某管道加固方案中內(nèi)襯不銹鋼技術(shù)應(yīng)用

呂小光，夏瑞英，李麗鋒

（河南靈捷水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程現(xiàn)狀問題分析

樁號(hào)0+000～15+100 管道地面高程為151.08～139.62 m，屬于全段管道下坡段，水壓標(biāo)高為14.21～29.56 m；樁號(hào)15+100～17+700 管道地面高程為140.45～138.71 m，屬于全段管道“U 型段”谷底，水壓標(biāo)高為28.85～31.69 m；樁號(hào)17+900～22+000管道地面高程為138.71～150.92 m，屬于全段管道爬坡段，水壓標(biāo)高為29.68～15.78 m；樁號(hào)22+000～30+400 管道地面高程為150.92～126.49 m，屬于末級(jí)管道下坡段，水壓標(biāo)高為15.78～36.80 m；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，全段壓力較大處大致位于樁號(hào)15+100～17+900 及樁號(hào)22+000～30+400。根據(jù)管道壓力線及對現(xiàn)狀供水管道的水錘分析，兩段易爆管道均屬于管道縱向谷底，管道承壓水頭高，上游管線長，運(yùn)行工況變化時(shí)，兩段管道屬于管線最薄弱點(diǎn)，易產(chǎn)生爆管。因此工程需要從加強(qiáng)管道強(qiáng)度和增設(shè)減壓措施2個(gè)方面進(jìn)行局部管道改造加固，達(dá)到工程可持續(xù)安全運(yùn)行的效果。

2 方案比選

方案一：對易爆管處管道進(jìn)行更換，采用DN1400 mm預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。方案二：采用TFRP 粘結(jié)法（原位固化法），利用玻璃纖維編織布與高質(zhì)量樹脂膠作為材料，在管道形成多層高質(zhì)量復(fù)合物內(nèi)襯管。方案三：鋼筋混凝土管道內(nèi)部采用不銹鋼內(nèi)襯修復(fù)法，襯砌厚度3.50 mm，內(nèi)襯后管道增加（更換）排氣閥等安全措施。見表1。

表1 管道加固方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

根據(jù)工程實(shí)際情況，該段建筑物較多，管道開挖場地受限，不銹鋼內(nèi)襯修復(fù)法不需要大開挖，施工占地面積小，協(xié)調(diào)難度小，施工周期短，投資省；耐腐蝕，使用壽命長，可利用現(xiàn)有工作坑施工，且所需作業(yè)坑數(shù)量少。因此，選擇方案三。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)襯設(shè)計(jì)工藝

不銹鋼內(nèi)襯技術(shù)就是在待修復(fù)管道兩端開挖作業(yè)坑，用制管設(shè)備把薄壁不銹鋼制成符合尺寸要求的管坯，管坯利用專用小車輸送到待襯管道內(nèi)，在管道內(nèi)氬弧焊焊接不銹鋼管坯的縱縫和環(huán)縫，管道端口采用不銹鋼過渡板將薄壁不銹鋼內(nèi)襯管與原管道連接為一體，以使原管道改造為內(nèi)壁是不銹鋼的復(fù)合管道，從而達(dá)到防滲漏、防腐蝕、提壓的目的。

3.2 不銹鋼內(nèi)襯管壁厚計(jì)算

采用如下公式計(jì)算管道內(nèi)襯壁厚：

式中：t—內(nèi)襯管壁厚（mm）；D0—內(nèi)襯管外徑（mm）；K—原有管道對內(nèi)襯管的支撐系數(shù)，此次取30；EL—內(nèi)襯管的長期彈性模量（MPa），宜取短期彈性模量的50%；C—橢圓度折減系數(shù)；PW—管頂位置地下水壓力；Pv—真空壓力（MPa），取值宜為0.05 MPa；N—管道截面環(huán)向穩(wěn)定性抗力系數(shù)，不應(yīng)小于2.0；μ—泊松比，此次取0.3；DE—原有管道的平均內(nèi)徑（mm）；Dn—內(nèi)襯管道計(jì)算直徑（mm）；dh—原有管道中缺口或孔洞最大直徑（mm）；γQ—設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力的分項(xiàng)系數(shù)，γQ=1.4。

