西张水源地供水管道HDPE管穿插内衬改造技术

吕 彦 莉

(太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030009)

西张水源地供水管道HDPE管穿插内衬改造技术

吕 彦 莉

(太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030009)

按照国家相关通知要求，对太原市超期服役及落后管材供水管道进行了改造，根据供水管道在城市公共供水系统中发挥的作用不同，将西张水源地输水管线列入先期改造范围，并结合管道沿线施工环境，综合经济技术比较确定采用HDPE管穿插内衬技术进行供水管道改造，取得了良好的效果。

输水管线，HDPE管穿插内衬，改造，水源

1 设计背景

按住建部、国家发改委《关于印发全国城镇供水设施改造与建设“十二五”规划及2020年远景目标的通知》要求，对使用年限超过50年和灰口铸铁管、石棉水泥管等等落后管材的供水管网进行更新改造。据统计，目前太原市尚有420.59 km的超期服役及落后管材供水管道急需改造。而此次供水管道大规模更新改造计划中，输水管线作为城市供水生命线，应列入先期亟待解决项目。

西张水源作为太原市重要的水源地及城市备用水源，为太原市五水厂及十水厂主要的供水水源地。

西张水源位于太原市北郊区，为松散层孔隙水，主要划分为两个含水组：1)上含水组由全新统(Q4)冲积物组成，埋藏深度5 m～50 m。到1992年，该含水层已处于半疏干状态，成为下含水组的补给层和滤水层。2)下含水组由上更新统(Q3)冲积物组成，含水层埋深50 m～120 m，含水量水层岩性与上含水组相同，以卵石为主，富水性强，是西张水源的主要开采层位。据山西省地质水文队提交的《太原西张地区供水水文地质勘察报告》，西张水源可开采量21万m3/d。在黄河水源呼延水厂投产后，为充分发挥其效益，涵养地下水源，配合全市范围内的“关井压采”行动，现已大部分关闭处于备用状态。西张水源有产水能力的井35眼，根据近年来产水量与水位的变化情况以及水源地设施的取水能力，从保护、涵养地下水资源，以确保地下水资源的可持续利用角度考虑，针对重大水污染事件的预警和应急机制，建立有效的应急反应体系，增强城市供水部门应对水污染事件的能力，将西张水源作为城市备用水源紧急调用。其在城市公共供水系统中发挥着举足轻重的作用。

西张水源地水源井导水管及输水线为DN200～DN900供水管道，总长约26 km。管材包括钢管、灰口铸铁管自应力混凝土管等。由于敷设年代久远，管材陈旧落后，加之当时生产条件局限，在多次抢修中发现钢筋保护层已脱落，钢筋腐蚀严重，接口处胶圈脱出事故也较多，致使该段管道漏损严重，存在极大安全隐患，改造迫在眉睫。

2 设计改造方法

目前，国内管道更新改造的方法分为两大类，即开挖更换新管和不开挖敷设。其中，不开挖更新与敷设技术包括内衬管滑(拉)入衬装、管道翻衬、爆(碎)管衬装、定(导)钻技术、管内壁喷涂五大类。西张水源地现状导水管及输水管线未按城市规划道路形成，水源井导水管多数在农民田地里敷设，输水管线沿西干渠敷设。由于施工场地条件有限，工程量较大，施工期间正值田地播种，农作物生长季节。采用传统的开挖更换新管方法施工周期较长，与施工沿线居民协调困难；加之停水带来供水量短缺，无法满足停水期间供水量需求等问题，会对社会及太原供水设计研究院有限公司造成不良影响。经综合技术经济比较，采用内衬小口径管的方式进行改造。

1)“U”形HDPE管穿插内衬技术原理。

“U”形HDPE管内衬修复旧管道技术是将高密度聚乙烯管穿插内衬到旧管道内。其工艺是将外径与被修复旧管道内径相等的HDPE管，通过HDPE管U形缩径机缩径后用牵引机拉入旧管道中。然后通过升压胀管技术使U形HDPE管记忆性恢复。使HDPE管外壁紧贴到旧管道的内壁上，形成HDPE管的防腐性能与原管道的机械性能合二为一的一种“管中管”复合结构。

2)HDPE管的性能。

a.使用寿命长。

在额定温度、压力及无太阳光等含紫外线光线照射下，HDPE管道可安全使用50年以上。

b.质量可靠，化学性能稳定。

HDPE管耐磨抗腐蚀，质量可靠。

c.使用温度范围宽。

HDPE材料可在-20 ℃～50 ℃的温度范围内安全使用。

d.摩阻损失低。

HDPE管壁光滑，其摩擦系数是钢管的1/20，可降低介质在管道内的沿程阻力损失；HDPE为无极性分子链结构，其他物质不易附着在其表面，管道内壁不易结垢，水头损失小，降低运行成本。

