（环境工程专业论文）大口径给水管道非开挖内衬修复施工控制.pdf

摘要 摘要 随着城市化进程的加快，老旧的城市管网越来越多的达到了使用期，甚至已超出了管 道使用寿命，造成城市管网破损，出现漏水、水压低等现象，严重地影响了人们正常的生 产生活。 目前所使用的管道修复技术分为开挖和非开挖两类。u h d p e 内衬管道修复技术是非 开挖技术的一种，与传统的施工方法相比，具有不影响交通、不破坏环境、旖工周期短、 综合成本低、安全性好等优点。 文中以南京西干长巷、环湖路管道修复工程为例，对比了u - i - i d p e 内衬管道修复与其 它修复方法的优缺点；详细介绍了u h d p e 管用于管道修复的工艺流程、检测方法、施工 方法、质量评估等内容。 实践证明，u - h d p e 内衬管道修复是一项技术先进、实用性强、适用面广、效益好的 管道修复施工技术，在未来的城市建设中的作用将会越来越大，其应用前景十分广阔。 关键词：管道修复、非开挖、内衬管道、施工控制 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ea c c e l e r a t i o no f u r b a n i z a t i o np r o c e s s ，w a t e rs u p p l yp i p el i n e sa l eg e t t i n go l dm o r e a n dm o r e ，e v e nb e y o n dt h el i f eo f t h ep i p el i n e ，r e s u l t i n gi nw a t e rs u p p l yp i p el i n e sd a m a g e ， l e a k ，h y d r a u l i cp r e s s u r ed o w n ， s u c hp h e n o m e n o nh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dn o r m a lp r o d u c t i o n a n dl i f eo f p e o p l e t h ec u r r e n tt e c h n o l o g yu s e dt or e p a i rp i p el i n e si sd i v i d e di n t ot w ot y p e s - - e x c a v a t i o na n d n o n e x c a v a t i o n u - h d p ep i p el i n er e p a i rt e c h n o l o g yk s o n eo fn o n - e x c a v a t i o nt e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lc o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，i th a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sw i t ha n y d i s r u p t i o nt ot r a 伍c ，d on o td e s t r o yt h ee n v i r o n m e n t ，as h o r tw o r kc y c l e ，l o wc o s t ，s e c u r i t ye t c t h ep a p e rt o o kn a n j i n gx i = g - a nl o n gl a n ea n dl a k er o a dp i p e l i n er e p a i rp r o j e c t s a s e x a m p l e s c o m p a r e dt h es t r e n g t h sa n dw e a k n e s s e so f t h eu - h d p ep i p el i n er e p a i rw i t ho t h e rr e p a i r m e t h o d s ： i n t r o d u c et h ep r o g r e s s ，t e s t i n gm e t h o d s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，倒l a l i t ) ra s s e s s m e n t o f t h eu - h d p e p i p eu s i n gf o rp i p e l i n er e p a i ri nd e t a i l p r a c t i c eh a sp r o v e dt h a t 。