凱威赫（大連）管道有限公司
段文宇 趙巖

一、 高密度聚乙烯（HDPE）管道的發(fā)展及應(yīng)用

　　塑料是本世紀(jì)發(fā)展最快，用途最廣泛的新型材料之一，塑料管道因?yàn)榫哂薪?jīng)濟(jì)性、耐腐蝕、施工方便等特點(diǎn)，具有傳統(tǒng)管道材料所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在給排水、燃?xì)?、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。
　　從50年代初，高密度聚乙烯材料（HDPE）率先被芬蘭凱威赫公司應(yīng)用于管道制造開始，高密度聚乙烯管道的發(fā)展很快，無論從原材料到生產(chǎn)技術(shù)都有很大的改進(jìn)。黑色高密度聚乙烯管道使用壽命長(zhǎng)達(dá)五十年以上；內(nèi)壁光滑，且不隨使用時(shí)間變化，壓力損失比鋼管約小30%，可選用比鋼管小的口徑；無毒性、耐腐蝕，長(zhǎng)期使用亦不會(huì)積垢；材料抗老化，可地面敷設(shè)；柔韌性好，材質(zhì)延伸率大，脆化溫度低（-70℃），能吸收介質(zhì)沖擊、適應(yīng)地基下沉、地震、冰凍和路面重車行駛（有報(bào)道說，1995年日本神戶地震中，聚乙烯燃?xì)夤芎凸┧苁俏ㄒ粵]有被破壞的管道）；管道可以制造成任意長(zhǎng)度，可柔性布置，節(jié)省管件；可焊接，提高管路嚴(yán)密性，減少輸送介質(zhì)漏損；重量輕（密度是鋼的八分之一），安裝勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工費(fèi)用少。由于高密度聚乙烯（HDPE）管道眾多優(yōu)越性能，使它在諸多管道材質(zhì)中脫穎而出，所占市場(chǎng)份額日益提高。
　　經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，HDPE管道已在諸多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。供水管線是最成功的應(yīng)用領(lǐng)域之一，其適用工作壓力可高達(dá)2Mpa。由于其優(yōu)越性能，HDPE管道在許多特殊工程中也得到廣泛應(yīng)用，襯裝工程就是其中的一種。

二、 襯裝法更新舊管道

　　世界上許多城市由于舊的給排水管道、氣體輸送管道年久失修，腐蝕和破損較多，滲漏嚴(yán)重，造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。但有些管道埋在城市道路或構(gòu)筑物之下，如果要采用全面開挖的方法，取出報(bào)廢的舊管道再埋入新管道，不僅耗資巨大，且對(duì)城市交通及環(huán)境帶來不利影響，這就使許多城市老管線無法改造。而由凱威赫管道集團(tuán)公司提供的聚乙烯管道襯裝技術(shù)使這種更新產(chǎn)生了重大變革， 聚乙烯管道具有良好的柔韌性，內(nèi)外壁光滑，并且可以焊接成長(zhǎng)管，連接處外徑與管材外徑相同，強(qiáng)度也相同，非常適合于做襯裝工程。聚乙烯管道與傳統(tǒng)管道相比具有眾多優(yōu)勢(shì)，采用聚乙烯管襯裝法更新舊管道，已成為解決城市老管道改造的最佳方案之一。
　　襯裝方法為：根據(jù)城市舊管網(wǎng)的實(shí)際情況（彎頭、三通、閥門、坡度等），沿原有管道每隔一定距離挖掘一個(gè)工作坑，將舊管道分割成幾段，并對(duì)其內(nèi)表面進(jìn)行清掃，然后將聚乙烯管道襯入其中，非常簡(jiǎn)單的工作既可完成更新。
　　PE管道襯裝主要有三種方式：滑入襯裝、貼合管襯裝、短管襯裝
　　下面詳細(xì)介紹一下這三種襯裝方式：
　　（一） 滑入襯裝：即直接把連接好的聚乙烯管道拉進(jìn)舊管道中。
　　此種襯裝方式較好，世界上應(yīng)用非常廣泛。如凱威赫公司1981年在泰國(guó)曼谷所襯裝供水管線工程，滲漏的管線已有65年歷史，滲漏率高達(dá)40%以上，襯入PE管道外徑為355mm-710mm，壓力0.63Mpa，全長(zhǎng)9.6公里；1994年在丹麥?zhǔn)锥几绫竟r裝供水管線，外徑710mm-1000mm,長(zhǎng)度7350米；德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)大樓前的供水襯裝工程等均屬于此種襯裝方式。
其施工方法如圖所示：

