏问题：由于管材的耐久性不足和接口构造等问题造成排水管网的沿途漏失，会污染土体和地下水，污染环境；还会破坏城市道路路基，造成城市中的安全隐患；(2)在城市建设中应用埋地塑料结构，这是一种有应用前景的新型结构，其可以和传统的结构形式互补短长，塑料结构尚有许多技术问题须要发现和研究；(3)城市建设本身具有极强的综合性，需采用交叉学科的方法解决问题。比如受力计算不能解决隔热包封的设计问题，必须拓展设计思路。