u - h d p e - l i n e dp i p er e p a i ri sat e c h n o l o g i c a l l ya d v a n c e d ，p r a c t i c a l ， a p p l i c a b l et oaw i d er a n g eo fe f f e c t i v ep i p e l i n er e p a i rc o n s m l c t i o nt e c h n o l o g y i nt h ef u t u r et h i s t e c h n o l o g yw i l lp l a yam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei nu r b a nc o n s t r u c t i o n 【k e y w o r d s ：p i p e l i n er e p a i r ，n o n - e x c a v a t i o n ，l i n e dp i p e s ，c o n s m l c t i o nc o n t r 0 1 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 出 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 导师签名：单蜒日期：叼_ 知 第一章绪论 第一章绪论 众所周知，我国是个严重的缺水国家，人均占有水量只占世界平均值的1 4 ，而且水 量分布极不均匀，广大华北、西北地区严重缺水，常发生人畜饮水困难问题。随着我国城 市人口逐年增加，许多城市供水能力明显不足，部分城市严重缺水。根据建设部的统计和 规划资料，在全国6 6 8 个城市中，缺水城市3 1 0 个，占4 6 4 ，其中严重缺水城市1 4 6 个， 占2 1 9 。随着我国城市化进程的加快，国家加大了对水网建设和改造、污水处理和循环 使用中水等基础设施投资力度：要求今后每年至少增加日供水能力1 5 0 0 万吨；国务院发文 要求对使用5 0 年以上的城市供水管网，在2 0 0 5 年底前完成对严重老化和漏损改造任务； 为解决北方干旱地区的人畜饮水困难问题，国家和各地政府兴建了许多引水工程，如南水 北调、引黄入晋等。 城市供水是城市的重要基础设施之一，是城市赖以生存和发展的重要物质基础，且水 是经济建设发展和人民生活水平提高无可替代的物质，城市的发展不能没有水。城市供水 管网是把水送到千家万户的载体，保障供应用户有可靠的量够、压足、质优的用水。城市 管网的好坏直接影响到城市的安宁，防止爆管、减少漏损、节约水资源，是城市能安全稳 定持续地发展的重要方面。 在城市给水尚不能有效满足用水发展需要的情况下，地下管网的漏水问题，至今仍是 城市供水和用水中最为严重的问题。我国城市供水网，尤其是一些老城市，由于管道埋设 时间长，腐蚀较为严重，漏水率十分惊人。据统计，漏水量达供水量的1 0 以上，有的城 市竟达到1 5 以上。全国每年有数十亿吨的自来水白白流失，造成了巨大的能源浪费和经 济损失。不仅如此，国际上认为漏失引起的环境污染比直接漏失本身的经济损失更为严重， 漏失引起的路面积水，以及对建筑物地基的破坏，都给整个社会环境带来相当大的危害。 所以解决给水管道的漏损问题迫在眉睫。 给水管道维修和修复的难题提出了重要而又困难的挑战。因为给水管网处于地下，直 到它受到灾难性的破坏以前一直容易被忽视，难以确定其受损程度，甚至难以判断它存在 的问题。然而，管道一旦破坏和产生泄漏，就可能造成市民生活的混乱，所以必须有计划 地对它进行维修养护。 目前我国城乡的供水普及率初步测算为5 2 3 ，比改革开放前的1 9 7 8 年提高了2 7 3 。 但与世界发达国家的供水普及率9 0 以上、中等发达国家的供水普及率8 0 以上相比，莸 国还与之有很大差距。到2 0 0 5 年，我国人均供水管线长度仅7 0 m m ，仍然是日本和德国 1 9 9 5 年的l 6 l 7 。新线建设加旧网改造，我国每年需各种管材约2 万多公里。所以管网 建设和改造任务还非常繁重和艰苦。 对于受损而漏水的大口径长距离管道，如果直接采用将旧管开挖修复的方法，投资大、 开挖面积大，道路交通协调多、对周边环境影响大，还要不定期地使管线停止运行，因此 大口径长距离城市管道损坏后的非开挖修复技术受到国内外供水行业的极大关注。 u h d p e 内衬管道修复方法是比较简便和经济的方法，它简化了管道维修的大多限制，为 业主节省了宝贵的时间和费用，同时保证了原管道的正常运行功能。由于它不需要全面开 挖，免除了噪音、尘土、污水等污染，以及交通受阻、环境破坏等因素的困扰，也符合现 代环保意识的要求。 1 1 各种管道材料性能 管道由于材质不同，使用寿命有很大不同，在对管道进行修复前，需要对各种管道材 质的特点和使用情况进行详细了解。 东南大学工程硕士学位论文 1 1 1 灰铸铁管 灰铸铁管在我国使用已有百年以上的历史，国际上英、法等国甚至有使用了二三百年 的记载。其所以如此经久，主要是能满足一般给水工程中技术方面的需要。