淺談HDPE 纏繞結構壁B 型管在排水工程中應用的優越性

李洪斌

（中鐵建設集團有限公司，北京 100040）

HDPE 纏繞結構壁B 型管，也稱“克拉管”，是采用熱熔纏繞成型的柔性管材。此種類型管道內壁十分光滑，外壁采用螺旋肋進行加強。高密度聚乙烯顆粒原料在熱熔流塑狀態下，在滾筒模具上纏繞成型，成型的管道在脫模前，采取滾動風冷方式對管道整體進行降溫冷卻，使其冷卻至常溫。HDPE 纏繞結構壁B 型管連接形式采用承插式電熔連接，生產成型過程中，在管道承口端預埋嵌入電熱熔絲，現場施工管道連接時，使用焊接機連接管道上電熔絲正負極，通過熱熔接口使兩根管道本體連接，杜絕了管道的滲漏。

1 工程實例

北京環球主題公園建成功后是世界上第五個，也是最大一個集主題游樂和城市休閑度假于一體的國際旅游度假區。項目坐落于北京市通州區南部，主體公園占地約65 萬km2，北京環球影城涉及道路工程、自來水工程、排水工程、中水工程、雨水工程、冷熱水工程、消防工程、燃氣工程、綜合管廊工程、室外強弱電工程，設計使用年限50 年。

排水管線沿園區外圍周圈布置，全長1 990 m，管徑DN200～DN630，全部采用HDPE 纏繞結構壁B 型管，接口為承插式電熔連接方式。

2 HDPE 纏繞結構壁B 型管與HDPE 雙壁波紋管對比

表1 HDPE 纏繞結構壁B 型管與HDPE 雙壁波紋管指標對比

2.1 生產工藝

HDPE 纏繞結構壁B 型管道的生產工藝，是由主擠塑機擠出高密度聚乙烯平板帶，副擠塑機同步擠出高密度聚乙烯U 形帶，包裹PP 加強骨架管，在熱熔狀態下，依次同步纏繞在滾筒模具上成型，后釆用滾動自然風冷卻方式逐步冷卻降至常溫。整個生產過程連續進行，由全自動數控設備進行參數調整及監控，屬熱熔狀態纏繞成型工藝，見圖1、第136 頁圖2。

圖1 管道生產纏繞工藝圖

圖2 管道生產滾筒磨具加熱

HDPE 雙壁波紋管生產工藝，通過直接擠出管道內、外徑兩個大小不同的同心管胚，經吸塑成型的管材，屬擠出成型工藝。

2.2 管徑及環剛度

HDPE 纏繞結構壁B 型管，管道壁厚均勻、無焊縫、結構壁無內應力。該工藝可生產較大管徑管材，管徑DN300～DN4000；管材外壁采用U 形帶包裹骨架管加強形式，很大程度上增大了管材的環剛度，全管徑環剛度≥16 kN/m2，對于DN1200 的管道環剛度可達29 kN/m2。

HDPE 雙壁波紋管擠出成型工藝受到設備成本限制，所以只能生產較小管徑管材。主要以DN600及以下管徑為主，雖然有一些管材生產廠家能夠生產DN800～DN1200 的雙壁波紋管，但目前在實際工程施工中基本沒有使用大管徑雙壁波紋管的案例；其次，由于雙壁波紋管內、外管壁采用擠出成型整體聯接程度較差，在受到外力擠壓時容易出現管道內、外壁剝離，形成兩層皮現象，且外層加強肋為薄壁空心結構，抵抗外力性能差，受到外部擠壓時容易出現破損、凹陷等現象，管徑越大，該情況越嚴重。因此，該種結構形式的管道環剛度較低，DN600 及以下管徑環剛度≥8 kN/m2，DN800 管材環剛度≥4 kN/m2。

2.3 連接方式

HDPE 纏繞結構壁B 型管，采用“承插式電熔連接”接口方式，見圖3；承口端預埋電熔絲，見圖4，另一端為普通平面插口。管道對接時，使用手動葫蘆，按常規方式將插口裝入承口，焊機連接電熔絲進行焊接，管道承插口融為一體，管道連接后整體性非常好，猶如一根整管。這種連接方式優點十分突出。

圖3 管道接口示意圖

圖4 管道承口內電熔絲

1）管道承插口處經過電熔絲加熱融化后完全融合，前后兩根管道形成一個整體，即管材自身本體連接，見圖5，連接處物理性能與管材本身一致。管道在外力作用下產生形變，可將外力作用及形變通過接口部位流暢地傳遞到整段管道上，不會像膠圈連接形式，在接頭處形成集中應力。在地質狀況較為復雜、軟弱地基、不良地基區域，管道基礎容易發生不均勻沉降，采用此種連接方式將管道進行本體連接形成整體，充分發揮其密封性和柔性等特點，適應地質變化。另外，HDPE 纏繞結構壁B 型管有更強的抗沖擊能力，在頻繁重交通道路下使用更加可靠。

