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利用PE管滑衬技术修复给水管的技术探讨

发布时间:2013/10/8  点击次数:15285
引 言
  PE管滑衬技术(slipling)是管道非开挖修复技术的一种,它是指利用外力将PE管拉入原有的旧给水管中以修复原有管道,一般拉入的PE管外径比原有管道内径略小,在PE管和原有管道间灌注水泥沙浆。拉入的PE管称为PE内衬管。国内目前尚无指导利用该技术施工的标准规范。我们主要参照、借鉴其他一些城市及国外的成功经验,并结合深圳实际情况加以改进运用。截止目前,我司已利用滑衬修复技术更新了总长为6.2公里的DN300-DN400供水管道。在应用过程中,我们发现了一些值得关注的技术问题。
1 工程概况
  黄贝路DN400给水管道位于黄贝路南侧(从沿河路至华丽路)全长1400余米。该供水管道始建于80年代,主管道为铸铁管。由于历史原因管道未进行内防腐处理,经多年运行后,管道内壁锈蚀严重,影响水量、水压,并对供水水质影响较大,需要予以更新或修复。由于现场管线复杂,采用传统的大开挖施工法将对周边环境与交通影响较大,经综合比较分析,我们选用了非开挖--PE管滑衬技术对管道进行修复。在应用滑衬修复技术过程中,PE内衬管的选型问题比较关键。
2 PE内衬管的选型
  PE内衬管(简称PE管,下同)的选型问题主要为PE管材料的选择与外行尺寸的确定两方面内容。经滑衬修复的管道结构为钢-塑复合结构,并且在PE管衬入原有管道过程中,PE管外壁不可避免地会出现滑痕,因此滑衬技术中的PE管选型问题因其自身工艺流程的特点而有所不同。
2.1 PE管材的选择
  从一些成功的工程实践看,PE80与PE100两种PE管材均可作为内衬管。PE80的管材较PE100易加工,也易焊接,现场施工难度相对较小。但PE100管材的综合性能尤其抗滑痕能力、抗开裂性能比PE80要好。因此,本工程我们选用树脂等级为PE100 ,原材料为欧洲料的高密度聚乙烯管材(HDPE)。
2.2 PE管外径的确定
  PE管的外径要在待修复管道断水、清管(将原有管内壁的锈瘤清除)后,经过CCTV内窥检查后方可确定。一般情况下,PE管的外径宜小于原有管道内径15。本工程经内窥检查发现,清管后的原有管道平均内径为,且管道走向平直、无较大转角,所以PE内衬管的外径确定为。
2.3 PE管壁厚的确定
  要确定PE管的壁厚首先必须确定PE管材的公称压力(管材、管件在时的*大工作压力为公称压力),然后根据下公式确定PE管壁厚:
  PN=2*δ/( SDR-1)
  SDR=dn/en
  式中, PN:PE管材的公称压力(MPa)
  δ:管道设计应力(MPa),对于PE100的HDPE管,δ=10/1.25(安全系数)=8MPa
  dn:PE管公称外径 (mm)
  en:PE管壁厚(mm)
  E管公称压力的确定方法
  一直以来,我司利用大开挖法敷设的HDPE给水管的公称压力取PN=1.0MPa。但利用滑衬技术修复后的管道结构为PE内衬管、原有管道以及两者之间填充的水泥砂浆所形成的“管中管”三层结构。PE管与原有管道共同承担管内、外部的荷载,原有管道可看作外支撑骨架。如不考虑原有管道的受力情况,势必造成不必要的经济浪费同时增加施工难度。因此,对原有管道的运行状况(如:管道材料、爆管频率、管壁腐蚀情况等)进行综合评估后确定PE管的PN取值是一个合理的办法,根据评估结果可分为三种情况:
  (1) 综合评估结论“差”:
  原有管道运行状况差、爆管维修次数多、管道结构存在较大安全隐患,此时不考虑原有管承受内部水压荷载,全部内部水压荷载由PE管内衬承担, PE内衬管采用PN=1.0Mpa。
  (2) 综合评估结论“一般”:
原有管道运行状况一般、爆管维修次数少、管道结构存在一定安全隐患,此时可按PE内衬管承受*大内部水压荷载的80%考虑, PE内衬管采用PN=0.8MPa。
  (3) 综合评估结论“较好”:
  除水质不符合要求外,其它均满足使用要求、管道结构不存在安全隐患,此时可按PE内衬管承受*大内部水压荷载的60%考虑, PE内衬管采用PN=0.6MPa。
  E管壁厚确定的工程实例
  在黄贝路DN400给水管道修复工程中,因原有管道为铸铁管并且管道的爆管发生率低,并且经现场断管取样发现,尽管铸铁管内壁出现锈瘤,但管壁厚度未发生明显的尺寸变化,考虑到施工的扰动对原有管道有影响等因素,*终确定PE的PN值取0.6MPa,在本文的前面已论述了PE管外径确定为,则计算璧厚为14.69mm,实际可取。
3 修复后管道流量的复核
  我司采用海登―威廉公式对原有管道修复前后的流量变化进行复核。
  海登―威廉公式:Q=0.2785CD2.63I0.54
  式中:Q――流量(m/s)
  D――管内径(m)
  I――水力坡降
  C――海登―威廉摩阻值
  HDPE管C=150,铸铁管C=100
  根据上述公式,在保证相同的水力坡降的条件下,流量与原有管道的海登―威廉摩阻值及穿插前后的内径有关。本工程原有DN400铸铁管内径为396mm,滑衬修复后的内径352mm,修复前后的流量比值为:Q修复后 /Q修复前=(150/100)×(352/396)2.63=1.10
即修复后管道流量比原来的过水能力提高了10%,完全满足使用要求。
4 其他应注意的问题
  (1)在PE拉入原有管道过程中,其外壁将出现滑痕,因此,我们向PE管生产厂商定货时明确要求,管壁厚度的尺寸控制为,正公差0,不允许出现负公差。*终本工程的管材生产厂商向我们提供的PE管壁厚为。
  (2)在施工中,PE的滑痕深度不得超过管壁厚度的10% 。为安全起见,可取长度不小于PE内衬管在清管后的原有管道中进行试拖拉,如滑痕深度达不到要求,必须重新进行清管。
  (3)原有管道与PE管之间灌注的水泥沙浆一方面起到固定PE管的作用,另一方面水泥沙浆的包覆层对PE管的裂纹扩展有一个束缚作用。在施工中应予以注意。
5 结束语
  本世纪初,我司即组织技术力量进行给水管道非开挖修复技术的研究与应用。PE管滑衬技术的应用较为成熟。2006年初我公司颁布施行了《深水集团PE管滑衬修复给水管道工程技术规定》,作为我集团内部指导设计、施工的技术标准,与此同时我们也完成了滑衬技术施工定额的测算工作,从测算结果看滑衬修复技术的综合单价比大开挖施工法约便宜10%左右。
  随着城市的发展,市政道路下敷设的市政管线越来越多,加之市民对环境质量的要求越来越高等原因,市政给排水管道的更新改造将更多地依靠非开挖修复技术。我司虽然对非开挖技术的应用已摸索了一些经验,但相关技术参数的确定是否合理,还需在实际应用过程中进行进一步的检验,如何把非开挖修复技术运用得更加科学、经济,也需要同行提出更多的指导性意见。
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