在供水行业管 网工程中，安装长度约占全国总管长6 0 以上，由于连续铸造的灰铸铁管存在着脆性大和 易爆管等质量问题，2 0 1 0 年前被建设部列为逐步被淘汰的供水管材。 1 1 2 离心球墨铸铁管 球墨铸铁自2 0 世纪4 0 年代发明至今近6 0 年历史。离心球墨铸铁管由于具有强度高 ( o b 2 _ 4 2 0 m p a ) 、塑性好( 5 ；d n l 0 0 0 m m 砭1 0 ：_ d n l l 0 0 m m 砭7 ) 、重量轻( 壁厚为灰铸铁管 的2 3 1 2 ) 、耐压耐腐蚀、抗震性好、安装使用方便等优点，从2 0 世纪8 0 年代在我国开 始采用后，现已得到广泛使用。离心球墨铸铁管在国内外得到迅速发展的原因是，与其他 管材相比，它具有以下优点： 力学性能好离心球墨铸铁管其抗拉强度及耐压性能与钢管相当。在敷设在城市道 路下面时，承受土壤静荷载和地面动荷载的能力比其他管材强，同时它可承受内水压力超 过2 0 m p a ，也比其他管材强。 节省金属根据i s 0 2 5 31 标准离心铸墨铸铁管与g b 3 4 2 2 普通灰铸铁管的重量对 比，可以看出离心球墨铸铁管要以普通灰铸铁管平均重量轻4 0 。 施工简便、综合工程造价经济由于离心球墨铸铁管具有一定的强度和韧性，重量 轻，因此在运输和安装过程中破损率极低，加上采用柔性接口，较之铝麻和焊接刚性接口 安装更为方便。 具有很好的抗震性，保证安全供水输气离心球墨铸铁管具有较高的承压能力和一 定的延伸率，又采用柔性接口，因此供水输气的安全可靠性得到提高。橡胶圈密封柔性接 口的特点是轴向偏移角为3 0 5 0 角( s 型最大偏移角为7 0 ) ，因此整条管线具有柔性结构性 能，具有较强的抗震和防基础下陷的能力。1 9 9 5 年阪神地区发生里氏7 2 级地震，根据阪 神水道企业团的调查统计表明，这次大地震中各种类型的管道都受不同程度的破坏，离心 球墨铸铁管在这次阪神地震中经受住考验，其震害率较低，尤其是采用抗震接口的s 型和 si i 型的离心球墨铸铁管道全部完好无损，有的虽然敷设在填土地区：湿土地带也都没有 破坏。 耐腐蚀性能好，使用寿命长离心球墨铸铁管比其他材质铸管具有更好的耐腐蚀性 能，从几种金属管材的耐腐蚀性能对比分析，球铁管的使用寿命是钢管的2 - 3 倍。在具有 热喷锌和涂沥青的外防腐条件下，使用寿命可达5 0 1 0 0 年。 我国自2 0 世纪8 0 年代初期开始采用离心球墨铸铁管后，它作为供水管材的优越性已 得到各地水司等广大用户的认可，在“2 0 0 0 年供水行业技术进步发展规划”中列为“推荐发 展的管材”。 依管径不同，其生产方式主要有三种，d n l 2 0 0 m m 以下者多用水冷金属型离心法生 产，d n l l o o m m 以上者多用热模离心法及树脂砂型离心法生产。我国现在的成品口径为 d n 8 0 3 0 0 0 m m ，产品按国际标准i s 0 2 5 3 1 ：1 9 9 8 ( e ) ( 1 亘内标准为g b t 1 3 2 9 5 - - 2 0 0 3 ) 生产。 表面喷锌采用i s 0 8 1 7 9 标准( 国内标准为g b t 1 7 4 5 6 1 9 9 8 ) ，对水泥衬层要求采用 i s 0 4 1 7 9 ( 国内标准为g b t 1 7 4 5 7 - - 1 9 9 8 ) ，对沥青层要求采用g b t 1 7 4 5 9 1 9 9 8 标准。 从安装长度来看，全国3 0 个城市从1 9 9 0 年安装总长度为1 6 3 k m ，至2 0 0 3 年安装总 长度为1 0 ，8 8 7 k m ，其中仅2 0 0 3 年就安装了4 , 5 9 5 k m ，比1 9 9 0 年使用量增加了2 8 2 倍。全 国5 9 2 个城市2 0 0 2 年安装了1 4 ，2 2 5 k m ，占全部供水管道的1 0 多，已形成取代灰铸铁管 的趋势，将成为管道安装工程的主要管材。 接口型式：g ) n 1 4 0 0 m m 一般采用t 型接口， _ d n l 6 0 0 m m 多采用k 型接口。接口处 2 第一章绪论 采用橡胶圈密封，为柔性接口。除一般规格( t 、k 型接口) 外，还研制了各种自锚式和防滑 脱式等接口型式。随着各种管网施工规范的完善，球铁管将会在更广泛的范围得到应用。 据全国3 4 个城市统计，现有供水管网中各种口径铸管所占的比例中， d n 6 0 0 m m 管 网的长度约占1 1 6 9 ，如以重量计约占4 0 以上。在新铺设的管网中， _ d n 6 0 0 m m 管网 所占比例在扩大，约占1 7 7 9 ，以重量计约占6 0 以上。在新铺设管网中各种规格铸管所 占比重见表1 1 。 管径d n m m 8 0 1 0 01 5 0 2 5 03 0 0 4 0 04 5 0 , - - 6 0 0 7 0 1 0 0 0 1 0 0 0 所占比率( ) 2 0 0 62 2 _ 3 82 6 7 3 1 3 0 48 8 28 9 7 表1 1 在新铺设管网中各种规格铸管所占比重 另有资料报导，从管道口径来看，d n l 0 0 - - 6 0 0 m m 的管线约占7 8 ( 管道长度比例) ， d n 7 0 0 1 0 0 0 m m 占1 1 ，d n l1 0 0 - - 2 0 0 0 m m 占9 ，d n 2 2 0 0 - - ，2 6 0 0 m m 占2 。 