　　凱威赫（大連）管道有限公司1999年用滑入襯裝技術(shù)對(duì)大連自來水公司從北大河到三道溝水廠的一段供水管線進(jìn)行更新。原管線為混凝土管道，管徑DN800，管道更新長(zhǎng)度4公里。
　　大連滑入襯裝項(xiàng)目的具體情況如下：
　　1、插入管徑的確定：
　　一般規(guī)定滑入內(nèi)襯管外徑與舊管內(nèi)徑之間須留有舊管內(nèi)徑10%的間隙，以便安裝內(nèi)襯管時(shí)不致使聚乙烯管道受傷。雖然聚乙烯管道的管徑較原有管道管徑小，但聚乙烯管道管壁光滑，且不隨使用時(shí)間變化，其優(yōu)越的流通性能仍能維持原有管道的流通能力。
以大連自來水公司襯裝項(xiàng)目為例，原管線為混凝土管道，管徑DN800，管道為自流系統(tǒng)，每天送水量30000m3，進(jìn)出水高差為30m，選φ710×27.2mm（0.5MPa）高密度聚乙烯管道襯裝。
　　實(shí)際小時(shí)送水量為:30000÷24=1250m3/h=347L/s
　　對(duì)舊混凝土管道，其水力計(jì)算應(yīng)用海登-威廉公式較合適，
　　i^0.54=Q/(6.67×C×D^2.63)
　　　Q—— 流量 l/s
　　　C——CHEZY公式水力參數(shù) m^0.37/s
　　　　　　舊混凝土管（20年）為90
　　　D——水力直徑 m
　　　i——水力坡度 （‰）
　　則i^0.54=347/(6.67×90×0.8^2.63)
　　i =1.074‰
　　查給排水設(shè)計(jì)手冊(cè),HDPE管道水力計(jì)算公式為:
　　i＝0.000915Q1.774/dj^4.774
　　Q—— 流量m³/s
　　dj——管道內(nèi)徑 m
　　則i =0.000915×0.347^1.774/0.6556^4.774=1.05‰
　　可見HDPE管道的水力坡降小于舊管道，雖然管徑減少，但仍能維持原有管道的流通能力。且由于聚乙烯管道耐壓能力提高，使將來提高供水量成為可能。
　　2、 投資分析
　　傳統(tǒng)的管道安裝工程內(nèi)容包括：開挖路面，挖土，運(yùn)土，支撐，排水，管道鋪設(shè)，閥門安裝，試壓，回填夯實(shí)，恢復(fù)路面等。
以DN800球磨鑄鐵管道為例，其施工造價(jià)見下表：（摘自《上海市政工程估算指標(biāo)》，上海市建委編）
DN800球磨鑄鐵管 100米 開挖施工

單位 數(shù)量 占基價(jià) % 人工 工日 1,128 人工費(fèi) 元 18,838 14.04 球磨鑄鐵管DN800 m 101 閘閥 DN800 個(gè) 0.4 承插鑄鐵配件DN800 個(gè) 3 其他材料費(fèi) 元 27,206 材料費(fèi)小計(jì) 元 103,685 77.25 機(jī)械使用費(fèi)小計(jì) 元 11,691 8.71 指標(biāo)基價(jià) 元 134,214 100 其他工程費(fèi) 元 11,006 綜合費(fèi)用 元 45,948 稅金 元 6,519 建筑安裝工程費(fèi)用 元 197,687

　　此費(fèi)用尚不包含挖路費(fèi)，大連地區(qū)道路開挖費(fèi)約為300元/m2（有些城市更高），預(yù)計(jì)每米管道需開挖道路面積2m2，則每米管道開挖費(fèi)600元。工程費(fèi)與破路費(fèi)相加，即1976.87+600=2577（元/米），同時(shí)施工還將造成交通堵塞，產(chǎn)生社會(huì)問題。
　　如用φ710（0.5MPa）的HDPE管道進(jìn)行襯裝，土石方費(fèi)（減少開挖）、施工機(jī)械費(fèi)、管道材料費(fèi)、焊接費(fèi)、襯裝材料費(fèi)、技術(shù)服務(wù)費(fèi)、稅金等綜合造價(jià)遠(yuǎn)低于從新開挖敷設(shè)管道的造價(jià)，且不會(huì)造成交通堵塞等社會(huì)問題。
　　3、插入段長(zhǎng)度確定：
　　每一插入段的長(zhǎng)度取決于施工條件，管道走向，管徑等各種因素，一般為300-700m，采用卷揚(yáng)機(jī)牽引。但要控制一個(gè)指標(biāo)，插入管的牽引力所形成的拉伸應(yīng)力不得大于材料屈服拉伸強(qiáng)度的50%。
　　4、插入施工：
　　在開挖前，切斷水源，排掉原管道中的積水，按設(shè)計(jì)位置挖掘長(zhǎng)方形操作坑，操作坑具體尺寸視管徑而定。將PE直管焊接成一條長(zhǎng)管道，管道接口采用對(duì)熔焊接，對(duì)熔焊接屬于一種與熱—壓相關(guān)的操作過程. HDPE被加熱到200-220℃時(shí)，會(huì)由固態(tài)軟化，當(dāng)兩個(gè)管端的材料被加熱軟化后，在一定的壓力作用下壓合在一起，在焊接操作過程中，兩根HDPE管道的管端被融化、擠壓、冷卻，形成牢固的焊道。焊道處形成一致性的管道材料結(jié)構(gòu)，冷卻后焊道處能夠達(dá)到和管道本體一致的性能。這種接口方式保證了管道不會(huì)發(fā)生接口泄漏。
　　焊接施工如圖所示：

