不停水帶壓開孔及封堵技術(shù)在供水管道施工中的應(yīng)用

侯 麗 君， 高 永 民， 廖 聰

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

帶壓開孔及封堵技術(shù)起源于美國，由中國施工企業(yè)引進并進行了技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)發(fā)展至今已相當成熟，目前主要應(yīng)用在輸油、輸氣、供熱管道領(lǐng)域，在城市輸水管道上應(yīng)用極少。隨著城市建設(shè)的大力推進，越來越多的建設(shè)項目涉及到城市輸水管道的遷改，相關(guān)部門也逐漸意識到常規(guī)停水作業(yè)給城市居民、企業(yè)生產(chǎn)帶來的巨大負面影響，也希望能引進并推廣帶壓開孔及封堵技術(shù)，從而實現(xiàn)管道不停水作業(yè)。

2 帶壓開孔及封堵技術(shù)的原理及優(yōu)點與適用范圍

帶壓開孔及封堵技術(shù)是指在無介質(zhì)外泄的狀態(tài)下，利用專用開孔設(shè)備，以機械切削的方式在運營管道上加工出圓形孔，再利用專用封堵設(shè)備從開孔處將封堵頭送入管道內(nèi)進行密封，從而阻止管道內(nèi)介質(zhì)流動的一項特種技術(shù)。它相對于停輸改造施工而言,具有施工影響小、效益高、安全系數(shù)大的優(yōu)點，尤其針對城市主供水管道施工，其不停水的優(yōu)點更加突出。

帶壓開孔及封堵工藝可分為以下三種形式：單點封堵、雙開雙封和多開多封。其中，單點封堵一般會造成操作管道停水，通常用于管徑不大或影響區(qū)域不大的支管線，其可借助其它閥門組提供的便利施工條件,通過單點封堵的形式達到不停水效果，從而降低施工成本及難度；雙開雙封和多開多封一般是通過帶壓開孔技術(shù)架設(shè)旁通管線用以實現(xiàn)管道不停水作業(yè)，該技術(shù)主要適用于帶壓管線在不停輸、不降壓、保證正常運行的情況下完成管道的更換、搶修、遷改、換閥及增加支線等施工作業(yè)。目前，帶壓開孔的最大直徑可達DN3000，封堵的最大直徑為DN2600，最大承壓6.4 MPa，適合碳鋼管、不銹鋼管、鑄鐵管、PE管、PCCP管等大部分管道施工。

3 施工方法

3.1 工藝流程

施工準備→管件安裝→夾板閥安裝→開孔鉆機安裝→整體試壓→開孔作業(yè)→下放堵頭→安裝盲板→人員設(shè)備退場。

3.2 施工準備

3.2.1 管道參數(shù)調(diào)研

項目進場前，技術(shù)人員需對管線情況進行調(diào)研，以便于施工材料及設(shè)備的籌備。調(diào)研內(nèi)容通常為以下幾項：管道外徑及壁厚、管道材質(zhì)、介質(zhì)流向、管線設(shè)計壓力及運行壓力、旁通孔規(guī)格型號、各作業(yè)點的空間位置及相對距離、其它技術(shù)要求等。

3.2.2 施工位置的確定

項目進場后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況和施工意圖，通過技術(shù)人員現(xiàn)場測量，確定開孔及封堵施工位置。

3.2.3 操作坑開挖

操作坑開挖尺寸需滿足封堵施工規(guī)范要求，一般按下述公式確定：

(1)封堵作業(yè)坑底最小寬度：W=D+K

式中W為坑底最小寬度；D為管道外徑；K為作業(yè)寬度常規(guī)值，通常取 2.6～3.2 m。

(2)封堵作業(yè)坑長度：L=L1+L2+L3

式中L為工作坑長度；L1為旁通作業(yè)點到封堵作業(yè)點的距離，L1≥2.5L4(L4為管件長度)；L2為旁通作業(yè)點到工作坑邊緣的距離，L2≥3D，且L2≥1.5 m；L3為封堵作業(yè)點到工藝平衡孔的距離。

(3)封堵作業(yè)坑深度：H=h1+h2+D

式中H為工作坑深度；h1為管頂至地面的距離；h2為管底至坑底的距離，h2≥70 cm。

施工前，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況在工作坑內(nèi)設(shè)置管道支撐結(jié)構(gòu)，以確保管道施工過程中的穩(wěn)定性，防止管道位移變形。

3.2.4 管外壁打磨

管外壁打磨的主要目的是去除管道外表的防腐層，除去管線表面的油污和底漆以及清除管外壁凸起和毛刺部分，確保管件安裝后的密封效果。

3.3 設(shè)備安裝

準備工作完成后，依次安裝管件、夾板閥和開孔機。對于碳鋼管，可采用焊接方式將管件安裝在管道上，保證焊縫飽滿、不滲漏；對于其他材質(zhì)的管道，若無法直接焊接，則在管件與管道之間填充密封膠進行密封，最后澆筑高強度混凝土墩將管件固定。在管件、夾板閥和開孔機安裝完成后，對該套系統(tǒng)進行氣密性壓力試驗，試驗壓力應(yīng)為管道工作壓力的1.25倍。

