玻璃钢夹砂管在供水工程运行中的问题分析

龚存燕

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518008)

1 应用背景

玻璃钢夹砂管是以树脂为基体材料，玻璃纤维及其制品为增强材料，石英砂为填充材料而制成的新型复合材料。相比较其它供水工程管道，玻璃钢夹砂管具有内壁光滑，水头损失小，节能效果优异，不易长螺；质量轻、承插式连接、单节管达12m，安装方便，适于快速化施工等特点，逐渐被应用于供水工程中。深圳是一个本地水资源严重缺乏的城市，70%左右的水源需从境外引入，为推广新材料应用，深圳某大型供水工程也考虑在外界干扰较少管段采用该种管材。

某大型供水工程设计输水规模120万m3/d，通过泵站提取原水，经管道和隧洞输水至水库进行调蓄，工程线路总长19.9km，其中隧洞工程长1.3km，管道工程长18.6km，管材为钢管、PCCP管和玻璃钢夹砂管。上游段采用单管线运行，长9.6km，由钢管和玻璃钢夹砂管组成，其中DN3400钢管长7.8km，DN3000玻璃钢夹砂管长1.8km；下游段采用双管线运行，长9.0km左右，由钢管、玻璃钢夹砂管和PCCP管组成，其中一条线路DN2800钢管长2.1km，DN2600玻璃钢夹砂管长6.9km；另一条线路DN2200钢管长1.8km，DN2200PCCP管长4.1km，DN2000玻璃钢夹砂管长3.4km。经统计，该工程玻璃钢夹砂管占管道总长度的43%左右。该工程玻璃钢夹砂管生产工艺为定长缠绕，管道结构由内衬层、结构层和外保护层三层组成，管道工作压力为0.6MPa。工程分两期进行建设，其中下游双管线中的DN2200/DN2000管线段于2004年11月建成运行，其余管段于2010年5月建成运行。

2 工程运行情况及问题

为确保工程的正常运行，从2004年工程运行开始，工程管理单位注重管道日常维护及停水检修。在工程日常维护中，随时处理工程缺陷，确保工程处于良好状态。工程自2006年开始实行每年一次的停水检修制度，重点修补可能对工程正常运行有影响的缺陷，重点解决需要在停水条件下才能处理的问题，通过停水检修消除各种工程缺陷和安全隐患，确保工程顺利运行。

虽然工程管理单位注重管道日常维护及停水检修，但工程运行过程中还是暴露出输水管线安全性不足的问题，主要集中在玻璃钢夹砂管段，主要表现为管壁出现气泡和裂缝、管身变形量大，同时漏水和爆管相对频繁。

沿线玻璃钢夹砂管2015年停水检修检查缺陷统计见表1。由表1可知，截至2015年统计的缺陷问题如下：

(1)DN2000玻璃钢夹砂管在运行10年之后，变形量超过3%的管节为153节，占总管节的44.5%；缺陷管节数量为299节，占总管节的86.9%，主要缺陷为气泡，裂缝管节相对较少。

(2)DN2600玻璃钢夹砂管在运行5年之后，变形量超3%的管节为94节，占总管节的12.4%；缺陷管节数量为476节，占总管节的63.0%，裂缝管节相对较多。

(3)DN3000玻璃钢夹砂管在运行5年之后，变形量超3%的管节为6节，占总管节的2.5%；缺陷管节数量为80节，占总管节的32.9%，裂缝管节占比较多。

(4)工程玻璃钢夹砂管变形量超3%的管节为253节，占总管节的18.8%；缺陷管节数量为855节，占总管节的63.7%。

截至2015年(DN2600玻璃钢夹砂管运行仅5年左右)玻璃钢夹砂管段已发生5次漏水和4次爆管。

表1 玻璃钢夹砂管停水检修缺陷统计表

根据历年停水检修统计，三种管径管道管顶覆土深度接近，周边地质条件接近，地下水埋深接近，同时下游并行DN2000玻璃钢夹砂管和DN2600玻璃钢夹砂管并行铺设，两管中心距离仅7.5m左右，地下水分布情况基本相同，但两次建设管道缺陷侧重点不一样，具体为：