1 1 3 钢管 钢管能耐高压，韧性好，管壁薄，重量轻，运输方便，管身长，接口少，抗震性优及 漏水情况少等优点，它被广泛应用于供水业中，有的单独使用，有的与其他管材配合使用。 但钢管耐腐蚀性能差，使用前必须作内外防腐处理，又必须彻底除锈，这项费用较高。钢 管安装时采用焊接，为刚性连接。这种连接方式，也使本来就有问题的防腐技术更增加了 难度，也减弱了管道的防震能力。天津1 9 8 3 年引滦工程使用2 条钢管供水线，由于没有采 用阴极保护，而只使用“三油二布”石油沥青防腐，现由于沿线地理环境恶化( 水质的p h 值 在5 5 6 0 ，土壤电阻率4 0 0 - - 1 0 0 0 q - c m 及细菌腐蚀) ，难于维修等原因，防腐层已老化， 无防腐作用可言，管壁平均减薄0 5 m m ，在焊缝周围有达直径1 5 r a m 的深坑，坑深大于7 m m ， 即年腐蚀0 4 m m ，原管壁厚1 8 - 2 0 m m ，其使用寿命只有2 5 年左右。 钢管在成品上分无缝钢管和有缝钢管( 焊接钢管) 两种，在有缝钢管中又分直缝焊接和 螺旋钢缝焊接，给水管道上使用的多为直缝焊接钢管，主要是因为这种管材焊缝少，做外 防腐层时比较方便。输水干管都采用镇静钢，制管选用钢材时要加以注意。 1 1 4 塑料管 自上世纪6 0 年代塑料管问世以来，塑料管在国内得到迅速发展。现在国内使用的塑料 管的品种繁多：为p v c ( 有u p v c 和m p v c ) 管、p e ( 有h d p e 和l d p e ) 管、p p ( 有p p r 和p p s ) 管、p b 管等，同时还有一些改性管道，如交联聚乙烯管( p e - x 管) 、无规共聚 聚丙烯管( p p - r 管) 等。 塑料管道属于新型化学建材。塑料管的优点是质轻、耐腐蚀和管的长度长，塑料的比 重为o 9 1 6 9 m 3 ，仅是钢铁的1 5 - 、1 8 ，易于运输安装；它具有的良好耐腐蚀性。塑料管 在压力管道系统的安全使用寿命为5 0 年以上；塑料管长度可在1 2 m 以上，最长可达5 0 m ， 这无疑能减少安装工作量和相应的费用。 塑料管也有其很大的不足之处：如刚性、硬度、抗高压等相对较差，耐高、低温能力 也有待加强。尽管可以添加各种性能的改善剂，但塑料管的力学性能、抗老化性能、稳定 性和防变形能力，与钢铁材质相比仍有很大的差距。例如p e 、p p 管计算壁厚用的相对强 度为2 5 5 0 m p a ，仅是离心球墨铸铁的1 5 0 一1 1 0 0 ，因此用塑料管来输送压力流体时， 必须增加厚度，因而增加了重量( 见表1 2 ) 。单位价格相比，塑料是钢铁的3 5 倍，所以 在承压较高、管径较大时，塑料管在价格上毫无竞争优势。 3 东南大学工程硕士学位论文 管子公称直径( m m ) 1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 壁厚 球铁管6 1 6 47 28 19 o9 91 0 81 1 7 ( r a m )塑料管 6 31 2 8 2 0 12 5 53 1 74 0 2 4 5 3 5 1 0 单位重量球铁管 1 5 83 2 35 3 88 0 31 1 1 51 4 7 01 8 7 12 3 2 0 ( k g m ) 塑料管 2 0 88 2 22 1 23 4 05 2 5 8 4 4 1 0 7 01 3 6 0 使用压力 球铁管 5 o5 05 04 04 04 03 23 2 ( s m p a ) 塑料管 0 6 8 表1 - 2 塑料管与离心球墨铸铁管一些性能对比 塑料管的使用压力随使用年限和介质温度而变化，加之使用中的噪音和防火安全问题， 故塑料管适宜于在输送压力低( 1 0 m p a ) 、介质腐蚀性强、管径( 通常s d n 3 0 0 n u n ) 和输送量 较小的场合下使用。 另外，塑料管的老化和再生回用问题，以及在室内安装时管内介质流动产生的噪声和 室内防火安全问题，人们也需给以一定的注意。 塑料管其性能和价格比较，在d n 3 0 0 m m 以上难与离心球墨铸铁管竞争，但在 d n 3 0 0 m m 以下，有其一定的竞争优势( 如耐腐蚀性好，内表面光滑、输水阻力小，水质优) 。 我国塑料本身质量与添加剂上与国外有很大差距，近5 0 的塑料原料还需进口。在性 能上，尤其是耐老化、防变形和对缺口敏感性上远不及国外产品。在管件配套上，目前品 种不多，从而也限制了它的推广使用。 所有塑料管接口大都是熔接或焊接，在外面工地施工很不方便，难于保证质量。所有 塑料管能否为施工单位接受，就在于接口操作是否简单易行和不漏水的保证程度。 目前在供水管道中常用的塑料管材有： ( 1 ) 聚氯乙烯管道( p v c ) p v c 管道作为重要的塑料管道品种，在国内推广使用最早，它是目前使用量最大的塑 料管材。