利用PE管滑襯技術修復給水管的技術探討

引 言
　　PE管滑襯技術（slipling）是管道非開挖修復技術的一種，它是指利用外力將PE管拉入原有的舊給水管中以修復原有管道，一般拉入的PE管外徑比原有管道內徑略小，在PE管和原有管道間灌注水泥沙漿。拉入的PE管稱為PE內襯管。國內目前尚無指導利用該技術施工的標準規(guī)范。我們主要參照、借鑒其他一些城市及國外的成功經驗，并結合深圳實際情況加以改進運用。截止目前，我司已利用滑襯修復技術更新了總長為6.2公里的DN300-DN400供水管道。在應用過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些值得關注的技術問題。
1 工程概況
　　黃貝路DN400給水管道位于黃貝路南側（從沿河路至華麗路）全長1400余米。該供水管道始建于80年代，主管道為鑄鐵管。由于歷史原因管道未進行內防腐處理，經多年運行后，管道內壁銹蝕嚴重，影響水量、水壓，并對供水水質影響較大，需要予以更新或修復。由于現(xiàn)場管線復雜，采用傳統(tǒng)的大開挖施工法將對周邊環(huán)境與交通影響較大，經綜合比較分析，我們選用了非開挖--PE管滑襯技術對管道進行修復。在應用滑襯修復技術過程中，PE內襯管的選型問題比較關鍵。
2 PE內襯管的選型
　　PE內襯管（簡稱PE管，下同）的選型問題主要為PE管材料的選擇與外行尺寸的確定兩方面內容。經滑襯修復的管道結構為鋼-塑復合結構，并且在PE管襯入原有管道過程中，PE管外壁不可避免地會出現(xiàn)滑痕，因此滑襯技術中的PE管選型問題因其自身工藝流程的特點而有所不同。
2.1 PE管材的選擇
　　從一些成功的工程實踐看，PE80與PE100兩種PE管材均可作為內襯管。PE80的管材較PE100易加工，也易焊接，現(xiàn)場施工難度相對較小。但PE100管材的綜合性能尤其抗滑痕能力、抗開裂性能比PE80要好。因此，本工程我們選用樹脂等級為PE100 ，原材料為歐洲料的高密度聚乙烯管材（HDPE）。
2.2 PE管外徑的確定
　　PE管的外徑要在待修復管道斷水、清管（將原有管內壁的銹瘤清除）后，經過CCTV內窺檢查后方可確定。一般情況下，PE管的外徑宜小于原有管道內徑15。本工程經內窺檢查發(fā)現(xiàn)，清管后的原有管道平均內徑為，且管道走向平直、無較大轉角，所以PE內襯管的外徑確定為。
2.3 PE管壁厚的確定
　　要確定PE管的壁厚首先必須確定PE管材的公稱壓力（管材、管件在時的最大工作壓力為公稱壓力），然后根據(jù)下公式確定PE管壁厚：
　　PN=2*δ/( SDR-1)
　　SDR=dn/en
　　式中， PN：PE管材的公稱壓力(MPa)
　　δ:管道設計應力(MPa)，對于PE100的HDPE管，δ=10/1.25(安全系數(shù))=8MPa
　　dn:PE管公稱外徑 （mm）
　　en：PE管壁厚(mm)
　　E管公稱壓力的確定方法
　　一直以來，我司利用大開挖法敷設的HDPE給水管的公稱壓力取PN=1.0MPa。但利用滑襯技術修復后的管道結構為PE內襯管、原有管道以及兩者之間填充的水泥砂漿所形成的“管中管”三層結構。PE管與原有管道共同承擔管內、外部的荷載，原有管道可看作外支撐骨架。如不考慮原有管道的受力情況，勢必造成不必要的經濟浪費同時增加施工難度。因此，對原有管道的運行狀況（如：管道材料、爆管頻率、管壁腐蝕情況等）進行綜合評估后確定PE管的PN取值是一個合理的辦法，根據(jù)評估結果可分為三種情況：
