给水管道更新技术综述
来自:闵氏集团塑料机械网·行业信息中心   日期:2009年12月9日18:28
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传统管网造技术是对旧的给水管道进行开挖或直接报废旧的给水管道,而铺设一条新的给水管道,由于需要大面积开挖,因此传统的开挖方法需要大面积的施工场地,这对于一些建筑物密集的闹市区或有障碍物的地方是行不通的;随着技术的发展,国外首先引进了不开挖技术,进行旧管的更新。由于不开挖技术具有施工场地小,施工简单,造价较低等优点,所以很快得到了广泛的应用。

不开挖技术(Trenchless Technology)首先兴起于石油、天然气行业,主要进行油、气管线的更新改造,以后逐步引入到自来水行业,随着PE管等新管材的应用而得到很大的推广。不开挖技术进行管道更新的方法很多,综合起来有:内衬管滑(拉)入衬装、管道翻衬、爆(碎)管衬装、定(导)向钻技术、管内壁喷涂等五大类,各类方法中按内衬管材、施工条件等不同而衍生了一些不同的施工技术,这些技术稍有差异。以下对这五类方法做一简要的介绍。

一、几种常用的不开管道更新方法介绍

1、 内衬管滑(拉)入衬装(Slip Lining)
该方法是将一条新的PE管拉入到原有旧管道中。具体的施工方法如下:对于小管径PE管,首先在工厂中用对熔焊机将PE管焊接好,利用管道盘轮运到施工现场。对于大管径PE管,可将一根根的PE管(一般为十几米长)运至施工现场,再在管线拉入前利用对熔焊机将管道连起来。然后利用卷扬机将PE管道拉入原有管道(见示意图1)。原有管段端部要加装PE管保护圈,以防PE管拉入时被划伤,内衬PE管前端要装圆锥扩管头,以便克服原有管线的阻力。PE管拉入后,要在前后端部原有管道与PE管之间灌注水泥砂浆,以固定内衬PE管,一次拉入的长度可达几百米,在支管接入、消火栓、阀门等处要挖工作坑,人工在PE管上开口。
内衬PE管的办法随着优质PE管材的逐渐推广而得到广泛应用。一般内衬PE管的管径总是小于原有管道的管径,衬入PE管后,虽然管道的摩擦阻力系数变小,但管道的横截面积也会变小,有资料表明,综合以上两个因素,管道的过水能力实际最大可能下降30%,为了解决这个问题,又出现了新的PE管内衬施工办法——无缝衬装。
无缝衬装(Close-Fit Lining)是将直径大于或等于原有管道管径的PE管衬入管道的方法,所使用的PE管一般为低、中密度的薄壁聚乙烯管材。其施工的过程与滑(拉)入衬装基本相同(见示意图2),不同点在于管道衬装前要想办法减小管的截面积。截面变化的变形可以是弹性的、也可以是半永久的塑性的,方法有两种,一种是将PE管拉长,以减小管径,从而减小截面积,有资料表明,在管壁厚度不变的情况下,某种PE管道拉长4%,管径将缩小6%。PE管衬入后,由于不再受拉力的作用,长度将缩短,管径将变大,复原后内衬管线将与原有管线紧紧套在一起,两层管线之间不再需要灌水泥沙浆固定。
减小内衬管截面积的另一种方法是将管道横截面变形,可在PE管出厂前通过专用的设备将横截面变为“U”或“C”字形,也可以在施工现场拉入PE管前将PE管沿管壁圆周方向扭曲,从而达到变形的目的。变形后的管道可以按滑(拉)入衬装的方法由卷扬机拉入,然后再利用水压或高温水的作用将变形的管线复原。
管道拉入衬装的方法占地少,施工简单,材料来源广,施工工期短,但会减小过水能力,而无缝衬装需要较高的技术水平,要精确计算内衬PE的管的横截面变化情况,同时,PE管衬装还需要对接热熔焊机及特制的内衬管缩径钢模或扭曲钢模等特殊的设备。随着PE管的进一步推广应用,该方法必然会成为一种主要趋势。

