浅析供水管道穿插HDPE管内衬修复技术

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摘要: HDPE管穿插修复旧管道技术是近几年从国外引进的先进管道修复技术，对腐蚀严重或泄露的旧铁管和钢管，内衬HDPE构成结构性复合管，可达到恢复管线功能、延长使用寿命的目的。性能优异的HDPE管能大幅度地提高在线旧管道的承压能力、耐腐蚀性能和输送能力，而其成本仅为钢管的40%左右。因此，内衬HDPE管来修复在线旧管道，具有明显的经济效益和社会效益。 本文结合长沙市某水厂原水管修复实例,介绍了HDPE管穿插修复技术的原理、施工工艺、主要工序及其技术指标等方面。结果证明,采用内穿插hdpe管修复在役大口径给水管道或与其内径一致的铸铁管、钢管及其他管材时,能够有效提高管道强度,延长管道使用寿命。

关键词:HDPE管;给水管道;修复技术

中图分类号：TU991.36文献标识码： A 文章编号：

1工程概况

长沙市某水厂DN800原水管,总长约为5300m,管材为预应力水泥管,由于原管道基础较差,且使用时间较长,老化严重,爆管事故频繁,损失巨大。该管顶覆土为1.2～6.0m,由于城区的扩建,该管线有很大一部分被居民区、公园、道路等覆盖,情况非常复杂。若埋设新管,需要拆迁大面积民房、破坏大面积绿地,并横穿多条主干道,施工难度大,且投资高,工期长,更有甚者有些地方根本无法开挖。通过多方论证比较,决定采用内穿插HDPE管修复技术。

由于该管道内径差别较大(最大为812mm,最小为785mm),导致部分管段衬管与原管无法紧贴,另外焊接后待穿插的HDPE管需占用较大空间,在市区需封闭部分车道,为慎重起见,确定以DN800原水管国光村段(长约1102m)为施工区域。

2 管道内穿插修复技术及施工工艺的确定

2.1管道内穿插修复方法的确定

管道内穿插高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)管修复技术,是利用原管道的外能抗冲击、内能承压力,以及内衬管耐腐蚀、耐磨损、耐高温、寿命长等特点,形成“管中管”复合结构,使得修复后的管道具备原管和内衬管的综合特性。根据缩径方法的区别可分为两种不同的方法:①“U”型法。用缩径机对等于或略大于原管内径的HDPE衬管进行缩径,并定型为“U”型,然后将其缓慢拉入清洗处理好的目标管道,借助于气压或水压帮助衬管恢复。②等径压缩法。对等于或略大于原管内径的HDPE衬管经多级等径压缩,然后将其缓慢拉入清洗处理好的目标管道,24h后HDPE管缓慢自行恢复。通过方案比较,确定该工程采用等径压缩法。

2.2施工工艺

首先进行DN800原水管道的管线定位,然后根据工程实际情况制定合理的施工方案,具体见图1。

图1 施工工艺流程

2.3主要工序

① 管线定位。先用探地雷达对管线走向进行探测,第一个节点开挖后用自动爬行的摄像机器人(CCTV)从第一个节点开始,从管道内部确定其位置、内径及在地面上难以查找的弯头等节点的准确位置。

② 管道清洗。采用PIG物理清洗技术对原管道进行清洗,对于少量坚固的积垢和障碍物,则可用“拉皮牛”的方法继续清洗。管道清洗后用CCTV成像系统检查清洗效果,这道工序是内穿插HDPE管修复技术的一个重要环节,清洗效果是决定HDPE管能否在衬入过程中不被划伤,保证修复后管道安全运行的关键因素之一。

③ HDPE管焊接。用专用设备热熔焊机对衬管进行对接并检查质量,对接过程应严格把握对接温度、压力、时间等参数,焊接时各参数的合理选取是决定接口质量的重要因素之一。因此对每道焊缝进行编号并记录焊接参数及质量。焊接后对HDPE管进行压力为0.1MPa的气密性试验,检查HDPE管焊缝的严密性。

④ 穿插试验。管道清洗的效果将直接影响HDPE管的穿插质量,因此在正式穿插前进行穿插试验。穿插试验段划痕深度≤1mm、穿插阻力≤150kN/km时,清洗合格。

⑤ 衬管穿插。用缩径机对衬管进行四级等径均匀缩径,缩径范围控制在5%～12%,将牵引头固定在完成缩径的HDPE管首端,用绞车通过缆绳将HDPE管缓慢拉入原管道,牵引速度控制在15～18m/min,牵引力小于HDPE管屈服强度的50%。管道穿插完毕后,再次用CCTV检查衬管的恢复情况,保证穿插的质量。

⑥ 接头处理。在进行衬管穿插时,每个穿插段HDPE管的长度应有一定的余量(穿入端和出口端的余量均为12m),衬管衬贴完毕后在端口处焊接复合法兰,相邻管段或管件用活套法兰以螺栓连接。

⑦ 各管段修复完成后,再按《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97)分段进行强度与严密性试验。