p v c 管材的连接方式采用胶粘剂粘接和橡胶圈承插的连接方式，施工方便。 目前执行的国家标准有g b t 1 0 0 0 2 1 1 9 9 6 给水用硬聚氯乙烯( p v c - u ) 管材和 g b t 1 0 0 0 2 2 2 0 0 3 给水用硬聚氯乙烯管件。但g b t1 0 0 0 2 1 1 9 9 6 已经不适宜我国p v c 给 水管的发展需要，国家标准委员会已对其进行着进一步的修订。 近年来，p v c 管材用于供水管道受到了社会各界的质疑( 有些地区供水行业禁用p v c 管) ，这主要是长期以来在加工p v c 管材时使用了对人身体有害的铅稳定剂。目前国家也 已经出台有关政策禁止使用铅盐稳定剂的p v c 管道用于供水管道。随着取代铅盐稳定剂的 有机锡、钙锌稳定剂、稀土复合稳定剂等稳定剂的使用，可解决此问题。另外，制备p v c 的单体氯乙烯( v c m ) n - f i t 能会有对人身体有害问题，也应引起注意。 ( 2 ) 聚乙烯管道呻) 聚乙烯( p e ) 管是近几年来发展最快的一类管道，聚乙烯( p e ) 用于压力管道在世界上已 有近5 0 年的历史，它是目前城镇供水塑料管道系统的首选管材。从发展的角度来说，p e 供水管道也是以后十年在供水行业主要推广的品种。 聚乙烯( p e ) 管具有如下的优良特性： 1 ) 与金属管及混凝土管比较它具有可弯曲，小口径可盘卷供货，减少连接工作量； 不腐蚀，无水质二次污染；连接方便；摩擦系数低，增加流量，降低能耗；安装管道系统 成本低和维护使用成本低等优点。聚乙烯管道具有独特的柔韧性，其断裂伸长率一般都超 过5 0 0 ，弯曲半径可小至管直径的2 5 倍，还有优良的耐刮伤痕的能力，因此铺设时很容 易移动、弯曲和穿插。 2 ) 与其他塑料管材( p v c u ，g r p 等) 比较它具有独特的热熔连接，接头可靠；韧性 4 第一章绪论 和延伸性好，适应管基变化，防地震；低温性能好；耐弯曲和寿命长( 可使用5 0 年以上) 等 优点。 聚乙烯管道必须很好地解决连接问题。连接要可靠，要能与管道系统各组成部分的使 用寿命等同。当前施工中，最主要、最可靠的连接方式应该是热熔对接焊和电熔焊，一般 来说，口径在6 3 m m 及以下的p e 管道采用热熔承插连接方式，口径在6 3 m m 以上的采用 热熔对接的连接方式( p e 管道不宜采用简单的承插连接) 。 目前执行的主要国家标准为：g b t 1 3 6 6 3 2 0 0 0 给水用高密度聚乙烯( h d p e ) 管材和 g b t 1 3 6 6 3 2 2 0 0 0 给水用聚乙烯( p e ) 管道系统第二部分：管件。 ( 3 ) 聚丙烯管道( p p ) 聚丙烯种类包括均聚聚丙烯( p p h ) 、嵌段共聚聚丙烯b ) 和无规共聚聚丙烯( p p - r ) 三种。市场上用于压力管道的主要是p p - r 。不过由于p p - r 的应用口径太小，目前国内p p r 管道的最大口径为( 9 1 6 0 m m ，在需要较大口径的市政给水管道建设中处于竞争的劣势。 p p - r 管材及配件之间可采用热熔连接。p p - r 与金属管件连接时，采用丝扣连接、法 兰连接或采用带金属嵌件的聚丙烯管件作为过渡。 目前执行的主要国家标准为：g b t 1 8 7 4 2 1 - 2 0 0 2 冷热水用聚丙烯管道系统第一部分、 总则，g b 厂r 1 8 7 4 2 2 2 0 0 2 冷热水用聚丙烯管道系统第二部分、管材和g b t 1 8 7 4 2 3 2 0 0 2 冷热水用聚丙烯管道系统第三部分、管件。不过目前制约p p 管道进一步发展的是其原材 料价格高，还有就是p p 在大口径管材的制备上还有一定的难度。 ( 4 ) 交联聚乙烯管道( p e x ) 交联聚乙烯是通过化学或物理方法，使普通聚乙烯的线性分子结构改性成三维交联网 状结构，从而具有优良的温度适应性( 7 0 1 1 0 t ) 、耐压性( 爆破压力6 m p a ) 、稳定性和持 久性、而且具有无毒、不滋生细菌等优点。但于p e x 原料需进口，成本较高，缺乏价格竞 争力，加上现有连接技术的不足和不可回收的缺陷，p e x 管道还不能得到真正的应用。 交联聚乙烯管道的标准发展也相对落后，2 0 0 3 年出版的g b t 1 8 9 9 3 系列标准对p e x 管道进行了系统的规定。 ( 5 ) 其他塑料管材 孔网钢带塑料复合管( p s s c p ) ，t 程塑料管( p a 、a b s 等) ，玻璃纤维增强树脂塑料管 ( g r p ) 等，具有其特定的高性能，将成为市政建设中不可缺少的品种，会得到较大的推广 应用。 1 1 5 塑料与金属复合管 近年来在塑料管发展的基础上，研制开发了各种塑料与金属复合管材，如钢塑复合、 铝塑复合、铜塑复合等。所采用的塑料必须符合国家卫生标准要求。 塑料与金属复合管材结合了金属管材和非金属管材的优点：既具有金属管材强度韧性 高、耐压、抗冲击等特点，又具有非金属管材内壁光滑、耐磨、防腐能力强，水流阻力小 等特点。