军屯水库球墨铸铁管爆管事故修复方案

2024-02-01赵应武温永欢

水电站机电技术 2024年1期

吴鸿，赵应武，温永欢

（贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州贵阳 550009）

1 球墨铸铁管的应用

在输水工程中，常用的管道有预应力混凝土管（PCCP）、钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢管（RPMP）、塑料管（PE）等，管材选择一般根据管道的重要程度、运行条件、管道直径、管道压力、使用寿命、运输和安装条件、水力条件、地质条件、工期等综合确定。

球墨铸铁管（Ductile Cast Iron Pipes），是一种石墨主要以球状型式存在的铸铁管道，简称为球管、球铁管，属于金属管材，机械性能接近钢管，而耐腐蚀性又优于钢管，最小抗拉强度为420 MPa,最小延伸率为7%，最大可达10%，口径有DN80-DN2600。球墨铸铁管在安装时需要很多管件来满足管线偏转、分水、变径、特殊连接等功能，如弯头、变径、三通、四通等。球墨铸铁管管道之间的连接一般采用接口，接口型式有滑入式接口、机械式接口、自锚式接口和法兰式接口等，其中球墨铸铁管与钢管之间的连接一般采用法兰式接口连接。

由于球墨铸铁管安装速度较快、调试方便、使用寿命长、密封性好、抗内外压能力强、水力特征好、安全等级高、维修方便等原因，被广泛应用于供水、供气等工程中，在水利工程中得到越来越多的应用，例如南水北调中线工程使用了长度超过1 800 km的球墨铸铁管。

2 工程概况

某工程进口底板高程421.0 m，取水口中心高程421.60 m。取水口进口处为1/4圆形喇叭口（R=0.6 m），后设两侧平直段安放移动式拦污栅，拦污栅槽后为三面收缩（底板不收缩）的喇叭口，喇叭口后设事故闸门，事故闸门后连接长1.2 m的渐变段，洞口尺寸由1.2 m×1.2 m的矩形变为直径0.8 m的圆形，随后接Φ800坝内埋管。坝内埋管在穿过灌浆排水廊道前，中心高程在混凝土包管段由421.60 m变为419.8 m，包管段管道长2.5 m，为便于施工，包管段采用DN800的K8球墨铸铁管管件，K8球墨铸铁管管件根据GB/T 13295——2019《水及燃气用球墨铸铁管、管件和附件》设计。管件后接DN800钢管（t=10 mm，Q235C）,N800钢管采用明管型式铺设，穿过廊道后通向下游闸阀室。管道中心线至水库水位的最大水头差为19 m。

3 管道实际实施和运行情况

施工时，存在以下问题：

（1）由于实际采购的球墨铸铁管盘接管件尺寸比设计图稍大，球墨铸铁管管件延伸到了坝内镇墩外，即螺纹连接法兰暴露在廊道内。

图1 坝内管道平面设计图

图2 坝内管道纵剖面设计图

图3 坝内管道连接图

（2）现场安装顺序为先安装球墨铸铁管盘接管件后，再浇筑包管混凝土，最后再安装下游钢管。

（3）在安装钢管时，从下游往上游实施。在钢管的安装定位存在一定偏差的情况下，强行与球墨铸铁管盘接管件连接。

以上管道的实施情况为事故的发生埋下隐患，在通水试验时，球墨铸铁管盘接管件上游侧破裂，如图4所示。

图4 球墨铸铁管管件螺纹连接法兰上游侧破裂

4 球墨铸铁管常用修复方法

球墨铸铁管出现了事故，可根据破坏程度的不同，采用局部切除换管、哈夫节[1]、使用钢制包箍、连管箍等[2]，其中最常用的是局部切除换管和哈夫节。

局部切除换管：切断管道，用短管替换损坏的管道，可用管箍连接新旧管道。为了保证使用寿命一致，更换的管件和管材要和原管道相同。随着科技发展，原有的管材可能退出市场，所以有局限性。

哈夫节：又称补漏器、快速堵漏管件、卡箍、管道堵漏器，由两本体和两件橡胶垫组成，安装时，将两本体对合在漏水处拧紧螺母就可以实现不断水的情况下快速抢修，修复和加固原管道。

随着近年来焊接技术的快速提高，球墨铸铁管的焊接修复也成为了可能。

5 本工程采用的管道修复措施

管道破裂发生后，管道马上停止通水。因球墨铸铁管管件已安装完毕，混凝土已浇筑完毕，不具备拆除换管的条件[3，4]。

若安装哈夫节，需要切割原法兰盘，工程量较大；直径500 mm以上的卡箍质量较大，安装完成后，上部橡胶承受挤压的压力较大，使用一段时间后，上部橡胶会丧失弹性；容易二次漏水，且卡箍容易密封不严；在震动大的管段，尽量不要使用卡箍。本渗漏处位于进水口附近，运行时震动较大，综合考虑以上因素，若使用哈夫节容易再次漏水[5]。

为了尽快、有效处理好漏水问题，确保管道能长期正常运行，现场采取了以下措施：

（1）为能进入管道焊接，将法兰盘下游钢管切割1 m长管段，并在该管段上预留0.6 m的进人孔。

（2）在厂家的指导下，由专业焊接人员严格按照生产工艺对管道裂缝实施特种焊接，焊接后要进行保温退火处理，以消除应力。这个环节一定要确保焊接质量。

（3）焊接工艺完成后采用特种焊补胶焊补修复并加固，以增加焊接效果的稳定性和耐久性。

（4）在对球墨铸铁管法兰盘、钢管全部焊接完毕，要涂敷防腐层，保证涂覆前内外表面应无铁锈和杂物。防腐层涂覆后内外表面涂层应均匀，粘附牢固，不因气候变化而发生异常。

（5）球墨铸铁管管道及管件外表面喷涂金属锌（第一层）+喷涂黑色终饰层（第二层），涂层符合ISO 8179-1《球墨铸铁管、管件、附件及其接头。外部镀锌.第1部分：终饰层用金属锌》的规定；内表面涂层喷涂水泥砂浆，水泥砂浆内衬符合ISO 4179《压力管线和无压力管线用球墨铸铁管及管件-水泥砂浆内衬》的规定。在按GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测量时，内衬水泥砂浆在养护28 d后的抗压强度不小于50 MPa。

（6）钢管表面按照SL 432-2007《压力钢管制造及安装验收规范》的要求进行防腐处理。钢管内壁防腐材料采用H55-80/H55-32饮水容器防腐底漆/面漆，底漆干膜100 μm喷涂2道，面漆干膜100μm喷涂2道，干膜总厚度400μm。明管与大气接触的外壁防腐蚀采用底层无机富锌50 μm，中间层环氧云铁100 μm，面层丙烯酸聚胺脂100 μm。埋入混凝土内的钢管外壁除锈后涂刷水泥浆。

（7）外露球墨铸铁管管件及球墨铸铁管法兰盘下游部分钢管采用C20混凝土镇墩进行固定，镇墩长1.5 m,高1.7 m,宽1.8 m。为实时观测修复后的管道是否再次漏水，管道外侧沿管壁均匀布置8根Φ80纵向软式透水管、沿管轴线每隔300 mm布置Φ120环向软式透水管，如图5所示。软式透水管是一种具有倒滤透（排）水作用的新型管材，具有耐压耐拉强度高、透水、反滤作用，使用寿命长，不因温度、地质条件变化断裂，施工简便，无接头。