玻璃鋼夾砂管在供水工程運行中的問題分析

龔存燕

(深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東 深圳 518008)

1 應用背景

玻璃鋼夾砂管是以樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強材料，石英砂為填充材料而制成的新型復合材料。相比較其它供水工程管道，玻璃鋼夾砂管具有內壁光滑，水頭損失小，節能效果優異，不易長螺；質量輕、承插式連接、單節管達12m，安裝方便，適于快速化施工等特點，逐漸被應用于供水工程中。深圳是一個本地水資源嚴重缺乏的城市，70%左右的水源需從境外引入，為推廣新材料應用，深圳某大型供水工程也考慮在外界干擾較少管段采用該種管材。

某大型供水工程設計輸水規模120萬m3/d，通過泵站提取原水，經管道和隧洞輸水至水庫進行調蓄，工程線路總長19.9km，其中隧洞工程長1.3km，管道工程長18.6km，管材為鋼管、PCCP管和玻璃鋼夾砂管。上游段采用單管線運行，長9.6km，由鋼管和玻璃鋼夾砂管組成，其中DN3400鋼管長7.8km，DN3000玻璃鋼夾砂管長1.8km；下游段采用雙管線運行，長9.0km左右，由鋼管、玻璃鋼夾砂管和PCCP管組成，其中一條線路DN2800鋼管長2.1km，DN2600玻璃鋼夾砂管長6.9km；另一條線路DN2200鋼管長1.8km，DN2200PCCP管長4.1km，DN2000玻璃鋼夾砂管長3.4km。經統計，該工程玻璃鋼夾砂管占管道總長度的43%左右。該工程玻璃鋼夾砂管生產工藝為定長纏繞，管道結構由內襯層、結構層和外保護層三層組成，管道工作壓力為0.6MPa。工程分兩期進行建設，其中下游雙管線中的DN2200/DN2000管線段于2004年11月建成運行，其余管段于2010年5月建成運行。

2 工程運行情況及問題

為確保工程的正常運行，從2004年工程運行開始，工程管理單位注重管道日常維護及停水檢修。在工程日常維護中，隨時處理工程缺陷，確保工程處于良好狀態。工程自2006年開始實行每年一次的停水檢修制度，重點修補可能對工程正常運行有影響的缺陷，重點解決需要在停水條件下才能處理的問題，通過停水檢修消除各種工程缺陷和安全隱患，確保工程順利運行。

雖然工程管理單位注重管道日常維護及停水檢修，但工程運行過程中還是暴露出輸水管線安全性不足的問題，主要集中在玻璃鋼夾砂管段，主要表現為管壁出現氣泡和裂縫、管身變形量大，同時漏水和爆管相對頻繁。

沿線玻璃鋼夾砂管2015年停水檢修檢查缺陷統計見表1。由表1可知，截至2015年統計的缺陷問題如下：

(1)DN2000玻璃鋼夾砂管在運行10年之后，變形量超過3%的管節為153節，占總管節的44.5%；缺陷管節數量為299節，占總管節的86.9%，主要缺陷為氣泡，裂縫管節相對較少。

(2)DN2600玻璃鋼夾砂管在運行5年之后，變形量超3%的管節為94節，占總管節的12.4%；缺陷管節數量為476節，占總管節的63.0%，裂縫管節相對較多。

(3)DN3000玻璃鋼夾砂管在運行5年之后，變形量超3%的管節為6節，占總管節的2.5%；缺陷管節數量為80節，占總管節的32.9%，裂縫管節占比較多。

(4)工程玻璃鋼夾砂管變形量超3%的管節為253節，占總管節的18.8%；缺陷管節數量為855節，占總管節的63.7%。

截至2015年(DN2600玻璃鋼夾砂管運行僅5年左右)玻璃鋼夾砂管段已發生5次漏水和4次爆管。

表1 玻璃鋼夾砂管停水檢修缺陷統計表

根據歷年停水檢修統計，三種管徑管道管頂覆土深度接近，周邊地質條件接近，地下水埋深接近，同時下游并行DN2000玻璃鋼夾砂管和DN2600玻璃鋼夾砂管并行鋪設，兩管中心距離僅7.5m左右，地下水分布情況基本相同，但兩次建設管道缺陷側重點不一樣，具體為：