3.4 帶壓開孔

開孔前，首先進行鉆具空行程距離S1和切斷管道全行程距離S2計算，以便準確掌握開孔刀切削時的給進情況。開孔過程中，由操作人員全程在平臺上負責(zé)尺寸控制，并通過測桿轉(zhuǎn)速測量確定開孔刀的實際轉(zhuǎn)速，以確定開孔刀的轉(zhuǎn)速是否正常。

3.5 帶壓封堵

將封堵結(jié)合器、封堵頭、封堵連箱按所需規(guī)格選配組裝在一起并測量計算出封堵就位時的各種數(shù)據(jù)，確定封堵方向。把組裝好的封堵器安裝到夾板閥上，先確定封堵方向無誤后，打開夾板閥并關(guān)閉平衡閥門，進行封堵作業(yè)。

3.6 安裝盲板

封堵作業(yè)完成后，將盲板連接到下堵器上，轉(zhuǎn)動下堵器螺桿將盲板送入管件法蘭盤內(nèi)正確位置后，鎖上插銷，然后拆除管件上的下堵器及夾板閥。

4 工藝優(yōu)化

4.1 鉆孔參數(shù)優(yōu)化

由于帶壓開孔及封堵技術(shù)多應(yīng)用于碳鋼管，其施工經(jīng)驗、工藝參數(shù)也基于碳鋼管作業(yè)，而供水管道的材質(zhì)多為碳鋼管和球墨鑄鐵管，其中鑄鐵管本身具有剛度大、韌性差等材質(zhì)特性，與碳鋼管自身優(yōu)良的物理特性相差甚遠，無法完全按照以往的鉆孔參數(shù)進行開孔作業(yè)，對此，需做出適當調(diào)整。碳鋼管采用中高轉(zhuǎn)速切削鉆孔，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為8～10 r/min；鑄鐵管鉆孔需采用低轉(zhuǎn)速切削，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4～5 r/min，以減輕對管道的振動，同時保證切口的光滑平整以利于封堵作業(yè)。

4.2 封堵點密封性優(yōu)化

對于鑄鐵管道，無法將管件與管道直接進行焊接固定。為確保管件與管道之間的穩(wěn)固和密封，在管件與管道之間采用膏狀有機硅密封膠進行密封，并在管件外部澆筑混凝土密封墩進行永久密封和管件固定。

5 應(yīng)用情況及取得的成效

5.1 應(yīng)用情況

我公司已在成都市成功應(yīng)用并實施了四處開孔封堵，分別是地鐵9號線黃田壩站DN800供水管道帶壓封堵項目、地鐵9號線孵化園站DN600供水管道帶壓封堵項目、西三環(huán)路DN400供水管道帶壓封堵漏水維修項目、川藏立交DN300供水管道帶壓封堵項目，涉及管材為球墨鑄鐵管和碳鋼管，均保質(zhì)保量地完成了各項目施工，得到了業(yè)主等單位的一致認可。

5.2 取得的經(jīng)濟效益

以地鐵9號線黃田壩站DN800供水管道帶壓封堵項目為例，該項目所涉及的DN800供水管道為成飛集團132廠及附近10萬居民的唯一專用供水線路。如果采用常規(guī)停水作業(yè)，由于斷管位置需要對原管道做支撐加固，其作業(yè)時間至少需要36 h，如此長的停水時間不僅無法得到成飛集團許可，而且對于自來水相關(guān)部門來說，辦理停水手續(xù)難度極大。另外，從停水成本上講，以該時間段內(nèi)停水以及沖洗管道造成的自來水浪費進行計算，自來水公司額外的經(jīng)濟損失為47.6萬元，而本次帶壓封堵工藝的施工費用為52萬元，雖然從表面上看，不停水作業(yè)比停水作業(yè)增加了4.4萬元的施工成本，但此次整個施工過程卻保證了成飛集團和附近10萬居民的正常生產(chǎn)、生活用水，由此帶來的附加經(jīng)濟效益和社會效益難以估算。

6 結(jié) 語

帶壓開孔及封堵技術(shù)在城市供水管道領(lǐng)域的成功應(yīng)用，很好地解決了停水作業(yè)帶來的負面社會影響和巨大的經(jīng)濟損失，對今后類似領(lǐng)域工程的施工將產(chǎn)生廣泛而深遠的影響。隨著社會的不斷進步，各企業(yè)、各職能部門對停水作業(yè)造成社會影響的重視程度越來越高，在未來城市供水管道施工領(lǐng)域，帶壓開孔及封堵技術(shù)勢必將成為首選。