公式（1）計(jì)算t值滿足公式（2）的要求時(shí)，則應(yīng)按照公式（3）對內(nèi)襯管道壁厚設(shè)計(jì)值校核，否則應(yīng)按照公式（4）對內(nèi)襯管道壁厚設(shè)計(jì)值校核。經(jīng)計(jì)算，內(nèi)襯鋼板厚度3.50 mm。

3.3 內(nèi)襯不銹鋼設(shè)計(jì)

內(nèi)襯管及不銹鋼管件均采用奧氏體S30408 不銹鋼，鋼板內(nèi)襯管壁厚3.50 mm，牌號(hào)為06Cr19Ni10，力學(xué)性能：規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度不小于205 MPa，抗拉強(qiáng)度不小于515 MPa，斷后伸長率不小于40%，硬度值HBW≤201，HRB≤92，HV≤210。內(nèi)襯管采用卷板的型式在管道內(nèi)部進(jìn)行焊接，經(jīng)計(jì)算，單塊卷板展開尺寸為1.50 m×4.50 m，壁厚3.50 mm。襯管采用先布管，集中進(jìn)行縱向縫和環(huán)向縫焊接，要求兩段管縱向焊縫錯(cuò)開的間距宜大于200 mm。搭接順序宜為水流方向，搭接長度10 cm。在原鋼制彎頭處采用多環(huán)縫管內(nèi)對拼焊接，根據(jù)原管道的曲度完全緊貼原管道內(nèi)壁。

3.4 內(nèi)襯不銹鋼施工工藝

3.4.1 操作坑開挖、圍護(hù)

①操作坑開挖及施工過程中，應(yīng)做好基坑支護(hù)、圍護(hù)工作，符合有關(guān)主管部門安全文明施工要求。②施工過程中做好排水工作，確保工作坑干燥。③如設(shè)計(jì)圖紙現(xiàn)狀管線位置偏差，工作坑位置可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

3.4.2 前期準(zhǔn)備

①關(guān)閉管道兩端閥門，排空管道內(nèi)積水，斷開管道，對現(xiàn)狀管道進(jìn)行CCTV成像檢測，以確定管道詳細(xì)走向、結(jié)垢、損壞泄漏情況等。②管線清洗采用機(jī)械與人工結(jié)合的方式，特殊情況可采用高壓水清洗。③對現(xiàn)狀鋼混凝土管道局部處理，管道環(huán)向空隙點(diǎn)、內(nèi)壁漏水點(diǎn)采用填堵措施，對于管道錯(cuò)口或缺陷處，用膨脹水泥砂漿進(jìn)行抹平、修復(fù)過渡處理。④對現(xiàn)狀鋼管管橋內(nèi)部銹蝕點(diǎn)進(jìn)行人工除銹，除銹等級(jí)為St3級(jí)。⑤管道表面無垢，管內(nèi)通風(fēng)干燥。

3.4.3 內(nèi)襯不銹鋼管襯管施工

①襯管在管坯制作場內(nèi)卷制后運(yùn)至工作坑，管坯外徑根據(jù)現(xiàn)狀管道實(shí)測內(nèi)徑確定。②襯管采用先布管，集中進(jìn)行縱向縫和環(huán)向縫焊接，要求兩段管縱向焊縫錯(cuò)開的間距宜大于200 mm，宜在4 點(diǎn)、8 點(diǎn)鐘位置。搭接順序宜為水流方向。在原鋼制彎頭處采用多環(huán)縫管內(nèi)對拼焊接，根據(jù)原管道的曲度完全緊貼原管道內(nèi)壁。③焊接質(zhì)量要求：不銹鋼內(nèi)襯管道外觀整齊、無氣孔、無未焊透、無裂紋、無焊瘤、無過燒。④每段管坯施工完，對焊縫用5 倍放大鏡進(jìn)行外觀檢查，無氣孔、無裂紋、無燒穿，焊縫100%進(jìn)行滲透。如檢測到缺陷，必須用電磨工具磨除后，再繼續(xù)施焊，不得用重復(fù)熔化方法消除缺陷。

4 結(jié)語

內(nèi)襯不銹鋼修復(fù)技術(shù)解決了舊管網(wǎng)運(yùn)行中存在的問題。不銹鋼內(nèi)襯施工可以減少作業(yè)坑開挖數(shù)量，降低了施工組織難度；具有耐腐蝕性高、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可獨(dú)立承壓，耐水壓不滲、不漏，修復(fù)后管道嚴(yán)密性好，漏失率為零。不銹鋼具有表面光滑不結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，對水質(zhì)無二次污染。