其管路寿命可达5 0 年以上。 ( 1 ) 铝塑复合管( p a p ) 铝塑复合管由中间铝管、内外层p e 以及铝管与p e 之间的热熔胶共挤复合而成。根据 铝带焊接的方式又可将其分为搭接焊和对接焊的铝塑复合管。由于结构的特点，铝塑复合 管具有良好的金属特性和非金属特性。 铝塑复合管( 凯达管) 的口径常用为d n l 2 7 5 m m ，耐压1 0 m p a ，具有良好的弯曲性能， 旌工方便、美观。主要用于室内管道，目前它和铜管一起正在取代户内镀锌钢管。 铝塑管由于在国内推广较早，已广泛为大众所接受。但由于过去一段时间内，企业生 产过热，监控不力，造成了市场伪劣产品横行的局面。还有就是铝塑管的连接方式主要采 5 东南大学工程硕士学位论文 用铜管件，本身价格高，而且容易出问题。这两个原因严重了阻碍了铝塑复合管的发展， 导致近些年铝塑复合管销量逐年下降。 2 0 0 3 年，颁布了铝塑复合管的最新国家标准g b t 1 8 9 9 7 2 0 0 3 ，铝塑复合管的质量得 到了较好的保证，市场有所恢复。 在市政给水管道应用中，铝塑复合管同样由于口径过小( 目前国内在d n 9 0 m m 以下) 的 问题，市场竞争力不大。但是将来技术发展如果能够突破口径过小和成本大幅降低的瓶颈 的话，其发展前景将十分乐观。 ( 2 ) 钢塑管道 钢塑管是近几年来发展起来的一种新型复合承压管道。钢塑复合管是用钢带代替铝带， 焊接后再敷以塑料。钢塑管由于承压方面比普通的塑料供水管道要相对强得多，因此可以 应用于比塑料管和铝塑管更高的承压供水管道。常用口径为d n l5 - - 一2 0 0 m m ，耐压1 6 m p a 。 塑料与金属复合管材的成本比离心球墨铸铁管较高，主要用于5 d n 3 0 0 m m 小口径压力管 道。 钢塑管有两种，一种是内涂覆p e 或其它塑料的钢管，另一种是内外层都涂覆塑料， 中间为钢管。按其制造工艺可分为涂塑复合钢管和衬塑复合钢管两种： 1 ) 涂塑复合钢管在热涂锌钢管内壁熔融涂敷一层聚乙烯或环氧粉末涂料而成。只要 认真筛选粉末原料，控制好熔体指数、断裂伸长率、维卡软化点等几个重要参数，对钢管 作很好的内壁前处理，产品质量就可以稳定可靠。限于原料因素，一般只能作冷水输送用 管。国内部分企业正在研制开发涂塑热水管道。 2 ) 衬塑复合钢管通过钢管缩径或塑料管吹胀将塑料管复合在钢管内壁而成。由于塑 料与钢铁的膨胀系统不同，厂家必须采用合理的复合工艺来防止塑料和钢管在长期的冷热 交变使用环境下产生脱离的问题，目前国内已经解决了这一关键技术。衬塑复合钢管既可 用于冷水，也可用于热水。 2 0 0 0 2 0 0 1 年国家建设部颁布了c j t 1 2 0 2 0 0 0 给水涂塑复合钢管、c j t 1 3 6 2 0 0 1 给 水衬塑复合钢管和c j t 1 3 7 2 0 0 1 给水衬塑可锻铸铁三个行业标准。2 0 0 1 年，中国工 程建设标准化协会也出台了c e c s l 2 5 ；2 0 0 1 建筑给水钢塑复合管道工程技术规范，2 0 0 3 年建设部颁布实施的标准c j t 1 8 3 2 0 0 3 钢塑复合压力管，这些标准和规范为钢塑复合管的 健康发展提供了保证。 钢塑复合管在户外工地施工比塑料管有较大的优越性，它既有铸铁管的强度，在水质、 水力条件上又具有塑料管的优点，连接上又可以采用铸铁管的连接方式，并可用电波探测 器寻管。钢塑复合管的连接方式有管螺纹、沟槽和法兰等几种。2 0 0 3 年国家建设部已经颁 布实施了c j t 1 8 3 2 0 0 3 钢塑复合压力管标准，故可列为今后推广的品种。但应注意不 能用p e 喷涂内壁，因为p e 熔点太低，7 0 就可熔化。如用套丝法连接，丝板所造成的温 度高于7 0 ，也使连接失效。今后应增加对各种塑料管和塑料与金属复合管材进行接口连 接后的一系列试验，以考核整条管线的可靠性。因为所有厂家实验室作的都是单个管实验， 而出问题都在接管以后。 1 1 6 预应力钢筒混凝土管 预应力钢筒混凝土管( 简称p c c p ) 是目前世界上使用非常广泛的一种非金属管材，由钢 板、钢丝和混凝土构成的复合管材，此种管材充分而又综合地发挥了钢材的抗拉、易密封 性及混凝土的抗压和耐腐蚀性，并兼有水泥管和钢管的优点。它从型式上可分为两种：一 种是内衬式预应力钢筒混凝土管( p c c p l ，内径g g i 0 0 1 1 2 0 0 m m ) ，是在钢筒内部衬以混 凝土后在钢筒外面缠绕预应力钢丝再辊射砂浆保护层：一种是埋置式预应力钢筒混凝土管 ( p c c p e ，内径p 1 4 0 0 - 爷4 0 0 0 m m ) ，是将钢筒埋置在混凝土里面，然后在混凝土管芯上缠 6 第一章绪论 绕预应力钢丝，再辊射砂浆保护层。 该管材目前多数厂家是按美国a w w a c 3 0 1 标准生产，工作压力0 2 2 5 m p a 。国内标 准为g b 5 6 9 5 1 9 9 4 预应力混凝土输水管( 振动挤压工艺) 、g b 5 6 9 6 1 9 9 4 预应力混凝土输水 管( 管芯缠丝工艺) 、j c 6 2 5 1 9 9 6 预应力钢管混凝土管、g b t 1 5 8 4 5 1 9 9 4 预应力混凝土输水 管的试验方法。