聚乙烯(PE)管道设计施工技术手册

聚乙烯(PE)管道设计施工技术手册第一章总则1.1适用范围本手册适用于新建、改建、扩建的市政给水、再生水、工业压力输水及埋地燃气用聚乙烯（PE）管道系统的设计、施工、验收与运行维护。设计压力≤1.6MPa，管径范围dn20～dn1200，环境温度－20℃～40℃。1.2引用文件GB/T13663.22018《给水用聚乙烯（PE）管道系统第2部分：管材》GB502682008《给水排水管道工程施工及验收规范》CJJ632018《聚乙烯燃气管道工程技术标准》TSGD20022006《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》GB15558.12015《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材》GB500282021《城镇燃气设计规范》地方标准：DB11/T17652022《北京市PE管道施工与验收规程》1.3术语与符号SDR：标准尺寸比，SDR=dn/en。MRS：最小要求强度，PE100为10.0MPa。OP：操作压力，指管道系统在设计温度下的最大持续运行压力。MOP：最大操作压力，MOP=2×MRS/(SDR－1)/C，其中设计系数C=1.25（给水）、2.0（燃气）。TS：熔体热稳定性，190℃、21.6kg条件下氧化诱导时间≥20min。第二章材料选型与性能验证2.1原材料批次追溯每批混配料须取得北欧化工、Sabic、道达尔等原厂COA（CertificateofAnalysis），COA应包含：炭黑含量（2.0%±0.3%）、熔指（0.3～0.5g/10min）、密度（0.949～0.955g/cm³）、SCG（缺口试验≥500h）、RCP（S4试验，临界压力≥1.5×MOP）。2.2到货快速抽检项目实验室按每200t一批次抽样，现场用IRT3000红外快检仪比对炭黑分散度≤3级；用差示扫描量热仪（DSC）测OIT≥35min；若任一项不合格，整批退货并列入黑名单，12个月内禁止再次投标。2.3管材等级与壁厚选择给水：PE100，SDR11，dn630以下允许SDR17用于无压重力流；燃气：PE100，SDR11（≤0.4MPa）、SDR17.6（≤0.2MPa）；工业废水：含表面活性剂时，选用抗裂纹慢速增长（SCG）PE100RC，壁厚提高一档。2.4管件匹配dn≤160采用注塑一体式；dn≥180采用焊制管件，焊口错边量≤0.1dn且≤1mm。电熔套筒的铜丝应无氧化，电阻值公差±1%，并在管件外侧激光蚀刻二维码，扫码可读取焊接参数。第三章水力计算与路由设计3.1流量计算采用HazenWilliams公式，C=150（PE光滑内壁）。对长距离输水，需用EPANET2.2建立时变模型，验证消防峰值叠加事故工况。3.2水锤校核关闭时间≤10×L/a（a为声速，PE约350m/s）。当ΔP>0.24×PN时，设置调压罐或空气阀。调压罐预充压力=0.9×静压，容积按Allievi公式计算，并额外增加15%安全裕量。3.3路由避让与热力管平行时，水平净距≥1.5m，交叉垂直净距≥0.3m并加5mm厚PVC护板；与雨污管交叉，PE管顶在雨污管底以下≥0.3m，否则用C30钢筋混凝土包封180°，包封长度≥2m。3.4埋深与覆土车行道下管顶覆土≥1.0m；人行道≥0.8m；农田≥0.6m。当覆土不足时，采用SN8钢带增强波纹套管保护，套管两端用沥青麻筋封堵。第四章施工准备4.1项目部组建项目经理部下设“五组两室”：技术组、质安组、焊接组、试压组、物资组、试验室、资料室。焊接组必须配备2名持TSGD2002焊工证且连续6个月无返修记录的焊工。4.2设备进场校验全自动热熔焊机：焊机须带条码扫描、GPS时间同步、数据4G上传功能，出厂编号与项目编号绑定；电熔焊机：输出电压39.5V±0.5V，具有温度补偿，环境温度－10℃时自动延长冷却时间15%；爬行切割刀：刀片角度15°，确保端面垂直度≤0.5mm。4.3临时堆场管材堆高≤1.5m，底层用150mm宽木垫条，间距≤1.5dn；露天存放超过7天须用黑色防晒网覆盖，避免紫外线导致表面粉化。