(1)先行建设的DN2000玻璃钢夹砂管缺陷主要表现为变形量大，同时管内壁气泡较多，在双管段空间有限，新管DN2600玻璃钢夹砂管建设时已建DN2000玻璃钢夹砂管管顶还承受车辆碾压和堆载，但爆管现象相对较小，仅在2012年5月19日发生两条线路均爆管现象和2次漏水事故。

(2)后期建设的DN2600玻璃钢夹砂管缺陷主要表现为气泡和裂缝管节相对较多，变形量较小，但爆管相对频繁，该工程建成后管顶基本为草地和菜地，周边干扰相对较少，但仍然在2012年5月19日、2012年9月14日、2013年11月11日、2016年7月29日发生爆管现象和1次漏水事故。

(3)后期建设的DN3000玻璃钢夹砂管缺陷相对较少，未发生爆管现象，但发生2次漏水事故。

同时根据历年停水检修和管线运行发现如下情况：

(1)无论是DN2000玻璃钢夹砂管还是DN2600和DN3000玻璃钢夹砂管在运行1～2年缺陷均较少，仅局部管节出现气泡，裂缝管节很少，同时零星分布。

(2)2012年发生双爆管后，管道缺陷急剧发展，并且近年来缺陷恶化速度加快，历年停水检修缺陷严重位置通过采用手糊玻璃纤维布修补管段在后期也会出现新的缺陷，管内玻璃纤维布修补无法根本解决缺陷问题，同时通过对严重缺陷管节的修补也无法延缓其它管节缺陷的发展。

(3)爆管基本是在无外界干扰情况下发生，往往发生在裂缝管节，并且爆管会加重周边管节缺陷的发生和发展。

(4)管线运行存在重大安全隐患，管线周边城市化进程加速，严重威胁沿线铁路、学校、居民区、工厂及道路等公共安全。

3 原因分析

经多方研究认为，玻璃钢夹砂管的缺陷产生和爆管是由多方面原因造成的，外部原因主要为管道沿线水文地质条件复杂、施工过程中局部的回填压实度难以达到规范要求。根本原因还是玻璃钢夹砂管本身管材质量的问题，管道在运行过程中大量管节表面存在气泡或裂缝，表明管道存在一定的质量缺陷，缺陷发展到一定程度时发生漏水甚至爆管。

4 解决方案

为确保工程的安全运行，每年停水检修时管理单位不得不对沿线玻璃钢夹砂管进行详细检查，并针对检查出的问题对管道进行及时修补，耗费大量的人力物力，同时也加大停水检修成本。受停水时间限制，对玻璃钢夹砂管停水检修修补主要采用手糊玻璃布和碳纤维加固补强，缺陷特别严重的管段才考虑更换为钢管，根据停水检修检查，手糊玻璃布和碳纤维加固补强管段在后期也会出现新的缺陷，仅能作为一种临时处理措施。

另外管理单位也多次通过试验、技术研究等方式寻求彻底解决玻璃钢夹砂管安全性不足的问题的方案，但终因各种原因没有找到一种有效的玻璃钢夹砂管加固补强方案，为尽快彻底消除隐患，最终采取将全部玻璃钢夹砂管更换为钢管的换管方案，耗费大量资金。

5 结论

(1)玻璃钢夹砂管作为一种新型材料具有内壁光滑水头损失小并适于快速化施工等特点，较传统管材运用于供水工程中具有较明显的优势。

(2)在管道周边环境基本相近情况下，不同管径表现出的缺陷现象侧重点明显不同，DN2000玻璃钢夹砂管主要为变形明显，爆管较少，而DN2600和DN3000玻璃钢夹砂管变形量不明显，但爆管较多。

(3)某大型供水工程玻璃钢夹砂管在实际运行过程中出现的问题表明玻璃钢夹砂管管材本身存在质量缺陷。

(4)考虑到大管径玻璃钢夹砂管本身质量缺陷，并且目前没有有效解决其安全性不足的方案，因此在供水工程中应慎用。