(1)先行建設的DN2000玻璃鋼夾砂管缺陷主要表現為變形量大，同時管內壁氣泡較多，在雙管段空間有限，新管DN2600玻璃鋼夾砂管建設時已建DN2000玻璃鋼夾砂管管頂還承受車輛碾壓和堆載，但爆管現象相對較小，僅在2012年5月19日發生兩條線路均爆管現象和2次漏水事故。

(2)后期建設的DN2600玻璃鋼夾砂管缺陷主要表現為氣泡和裂縫管節相對較多，變形量較小，但爆管相對頻繁，該工程建成后管頂基本為草地和菜地，周邊干擾相對較少，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日發生爆管現象和1次漏水事故。

(3)后期建設的DN3000玻璃鋼夾砂管缺陷相對較少，未發生爆管現象，但發生2次漏水事故。

同時根據歷年停水檢修和管線運行發現如下情況：

(1)無論是DN2000玻璃鋼夾砂管還是DN2600和DN3000玻璃鋼夾砂管在運行1～2年缺陷均較少，僅局部管節出現氣泡，裂縫管節很少，同時零星分布。

(2)2012年發生雙爆管后，管道缺陷急劇發展，并且近年來缺陷惡化速度加快，歷年停水檢修缺陷嚴重位置通過采用手糊玻璃纖維布修補管段在后期也會出現新的缺陷，管內玻璃纖維布修補無法根本解決缺陷問題，同時通過對嚴重缺陷管節的修補也無法延緩其它管節缺陷的發展。

(3)爆管基本是在無外界干擾情況下發生，往往發生在裂縫管節，并且爆管會加重周邊管節缺陷的發生和發展。

(4)管線運行存在重大安全隱患，管線周邊城市化進程加速，嚴重威脅沿線鐵路、學校、居民區、工廠及道路等公共安全。

3 原因分析

經多方研究認為，玻璃鋼夾砂管的缺陷產生和爆管是由多方面原因造成的，外部原因主要為管道沿線水文地質條件復雜、施工過程中局部的回填壓實度難以達到規范要求。根本原因還是玻璃鋼夾砂管本身管材質量的問題，管道在運行過程中大量管節表面存在氣泡或裂縫，表明管道存在一定的質量缺陷，缺陷發展到一定程度時發生漏水甚至爆管。

4 解決方案

為確保工程的安全運行，每年停水檢修時管理單位不得不對沿線玻璃鋼夾砂管進行詳細檢查，并針對檢查出的問題對管道進行及時修補，耗費大量的人力物力，同時也加大停水檢修成本。受停水時間限制，對玻璃鋼夾砂管停水檢修修補主要采用手糊玻璃布和碳纖維加固補強，缺陷特別嚴重的管段才考慮更換為鋼管，根據停水檢修檢查，手糊玻璃布和碳纖維加固補強管段在后期也會出現新的缺陷，僅能作為一種臨時處理措施。

另外管理單位也多次通過試驗、技術研究等方式尋求徹底解決玻璃鋼夾砂管安全性不足的問題的方案，但終因各種原因沒有找到一種有效的玻璃鋼夾砂管加固補強方案，為盡快徹底消除隱患，最終采取將全部玻璃鋼夾砂管更換為鋼管的換管方案，耗費大量資金。

5 結論

(1)玻璃鋼夾砂管作為一種新型材料具有內壁光滑水頭損失小并適于快速化施工等特點，較傳統管材運用于供水工程中具有較明顯的優勢。

(2)在管道周邊環境基本相近情況下，不同管徑表現出的缺陷現象側重點明顯不同，DN2000玻璃鋼夾砂管主要為變形明顯，爆管較少，而DN2600和DN3000玻璃鋼夾砂管變形量不明顯，但爆管較多。

(3)某大型供水工程玻璃鋼夾砂管在實際運行過程中出現的問題表明玻璃鋼夾砂管管材本身存在質量缺陷。

(4)考慮到大管徑玻璃鋼夾砂管本身質量缺陷，并且目前沒有有效解決其安全性不足的方案，因此在供水工程中應慎用。