该种管材的综合造价与球铁管接近，故用于球铁管直径达不到的大管径输 水线上。目前我国已在山西万家寨引黄工程d n 3 0 0 0 m m 的p c c p 管4 3 2 k m 和北京市张坊 水源应急供水工程等项目中得到成功的应用。在大1 2 1 径管道的使用中( 1 3 径一般为 d n l 2 0 0 , - - - 4 0 0 0 r a m ) ，p c c p 管显示出如下优点： 1 ) 管体具有较高的强度和刚度可以承受较高的内外压力和深覆土，国内最大工作压 力2 0 m p a ，这种高强刚度管道被广泛用小型坝、高速公路深填方和其他高覆土工程中。 2 ) 接口密封性好p c c p 管接口采用双胶圈密封，高精度的钢制承插口工作面保证了 其间的要求空隙，胶圈置于插口的凹槽内受到双向挤压，形成很好的密封力，且胶圈定位 好。 3 ) 抗震能力强由于管道的接口采用胶圈密封，属于柔性结构，安装时允许有一定的 角度偏差( 有1 0 3 0 的借转角) ，故具有很好的抗震性。其抗震能力优于各种金属管道。1 9 9 9 年中国台湾省集集大地震中，p c c p 管未发现一处损坏。 4 ) 施工、维护方便p c c p 管是一种刚性管道，对地基和回填土的要求不严，对地基 的适应性好，一般直接埋于基槽内，不需要对地基进行特殊的处理，对回填土也不需要作 严格的夯实要求，回填时间短。p c c p 管道平时不需要养护，可以带压打孔，安装支线。 5 ) 防腐性能好，使用寿命长由于内部的钢板、预应力高强钢丝被密实的混凝土及砂 浆包裹，经防腐处理的承插口安装后，其外露部分又被砂浆封口，故p c c p 管道的防腐能 力较强。p c c p 管的设计使用寿命一般为5 0 年。 p c c p 管管材自重较大( d n 2 2 0 0 m m 管，自重为3 9 7 t m ，为内衬水泥的同规格离心球 墨铸铁管的2 8 倍) ，使施工需要的吊装、运输设备相对较大。 1 1 7 石棉水泥管 因管身过脆，极易损坏，一遇地震，损坏率极大，且存在石棉致癌的影响，大多数国 家均已不采用，在2 0 0 0 年规划中已列入被淘汰的品种。但于2 0 0 3 年统计中l o 年间有些水 司仍安装了近3 0 0 k m ，这是应提出予以纠正的。 水泥管作为城市污水管，是一种较为经济的管材。但作为供水管道，由于接口渗漏及 耐压低，是一种综合运行成本不经济的管材。 1 1 8 玻璃钢管 玻璃钢管( 简称r p m 管) 是近几年发展起来的新管材，口径大，重量轻，耐压为1 0 2 0 m p a 。一般使用的工作压力为0 6 m p a ，我国大多用于d n 6 0 0 2 4 0 0 m r n 中大口径管道。 我国已有统一的设计规范和技术标准：j c t 8 3 8 1 9 9 8 ，但国际上多采用美国的两个标准： a w w a 和a s t m ，进行设计、生产和施工安装。 原材料为树酯，玻璃纤维( 玻璃布) 及石英砂。工艺上分两种： ( 1 ) 离心法用短切玻璃离心浇注成型( h o a b s 管) ，口径d n 6 0 0 , - - , 1 2 0 0 m m 。 ( 2 ) 缠绕法用玻璃纤维缠绕而成，口径d n l 6 0 0 - - 一3 0 0 0 m m 以上。 上世纪7 0 年代国际上开始使用，我国于9 0 年代试用，因所用树酯品种不同( 环氧、聚 酯1 ，价格差异较大。美国玻璃钢管比钢管还贵，只用于化工上特殊需要的地方。我国2 0 0 2 年统计供水管网用了6 6 k m ，此外多于排水、污水管中使用。从水力、水质条件上讲与塑 料管相似，但其耐老化性能、管材本体的强度等仍难与离心球墨铸铁管相比。其接e 1 都采 7 东南大学工程硕士学位论文 用承插式胶圈柔口，使抗震性能大大提高。通过多年使用考核，玻璃钢管具有如下特点： 1 ) 轻质高强，运输安装方便r p m 管的比重为1 7 1 9 ，管的环向拉伸强度为3 2 0 m p a ， 其单位长度的重量约等于钢管的3 0 ，钢筋混凝土管的8 ，因此运输安装十分方便。r p m 管的每根长度可达1 2 m ，比钢筋混凝土管可减少2 1 3 接头。它配有套环式接头和承插双密 封接头，安装快速简便。 2 ) 摩擦阻力小，输送能力高r p m 管内表面非常光滑，糙率系数小，水利系数c 可 长期保持在1 4 5 - - , 1 5 0 范围内，水流摩阻损失系数f 为o 0 0 0 9 1 5 ，能显著减少沿程的流体压 力损失，使输送能力提高2 0 以上，节省泵的功率和能源损耗( 约3 0 4 0 ) ，减少长期 运行费用。 3 ) 耐腐蚀性好，使用寿命长r p m 管能抵抗酸、碱、盐、海水、污水、腐蚀性土壤、 地下水和众多化学流体的腐蚀，使用寿命可超过5 0 年。 但玻璃纤维钢管也有其弱点：若要增加输送压力，就要增加壁厚，增加成本；它要求 有高的管道基础，以防止浮管及不均匀沉降引起的漏水：它的刚度差、承受冲击能力差， 不能承受较强的剪力和弯扭力，故在穿越道路、桥梁、倒虹管处和在弯头配件处仍需使用 金属制品。