2、 管道翻衬(Cured-In-Place Lining)
管道翻衬的内衬材料一般是由较柔韧的聚合物、玻璃纤维布或无纺纤维等多孔材料做骨架,饱和浸渍树脂材料而成,材料的外层一般覆盖一层隔水膜,翻转衬入管道后,该隔水膜成为新管道的内层,主要起止水作用。翻转的过程见示意图,在水压、气压或卷扬机拉力的作用下,内衬材料反转进入管道的内壁,完成后,在热水水温或气温的作用下,树脂固化,内衬材料形成坚硬的管道内壁,成为管道骨架的一部分。
管道翻衬的特点是施工简单,占地少,无须投入专用的设备,一次翻衬的长度可达几百米,翻衬完成后,在支管、消火栓、阀门等处要挖工作坑进行人工开孔。但翻衬施工的工期较长,且由于翻衬材料的特殊性,材料的选择、加工是较难解决的问题,同时,由于给水管道中的水质要求较高,用于给水管道上的内衬骨架材料和树脂是有限制的,应该加以慎重选择。

3、 爆(碎)管衬装(Bursting Lining)
该方法主要适用于原有管线为易脆管材,如灰口铸铁管等,且管道老化严重的情况。新管的管径可以比原有管道管径大,具体施工方法(见示意图)是将碎管设备放入旧管中,由卷扬机拉动沿旧管前进,沿途由碎管设备将旧管破碎,在碎管设备后连着扩管头,扩管头的管径比原有旧管大,负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中,紧跟着是内衬管线,一般为PE管材,管径小于扩管头,在卷扬机的拉动下拖入原有管道的管位。
碎管设备有许多种,大致可以分为三类,一类为气动碎管设备、一类为液压碎管设备,一类为刀具切割碎管设备。其中以美国发明的刀具切割碎管设备较为常用,其结构由半径大于原有管道的切割圆周向的切割刀具构成,在切割刀具后面紧接。
碎管衬装完全摆脱了PE管内衬时减小过水能力的缺点,其施工工期较短,一次安装的长度可达几百米,在支管、消火栓、阀门等处需要局部开挖。对于埋深较浅的管线,碎管设备的震动可能会对地面造成影响。

4、 定(导)向钻技术(Directional Dilling &Guided Boring)
定向钻技术最早应用于石油管道穿越河流、障碍物等情况,后来应用于给水管道,主要应用于给水管道穿越管线交叉处、河流、沼泽、堤坝以及高等级路面等不易于开挖的的情况。穿越障碍时管道有一定的弧度,以避开障碍物。大口径钢管或PE管需要更长的穿越距离。其主要的施工方法如下(见示意图):空心钻头沿地面8~15度的角度进入地面,后面接长长的钻杆,钻头越过障碍钻出导向孔后,由扩口管来回将导向孔扩大到要求的直径,新铺设的管道由扩口管拉入管位。
该方法主要用于管线绕过障碍物时短距离的管线铺设,适用的管线口径也较小,对于土壤的土质也有一定的要求。

5、 管内壁喷涂(Spray On Lining)
该方法是在原有管道内壁涂上一层树脂或水泥沙浆,以达到内防腐的目的。具体的施工方法见示意图,原有管道首先经过清管、冲洗,并用CCTV检查确认干净,没有沉积物后,树脂或水泥沙浆的喷头由卷扬机拉入,喷头高速旋转,一边移动,一边在管壁上均匀喷射树脂或水泥沙浆,树脂和水泥沙浆的成分都有特殊的要求。
该方法的优点是无须在局部支管接入、阀门等处局部开挖,且内涂材料涂上后能提高管道的过水能力,该方法的造价(不含设备费用)也比较低。缺点是施工费时,且需要专门的喷涂设备,内涂层不能作为管道的结构,支持管道的受力。该方法对于破损、漏水等结构遭破坏的管道不适用。

 
(编辑:闵氏集团)

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