　　（1） 綜合評估結論“差”：
　　原有管道運行狀況差、爆管維修次數(shù)多、管道結構存在較大安全隱患，此時不考慮原有管承受內部水壓荷載，全部內部水壓荷載由PE管內襯承擔， PE內襯管采用PN=1.0Mpa。
　　（2） 綜合評估結論“一般”：
原有管道運行狀況一般、爆管維修次數(shù)少、管道結構存在一定安全隱患，此時可按PE內襯管承受最大內部水壓荷載的80%考慮， PE內襯管采用PN=0.8MPa。
　　（3） 綜合評估結論“較好”：
　　除水質不符合要求外，其它均滿足使用要求、管道結構不存在安全隱患，此時可按PE內襯管承受最大內部水壓荷載的60%考慮， PE內襯管采用PN=0.6MPa。
　　E管壁厚確定的工程實例
　　在黃貝路DN400給水管道修復工程中，因原有管道為鑄鐵管并且管道的爆管發(fā)生率低，并且經現(xiàn)場斷管取樣發(fā)現(xiàn)，盡管鑄鐵管內壁出現(xiàn)銹瘤，但管壁厚度未發(fā)生明顯的尺寸變化，考慮到施工的擾動對原有管道有影響等因素，最終確定PE的PN值取0.6MPa，在本文的前面已論述了PE管外徑確定為，則計算璧厚為14.69mm，實際可取。
3 修復后管道流量的復核
　　我司采用海登―威廉公式對原有管道修復前后的流量變化進行復核。
　　海登―威廉公式：Q＝0.2785CD2.63I0.54
　　式中：Q――流量（m/s）
　　D――管內徑（m）
　　I――水力坡降
　　C――海登―威廉摩阻值
　　HDPE管C＝150，鑄鐵管C＝100
　　根據(jù)上述公式，在保證相同的水力坡降的條件下，流量與原有管道的海登―威廉摩阻值及穿插前后的內徑有關。本工程原有DN400鑄鐵管內徑為396mm，滑襯修復后的內徑352mm，修復前后的流量比值為：Q修復后 /Q修復前＝（150/100）×（352/396）2.63＝1.10
即修復后管道流量比原來的過水能力提高了10％，完全滿足使用要求。
4 其他應注意的問題
　?。?）在PE拉入原有管道過程中，其外壁將出現(xiàn)滑痕，因此，我們向PE管生產廠商定貨時明確要求，管壁厚度的尺寸控制為，正公差0，不允許出現(xiàn)負公差。最終本工程的管材生產廠商向我們提供的PE管壁厚為。
　?。?）在施工中，PE的滑痕深度不得超過管壁厚度的10% 。為安全起見，可取長度不小于PE內襯管在清管后的原有管道中進行試拖拉，如滑痕深度達不到要求，必須重新進行清管。
　?。?）原有管道與PE管之間灌注的水泥沙漿一方面起到固定PE管的作用，另一方面水泥沙漿的包覆層對PE管的裂紋擴展有一個束縛作用。在施工中應予以注意。
5 結束語
　　本世紀初，我司即組織技術力量進行給水管道非開挖修復技術的研究與應用。PE管滑襯技術的應用較為成熟。2006年初我公司頒布施行了《深水集團PE管滑襯修復給水管道工程技術規(guī)定》，作為我集團內部指導設計、施工的技術標準，與此同時我們也完成了滑襯技術施工定額的測算工作，從測算結果看滑襯修復技術的綜合單價比大開挖施工法約便宜10%左右。
　　隨著城市的發(fā)展，市政道路下敷設的市政管線越來越多，加之市民對環(huán)境質量的要求越來越高等原因，市政給排水管道的更新改造將更多地依靠非開挖修復技術。我司雖然對非開挖技術的應用已摸索了一些經驗，但相關技術參數(shù)的確定是否合理，還需在實際應用過程中進行進一步的檢驗，如何把非開挖修復技術運用得更加科學、經濟，也需要同行提出更多的指導性意見。