4.4技术交底采用BIM+MR混合现实交底：将Revit模型导入HoloLens2，现场叠加显示管顶标高、坡度、阀门井位置，误差<5cm。交底完成后，所有参与人员扫码电子签字，并存入企业云盘，保存10年。第五章沟槽开挖与基底处理5.1放线全站仪放线，中心桩间距≤20m，曲线段≤10m；撒灰线宽度=管外径+2×工作面（每侧300mm）+放坡宽度。5.2开挖机械开挖至管底以上200mm改用人工清底；槽底高程允许偏差±10mm，宽度偏差±20mm。槽底原状土不得扰动，若超挖，用中粗砂回填夯实，压实度≥95%。5.3不良地基处理淤泥层厚度<0.5m：抛石挤淤，块径200～300mm，上部铺100mm厚碎石找平；淤泥层≥0.5m：采用300mm×300mm松木桩，间距600mm，桩长穿透淤泥层≥1m，桩顶铺200mm厚碎石+土工格栅。5.4排水槽底两侧设300mm×300mm排水沟，每30m设集水井，井径600mm，深800mm，潜水泵24h抽水，确保地下水位低于基底0.5m。第六章管道敷设与组对6.1敷设温度环境温度<－5℃时，管材预热至15℃以上，采用40℃热风枪环向均匀加热，每点加热时间≤30s，防止局部氧化。6.2组对间隙热熔对接间隙≤0.3mm；电熔套筒插入深度按厂家标记，插入后回弹量≤5mm。6.3支管保护从主管分出dn≤63支管时，采用鞍型电熔旁通，钻孔后须用MDS专用刮刀倒角，倒角长度10mm，避免形成刻痕。6.4蛇形敷设温差>20℃时，每100m设1.5%弹性弯曲，弯曲半径≥25dn，利用土壤摩擦力锚固，不设伸缩节。第七章焊接工艺7.1热熔对接（ButtFusion）7.1.1铣削：铣刀转速900rpm，铣削后端面错位量≤0.1mm；7.1.2加热板温度：210℃±5℃，首次使用前用接触式温度计校准，每天记录；7.1.3加热时间：t=10×en（mm），秒；dn800壁厚47mm，加热470s；7.1.4切换时间：≤8s（dn≤250）、≤12s（dn≤630）、≤20s（dn≤1200）；7.1.5冷却时间：≥1.5min/mm壁厚，冷却期间禁止移动；7.1.6翻边对称性：用数显卡尺测双翻边高度差≤0.1×壁厚，且≤1mm；7.1.7焊口编号：用金属铭牌捆扎，二维码+激光刻字，包含焊工号、焊机号、GPS坐标、环境温度、焊接时间。7.2电熔连接（Electrofusion）7.2.1刮皮：刮削深度0.2mm，刮削长度≥套筒长度+10mm，粗糙度Ra6.3µm；7.2.2夹持：用EF专用夹具，防止熔融过程位移，夹具压力0.05MPa；7.2.3焊接参数：扫码后自动调用，严禁手动修改；若电压跌落>5%，焊机自动报警并重焊；7.2.4冷却阶段：冷却时间结束前禁止拆除夹具，夏季高温环境延长20%。7.3焊接质量评判7.3.1破坏性试验：每500道焊口抽1组做拉伸，屈服强度≥22MPa，断口位于母材；7.3.2无损检测：采用TOFD+相控阵，缺陷尺寸>1mm横向裂纹、>2mm孔洞必须切除重焊；7.3.3焊口返修：同一焊口允许返修1次，返修后须再经100%无损检测并1.5×PN试压1h。第八章阀门与附件安装8.1聚乙烯阀门壳体SDR11，阀杆双O型圈（NBR+FKM），扭矩≤35N·m（dn200）。安装前用1.5×PN气密30min，压降≤0.05MPa。8.2钢塑转换采用经防腐一体成型的法兰转换件，法兰标准GB/T9119，防腐层FBE+环氧云铁，厚度≥400µm。埋地端用热缩套+环氧底漆，搭接长度≥100mm，电火花检漏15kV无漏点。8.3排气阀高点设复合式高速排气阀，口径=1/10主管径，出口加90°弯管向下，防止人为破坏。8.4排泥阀低点设PE排泥三通+球阀，阀井内设300mm深集泥坑，便于抽吸。第九章压力试验与清洗9.1分段原则每段长度≤1000m，高差≤30m；穿越铁路、河流单独试压。9.2水压试验9.2.1预试验：0.3MPa稳压10min，检查明显泄漏；9.2.2主试验：升至1.5×PN，稳压2h，压降≤1%（GB50268表10.2.9）；9.2.3排水：用无油空压机排水，排水口设挡板，防止冲刷农田。9.3气压试验（仅限燃气）1.0×PN，24h，温度修正后压降≤1.5%；采用0.3级精密压力表，读数记录间隔1h。