老化是另一个必须考虑的问题。世界上玻璃纤维生产先导者荷兰a m e r o n 公司， 仅建议3 0 年寿命。因此从长远利益看，它在输水业中，不会占很多地位。 1 1 9 不锈钢管 国际上已有许多国家使用于供水管道，我国也有部分城市在住宅建筑中试用。用于供 水管道的不锈钢管有焊管和无缝钢管两种： ( 1 ) 不锈钢焊管目前国内的规格尺寸为t 1 ) 9 - - - 4 0 6 r n m ，壁厚0 5 6 3 m m ，长度2 0 m 。 生产中采用氩弧焊、等离子焊或等离子+ 氩弧焊。其采用的标准为g b l 2 7 7 1 - - 9 1 ，a s t m a 3 1 2 - - 9 4 c ，d 矾2 4 6 2 和d 矾2 4 6 3 ，j i s 3 4 5 9 - - 8 4 和j i s 3 4 6 3 7 8 等。不锈钢焊管需逐根进 行水压试验，试验压力应筮5 m p a 。 ( 2 ) 不锈钢无缝钢管目前国内的规格尺寸为嘶5 3 0 衄，壁厚0 5 - 4 0 r a m ( 供水管 道一般使用较小管径和壁厚) ，长度2 0 m 。生产中采用的标准为g b 1 4 9 7 6 - - 9 4 ，g b 1 4 9 7 5 - - 9 4 ，a s t m a 3 1 2 a 3 1 2 m ，d i n 2 4 6 2 和j r i s 3 4 6 3 7 8 等。 不锈钢管其性能优越，但价格较其他管材贵，它可作为耐蚀、耐热中低压输送管和热 交换器用管，在这些场合很有发展前途。 根据对管材综合性能和使用场合的分析，上述各种管材的管径合理使用范围见表1 3 。 管径 ( 1 2 - - - 5 0 ) h n m 0 0 0 - 3 0 0 ) m m( 4 0 0 - - - 9 0 0 ) h m( 1 0 0 0 2 6 0 0 如 材质 塑料管 铝塑复合管 钢塑复合管 钢管 、， 离啦捌擀 、，、， p c c p 管 、， 玻璃钢管 、， 表1 - 3 管材的管径合理使用范围 8 第一章绪论 1 2 国外供水管道的管材应用情况 ( 1 ) 国外供水管道所使用管材情况 美国现每年铺设2 3 万k m 供水管道，球墨铸铁管占4 7 7 ，硬聚氯乙烯管占3 8 7 ， p c c p 管、水泥管占1 2 5 ，也即小口径以塑料管为主，中大口径以球墨铸铁管为主，特 大口径以p c c p 管和水泥管为主。 日本东京市城市供水管网中，球墨铸铁管约占9 0 。 在2 0 0 3 年德国柏林召开的国际供水设备产品展览会上了解情况： a 我国目前普通使用的p p r 塑料管，在整个欧洲国家已不采用，进户管全部使用p e 塑料管。 b 德国德里斯顿市水厂目前拥有口径5 0 - - - - 1 5 0 0 m m 的管网2 3 6 5 k m ，其中1 8 9 1 k m 为 进户管网。4 7 4 k m 为户外管网。管网管材4 9 采用球墨( 可塑性) 铸铁管，4 4 采用钢管， 7 采用p v c t p 、p e 管。 c 采用球墨( 可塑性) 铸铁管进行管网维修，可大大缩短抢修时间，做到快速恢复供水， 并使漏损率大幅度下降( 目前已达到9 呦。 2 0 0 0 年欧洲的饮水管中，使用p e 管已占全部塑料管的8 7 。 1 9 9 4 年英国对比塑料管与钢管破坏情况见表1 - 4 。 材料安装长度( 虹)破坏量( 处) 每1 0 0 0 k m 破坏量 p v c u5 4 1 68 4 81 5 6 6 h d p e2 2 4 05 8 2 5 9 钢管 1 6 3 7 93 3 3 72 0 3 7 表l - 4 塑料管与钢管破坏情况对比 ( 2 ) 国外离心球墨铸铁管应用情况 离心球墨铸铁管国外从二十世纪六十年代问世以来就得到迅速的发展，目前世界的铸 管年产量约9 0 0 - 1 0 0 0 刀吨，为铸件总产量的1 2 1 5 。其中球墨铸铁管产量约8 0 0 万 吨，各地区球墨铸铁管的年产量分布是：欧洲1 6 0 万吨，北美2 5 0 万吨，南美2 5 万吨，中 东2 0 万吨，澳洲1 0 万吨，亚洲3 3 0 万吨。它的使用量已占世界输水和燃气铸铁压力管道 的8 0 以上，日本和法国等工业发达国家已达9 5 9 8 ，见表1 - 5 。 i国别( 地区) 中国中国台湾美国英国法国德国日本 球铁管所占比例( ) 5 09 98 1 8 39 59 09 8 表1 5 各国( 或地x e ) 离心球墨铸铁管管道占供水铸铁管道的比例( 劢 ( 3 ) 国外塑料管应用情况 据比利时s o l v a y 公司报导，2 0 0 2 年全球管道市场总需求量为1 1 2 0 万公里，其中塑 料管道市场总需求量为4 5 0 万公里，占4 0 。 1 9 8 0 - 1 9 9 0 年的1 0 年间，国外塑料管的增长率是其他各种管材增长率的4 倍，达 到8 。1 9 9 7 年美国塑料管材量为2 1 6 万吨，1 9 9 6 年欧洲塑料管材量为1 4 7 万吨，日本为 6 0 万吨。 近l o 年来在世界范围内