2.4穿插段长度的确定

一般以两个配件之间的长度作为一个穿插段,但当弯头角度较小且间距不长时,可考虑直接穿过弯头而不用分段,但一般不能连续穿过两个弯头。对于直管段,据查相关资料,DN800管道一次性可穿插1000m,但给水管道两配件间的距离很少达到1000m。因此内穿插管段长度主要取决于管道配件的密集程度。根据实际情况,确定施工管道共分为6个穿插段,最小穿插段为93m,最长穿插段为361m。穿插分段情况见表1。

表1 分段穿插情况

3 内衬HDPE管壁厚及管径的确定

通过计算,此次DN800的水泥管修复采用厚为7～12mm的内衬HDPE管即可满足生产要求。考虑到原DN800水泥管与穿插的HDPE管寿命不同步,且原管各管段内径差别较大,衬管采用最小内径(785mm)定制,但在内径较大管段内,衬管与原管无法紧贴。为解决上述问题,该工程采用衬管上限壁厚,以提高HDPE管承压耐压能力,即使作为支撑骨架的水泥管局部破裂后,HDPE管也能安全运行。经分析,确定该工程采用壁厚为12mm的HDPE管。

4 技术优缺点

4.1优点

① 施工时间短。按传统“大开挖”施工约需35 d/km,采用HDPE管修复只需23 d/km,HDPE管定制可在管道冲洗期间于工厂内制作,不需另外占用时间。

② 开挖土方少。采用传统“大开挖”作业方式,需开挖土方量在6600m3/km以上;采用HDPE管修复只需开挖工作坑,工作坑数量取决于穿插段的数量(只需在穿插段节点进行开挖),每个工作坑的开挖量约90m3。

③ 费用低。采用内穿插HDPE管修复技术的费用约是传统“大开挖”施工的55%。

④ HDPE管具有较好的化学稳定性,不易腐蚀和结垢,也不会滋生细菌、微生物或藻类。

⑤ 增加输送能力。管线修复后内径虽减小24mm,但其粗糙系数(0.01)较低而使输送能力有较大提高。

⑥ 优良的耐磨性能。水中掺沙耐磨试验结果显示,HDPE管的耐磨能力约为钢管的4倍。

⑦ 良好的抗冲击性能。HDPE管具有较好的承压能力,使得经内衬修复后的原管道承压能力大大提高。试验证明衬有8mm壁厚HDPE管的钢管可承受7MPa的压力,而未衬HDPE管的钢管只能承受5MPa的压力,承压能力明显提高。

⑧ 使用寿命长,一般可达50年。

4.2缺点

① 衬管存在卡管的风险。由于等径压缩量(约为5%～12%)较小,在原管错口严重或穿插段内有弯头未被发现时,衬管可能因阻力过大而卡管。

② 焊接后待穿插的HDPE管需要占用较大空间,在市区施工需要封闭部分车道。

③ 在原管内径差别较大时,因选用较小管径衬管,在原管内径较大处衬管与原管无法紧贴。

④ HDPE管焊接对温度、压力、时间等参数要求较高。

⑤ 对原管清洗要求高。

⑥ 衬管损坏后,水流沿夹层流动,难以发现损坏点,且维修不方便。

⑦ 经衬管修复后的管道需开口接水时,必须停水后将一段原管去除,再断开衬管,压制法兰,连接三通接水,施工难度大。因此该技术适用于输水干管,对于配水管道修复应慎用。

5效益分析

① 节省施工费用。重新铺设一根DN800球墨铸铁管,经测算其施工费用约为264.3万元/km(包括破路和环境恢复费用);采用内穿插HDPE管修复技术对原管道进行改造,其施工费用为140万元/km(包括工作坑破路和借用土地费用)。

② 降低原水泵的扬程,减少电耗。经验算DN800水泥管内衬12mm的HDPE管后,在泵出水压力不变、改造前后原水管水头损失相同的前提下,输水量可提高41%。如果维持目前的流量,则可降低水泵的扬程,使电耗减少约90×104 kW•h/a。

③ 采用传统“大开挖”作业方式,不仅土方开挖量大,而且还需大量借地、围堰、排水、运土等工序,势必会对人们的日常生活产生极大的干扰,特别是在闹市区内的施工。根据目前管道周围环境,采用传统“大开挖”施工时,必然要拆除部分建筑,这将给部分居民的正常生活带来严重影响。而采用内穿插HDPE管修复技术对原管道的改造只需开挖工作坑,开挖面不大,减轻了对市民正常生活的干扰。另外,“大开挖”施工的环境影响、交通影响、商业损失等成本也远远高于采用内穿插HDPE管技术修复原管道的。

6 结论

该工程在日后的土地开发导致管顶覆土加深、工地施工等不利因素影响下,修复段管道6年来未曾发生爆管事故,而与其相邻的另一根DN1000原水管(管材为铸铁管)却因覆土加深、打桩振动等施工影响而频繁爆管。事实证明,采用内穿插HDPE管修复在役大口径给水管道或与其内径一致的铸铁管、钢管及其他管材时,能够有效提高管道强度,延长管道使用寿命。

参考文献:

[1]GB50268-97,给水排水管道工程施工及验收规范[S].

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