9.4清洗用自来水连续冲洗，流速≥1.5m/s，直至出口浊度<3NTU；最后用20mg/L次氯酸钠浸泡24h，再冲洗至余氯<0.1mg/L。第十章沟槽回填与路面恢复10.1回填分区Ⅰ区（管腋以下）：中粗砂，粒径0.2～2mm，压实度≥90%；Ⅱ区（管顶300mm以内）：人工夯实，每层150mm，压实度≥85%；Ⅲ区（300mm以上至路床）：可采用原土，压实度≥95%（车行道）。10.2压实工具Ⅰ区用立式振动夯，激振力16kN，夯板宽度250mm；Ⅱ区用小型蛙夯，防止砸伤管材。10.3沉降观测路面恢复后6个月内每月测1次，沉降差≤5mm；若超限，采用注浆补强，浆液为超细水泥，水灰比0.8:1，注浆压力0.3MPa。第十一章竣工资料与信息化交付11.1焊接原始数据自动焊机生成的.wlog文件须用SHA256哈希算法生成指纹，写入区块链（以太坊私有链），确保不可篡改。11.2三维坐标每道焊口、每只阀门用RTK采集WGS84坐标，精度±2cm，导入ArcGISOnline形成Web地图，业主扫码即可查看。11.3竣工图采用PDF/A2b长期保存格式，矢量图层与扫描件双套制，命名规则：工程编号_专业_桩号_版本.pdf。11.4质保期文件质保书2份原件，1份交业主档案室，1份热熔封入dn110管材内，埋于阀门井侧壁，方便50年后开挖溯源。第十二章运行维护与抢修预案12.1日常巡检燃气管道每月1次激光甲烷遥测，检测距离30m，读数>10ppm·m即开挖复查；给水管道每季度1次漏损噪声相关仪检测，漏损率>8%时加装DMA分区计量。12.2风险分级Ⅰ级（高危）：穿越河流、铁路、地铁，安装光纤声学传感系统，实时AI判漏；Ⅱ级（中危）：市政主干道，每2年1次CCTV内窥；Ⅲ级（低危）：小区支管，每5年1次抽检。12.3抢修流程接警→10min内关闭最近阀门→30min内抢修车到场→dn200以下用电熔抢修节，dn300以上用钢制抢修器（允许运行压力0.4MPa）；夜间抢修须用防爆灯，照度≥50lx；完成2h后做1.5×PN试压并恢复路面。12.4备品备件项目部常备dn90～dn315电熔套筒各10只，PE短节1m×6根，发电机5kW×2台，潜水泵100m³/h×2台，确保4h内完成临时通水（气）。第十三章典型案例（2022年杭州萧山机场专用供水管线）13.1项目概况业主：杭州萧山国际机场有限公司；设计单位：中国市政工程华北设计研究总院；施工单位：北京城建道桥建设集团PE事业部；管线参数：dn630×SDR11PE100，全长18.7km，设计压力1.0MPa，日供水4.2万m³。13.2技术难点穿越机场跑道滑行道2处，不允许开挖；工期仅90天，传统开挖无法完成。13.3解决方案采用“定向钻+PE100RC抗裂纹管材”，钻孔曲线曲率半径1500dn（945m），回拖力计算用ASTMF1962模型，最大回拖力42t，选用80t钻机；焊接全部使用全自动焊机，数据实时上传机场建设指挥部云平台；穿越段增加10%壁厚（SDR9），提高环刚度；回拖完成后，用2.0×PN水压试验4h，压降0.02MPa，优于规范。13.4实施结果提前7天通水，漏损率1.8%，获2022年度中国城镇供水协会“PE管道示范工程”奖；项目部总结《机场不停航定向钻PE管道施工工法》被评定为北京市级工法，编号BJGF202315。第十四章常见问题与排错速查14.1热熔焊口翻边不对称原因：夹装不同轴；加热板温度不均；解决：重新铣削，用激光对中仪校正，更换加热板热电偶。14.2电熔套筒喷料原因：刮皮不足或插入不到位；解决：切除重做，插入深度须回弹≤5mm，冷却期间禁止移动。14.3试压压降超标排查顺序：①检查压力表，更换0.4级表；②用ListeningStick沿管线听音，定位泄漏；③分段隔离，缩小范围；④确认为焊口泄漏，切除0.8m换管。14.4管材表面纵向划痕深度>1mm必须切除；≤1mm用80目砂纸打磨圆滑过渡，并做0.8×PN局部压力试验30min。第十五章环保、安全与职业健康15.1粉尘控制铣削时配套工业吸尘器，出口浓度<1mg/m³，符合GB16297二级标准。15.2焊接烟尘每台热熔焊机上方500mm设柔性吸风罩，风量1000m³/h，经HEPA过滤后排放。15.3噪声昼间≤70dB(A)，夜间≤55dB(A)；发电机加隔音罩，罩外噪声下降15dB。