圖5 電熔后管道接口切割斷面

2）HDPE 纏繞結構壁B 型管采用承插式電熔接口連接，能夠加快施工速度。首先，施工現場周邊環境復雜，開挖影響周邊建筑、交通及人員安全，地質條件較差容易塌方，施工區域有地下水無法排除情況下，采用此種管道，能夠做到溝槽開挖、管道安裝、溝槽回填同步進行；其次，因為接口為管道本體連接，抗變形能力、抵抗外力能力都較強，可以在管溝上將幾段管道連接后，將該段管道整體放入溝槽；最后，此種管道施工回填壓實度與其他管道要求相同，其他要求，如溝槽寬度、坡度、平整度等指標的要求都要低一些。

目前普遍使用的HDPE 雙壁波紋管，采用的是承插口膠圈連接[1]。管道本身采用高密度聚乙烯材質，耐腐蝕、耐老化性良好，但由于接口處采用與管道不同的橡膠材質，管道整體在有較大溫差的環境下，接頭處因不同材質膨脹系數的不同會造成漏水或變形，從而影響整個管道系統的流通能力和密閉性。另外，橡膠材料使用一段時間后產生老化，也將失去密封作用，造成漏水現象。

2.4 使用年限

HDPE 纏繞結構壁B 型管主要由高密度聚乙烯材料制成，接口處采用承插式電熔連接的管道本體連接方式，接口處無需其他密封材料，管道使用年限達50 年。

而HDPE 雙壁波紋管，雖管道主體同樣采用高密度聚乙烯材料，接口采用的是承插口膠圈連接。密封橡膠圈耐腐蝕差、容易老化，老化后變硬、無彈性、碎爛。橡膠一般使用年限為15 年，因此，整體管道系統的使用年限也隨之降低至15 年。

3 HDPE 纏繞結構壁B 型管道連接工藝流程

3.1 承插式電熔連接工藝流程

檢查清理管材承插口標記插入深度→安裝管道檢查插入深度→設定設備焊接參數、安裝漲緊器（大管徑管道在承口處設置內支撐環）→承口熔接觀察熔化程度、漲緊→冷卻至規定時間、取出工具。

3.2 檢查管材承插口并清理

檢查承口端電熔絲完好情況，是否有斷絲、短路、脫落等現象；承插安裝前，先將承口、插口接觸面表面清理干凈，不得有任何雜物、淤泥、液體等影響承插和電熔的污物，并在插口端口劃出插入深度標線[2]。

3.3 安裝管道檢查插入深度

用手動葫蘆將管拖拽管道，將插口緩慢插入承口內，直至深度標線位置，并檢查尺寸配合情況。

施工環境溫度較低，承插口產生溫度形變，難以插入或無法插至標線位置時，需對承口進行預熱，以便將插口順利推進至承口內。通電前，調直焊接管道，使之保持同一軸線。

3.4 設定設備焊接參數、安裝漲緊器

管道承插式電熔焊接連接，采用220 V 專用B型管焊機操作，根據管徑、天氣、環境溫度及廠家提供參數，設定焊接電流、焊接時間、冷卻時間等參數，見表2。

表2 焊接參數表

同時安裝管道接口漲緊器、內支撐環（大管徑），見圖6、圖7。

圖6 漲緊器安裝

圖7 管道內支撐環

3.5 承口熔接觀察熔化程度、漲緊

焊機連接管道承口電熔絲正負極，通電開始焊接，電熔過程中，觀察焊口處管道熔化程度及熔料外溢情況對承插口進行緊固，一般情況下緊固3 次，直至熔料均勻從承插口縫隙中溢出，見第138 頁圖8。

圖8 管道焊接作業

3.6 冷卻至規定時間，取出工具

電熔完成后，斷開電源，讓管道接口自然冷卻，冷卻時間參照表2。管道冷卻期間，應注意不得移動管、拆除漲緊器和支撐環，待管道達到冷卻時長后，拆除漲緊器取出內支撐環。

最后，按照規范要求進行管道閉水試驗，檢測管道變形率。

4 質量分析

4.1 受力變形對比分析

現場對管道變形率與管頂回填層數進行實際量測，HDPE 纏繞結構壁B 型管受力抗變形能力明顯優于普通HDPE 雙壁波紋管，見表3。

表3 HDPE 纏繞結構壁B 型與HDPE雙壁波紋管指標對比 （%）

4.2 閉水一次合格率對比分析

對于排水工程，判定施工質量的另一個主要方式，也是最直觀的方式就是閉水試驗。

經過現場記錄，排水工程共91 個井段，閉水試驗一次合格88 個井段，一次合格率96.7%。與其他采用HDPE 雙壁波紋管的排水工程進行對比，合格率有顯著提高，見表4。

表4 閉水一次性合格率對比表

5 結束語

以北京環球主題公園項目為案例，對兩種管材進行對比，HDPE 纏繞結構壁B 型管生產工藝、管徑、最大環剛度，尤其在連接方式方面較HDPE 雙壁波紋管都有著巨大優勢。提高了排水管道閉水通過率，同時，解決了長久以來排水管道滲漏的普遍問題。HDPE 纏繞結構壁B 型管作為成熟的產品在國外早已得到廣泛應用，目前通州核心區排水工程也全部使用該種管道，相信這種新型管材將逐步取代目前普遍使用的HDPE 雙壁波紋管，在排水工程建設中起到重要作用。