　　焊接好一長(zhǎng)段PE管道后，以Y字型滑輪支撐，沿管線方向布置，做好襯裝準(zhǔn)備。同時(shí)在操作坑內(nèi)割掉一段原管道，置入清管器，對(duì)舊管襯裝段內(nèi)的固體雜物進(jìn)行清掃。在被插入管段的另一端設(shè)置牽引絞車，清管后，置入一段短聚乙烯管與牽引鋼絲繩連接，進(jìn)行管道試襯。襯裝牽引頭應(yīng)為錐形，并應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度，確保牽引過程的安全順利完成。牽引過程中，應(yīng)記錄襯入鋼絲繩長(zhǎng)度，萬一試襯過程中意外卡住時(shí)，可以準(zhǔn)確找到短管位置。進(jìn)行試襯后檢查短管有無嚴(yán)重劃傷。如有劃傷，說明清管未凈，應(yīng)再次清管處理，重復(fù)試襯工作。試襯通過后，再將通過絞車的緩慢牽引將已焊接好的PE管道滑入舊管道中。
　　5、 管段連接
　　在操作坑內(nèi)將原管道、插入管及管件用活套法蘭過渡段連接起來。HDPE管道之間或HDPE管道與其它材質(zhì)管道之間的連接均可以采用法蘭連接，連接方式見下圖：

　　

　　6、打壓實(shí)驗(yàn)
　　經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后即可投入運(yùn)行。
　　一般通過7天的施工，可完成每段500m-700m管道的襯裝。大連自來水公司1999年襯裝工程，總長(zhǎng)約4公里，采用外徑710mm的HDPE管道，經(jīng)過50天時(shí)間完成施工任務(wù)。打壓實(shí)驗(yàn)一次成功，現(xiàn)已供水使用。
（二）貼合管襯裝：（薄壁）
　　先把聚乙烯管道擠縮成較小直徑（成凹形），拉進(jìn)舊管以后，通入蒸汽使其恢復(fù)原來的形狀和直徑，緊貼在舊管壁上。也可以反轉(zhuǎn)薄管貼襯入原管中。
　　此種襯裝方法以小管、薄壁為主，這里不做詳細(xì)介紹。
（三）短管襯裝：（排水）
　　將一連串單獨(dú)的PE短管（凱威赫公司Vipliner管道）插入已存在的舊管道之中，這種襯裝方法工作坑更小，進(jìn)一步降低了交通堵塞的影響。另外，整個(gè)襯裝過程中，排污系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，不需防水處理。橫向分支管道采用凱威赫專利技術(shù)連接，可節(jié)省挖溝的時(shí)間和費(fèi)用。
　　襯裝方法如圖所示：

　　以在科威特所施工的污水項(xiàng)目為例，原管道為水泥管道，總長(zhǎng)24公里，采用內(nèi)壁接口短襯管（每段0.5米），用三年時(shí)間，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下完成了管道襯裝工程。
　　以上三種聚乙烯襯裝更新方法，不但基本維持原管道的輸送能力，并能縮短更新施工工期，節(jié)省人力和降低更新費(fèi)用，是更新破損的地下管道的常用方法。另外還有爆管襯裝（burstling）、地道襯裝（tunneling）等管道敷設(shè)方法，但對(duì)技術(shù)要求相對(duì)較高。

三、凱威赫（大連）管道公司簡(jiǎn)介

　　凱威赫（大連）管道公司是芬蘭凱威赫管道集團(tuán)在中國(guó)的唯一子公司。凱威赫管道集團(tuán)從1951年就開始大批量生產(chǎn)熱塑性管道，在歐洲、美洲和亞洲等擁有二十多個(gè)生產(chǎn)廠和銷售處，僅在泰國(guó)就有16條PE生產(chǎn)線。集團(tuán)在管道產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究、生產(chǎn)制造、檢驗(yàn)及應(yīng)用等方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。土耳其深海排放工程、香港海底襯裝工程等富有挑戰(zhàn)性項(xiàng)目的順利完成，更奠定了凱威赫管道集團(tuán)作為世界塑料管道行業(yè)先鋒的地位。
　　凱威赫（大連）管道有限公司全面沿襲了芬蘭凱威赫管道集團(tuán)的先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)HDPE管道最大生產(chǎn)口徑可達(dá)1000mm。凱威赫（大連）管道有限公司愿與大家共同為中國(guó)給排水事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。