同种口径和压头损失的管道工况下，可比其他金属管道的输送量提高20%～40%。

e.卫生性能良好。

HDPE管道材质安全无毒，无结垢层，不滋生细菌，从而避免了自来水在金属管道输送工程中容易出现的红水、黄水等二次污染问题。

3)“U”形HDPE管穿插内衬技术特点概述。

a.对旧管道清洗要求低。清洗后的管道只要达到内壁光滑、无毛刺、无尖锐棱角，清洗后原管道内径达到穿插要求即可，可大大减少旧管道的清管投入和时间。

b.施工周期短。可穿过不大于15°的弯头(转角)，一次穿插距离长，对于理想管段一次可穿插300 m以上；清洗速度快。

c.施工安全。“U”形HDPE管缩径量可达30%以上，穿插阻力小，较易施工。

4)“U”形HDPE管穿插内衬修复与传统开挖铺管的对比见表1。

表1 “U”形HDPE管穿插内衬修复与传统开挖铺管对比表

通过以上技术经济比较可见，HDPE管穿插内衬改造方法施工周期短，对周围环境影响小，相比传统开挖更换新管，更适用于本次输水管线改造。

5)工艺流程见图1。

3 HDPE管穿插内衬修复配套技术

1)管道清洗技术。

a.PIG物理清洗技术。

该技术是依靠泵推动流体产生的推动力驱动PIG(清管器)在管内向前推动，将管道内的污垢排出管外，从而达到清洗的目的。传统的PIG物理清洗技术经过不断改进和完善，衍生出其他清洗方法，如牵引钢丝刷清洗球清洗、牵引弹簧刮刀清洗球清洗等方法。

牵引式物理清洗技术对改造后的原管道逐段进行清洗，可使管道内壁光滑，干净(在不影响管径的情况下允许有少量的垢或2 mm牢固平滑附着物)，并用管道CCTV成像系统进行检查。

b.高压水射流清洗技术。

经设备的增压系统加压的水通过枪头上的小孔输出形成高速水射流，这种射流有很高的冲击和剥削能力，可将管壁上的结垢和其他附着物清除。

c.化学清洗技术。

使用化学清洗剂注入到待清洗管道或容器内，通过清洗剂和垢层的化学反应将垢溶解掉，以达到管道清洗的目的。

本工程施工采用牵引式物理清洗技术。

2)PE复合法兰成型连接技术。

技术1：PE法兰电热熔焊接技术。

该方法是用电阻丝通电加热后使PE法兰和PE管接触面熔化并粘贴成一体，PE法兰紧贴在铸铁或钢法兰前面从而形成复合法兰，这种端口技术密封性能良好，已在多个工程中得到应用。

技术2：PE法兰翻边成型技术。

其方法是将特制模具固定在穿入后的HDPE管端头，然后通过加热处理一次形成与内衬管一体的PE法兰，PE法兰紧贴在铸铁或钢法兰前面从而形成复合法兰，这种技术处理后的端口特点为法兰和内衬管为一整体，且施工方便，质量可靠。

3)HDPE管变“U”形、暂时捆扎技术。

这种技术是用专利变形设备将焊接好待穿插的HDPE管变成“U”形，使其直径减小到原来的2/3，并用特制胶带或软质钢丝绳将变形过的HDPE管暂时捆绑定型以利于穿入待修复管道中，待穿入后再将其打开恢复圆形(用压缩空气)。这种变形技术缩径量大，穿插阻力小，减小了穿插过程中HDPE管在原管道中的外壁磨损和拉力过大对HDPE管带来的伤害。

4 结语

HDPE管穿插内衬技术针对施工现场开挖难度大，要求施工周期短，管道沿线支管较少的情况比较适用。其相应配套的清洗、连接及捆扎技术等在日后的施工过程中也将得到不断完善，创新和提高。该内衬技术应用于太原市西张水源地输水管道的改造，可极大的缩短施工周期，减少施工影响，为城市供水提供可靠的保障。

[1] GB 50013—2006，室外给水设计规范[S].

[2] 给水排水设计手册(第3册).城镇给水[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3] SY/T 4110—2007，聚乙烯内衬修复管道施工技术规范[S].

[4] GB/T 50268—2008，给排水管道工程施工及验收规范[S].

[5] GB/T 13663—2000，给水用高密度聚乙烯(PE)管材[S].

[6] GB/T 17219—98，生活饮用水输配水设备及卫生防护材料的安全性评价标准[S].

On HDPE pipe insertion lining reconstruction technique in water-supply pipelines at Xizhang water resources

Lv Yanli

(TaiyuanWater-SupplyDesignInstituteCo.,Ltd,Taiyuan030009,China)

According to related national notices and requirements, the paper undertakes the reconstruction for lagged water-supply pipelines with extended service period, lists the water-supply pipelines at Xizhang water resource into the advanced reconstruction ranges according to the different roles of the water-supply pipelines in urban public water-supply system, and adopts HDPE pile insertion lining technique in the water-supply pipeline reconstruction by combining with the construction environment of pipelines and economic and technical comparison, so it achieves better effect.

water-supply pipeline, HDPE pipe insertion lining, reconstruction, water resource

2015-02-28

吕彦莉(1983- )，女，工程师

1009-6825(2015)13-0125-02

TU990.3

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