軍屯水庫球墨鑄鐵管爆管事故修復方案

吳 鴻，趙應武，溫永歡

（貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴州 貴陽 550009）

1 球墨鑄鐵管的應用

在輸水工程中，常用的管道有預應力混凝土管（PCCP）、鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼管（RPMP）、塑料管（PE）等，管材選擇一般根據管道的重要程度、運行條件、管道直徑、管道壓力、使用壽命、運輸和安裝條件、水力條件、地質條件、工期等綜合確定。

球墨鑄鐵管（Ductile Cast Iron Pipes），是一種石墨主要以球狀型式存在的鑄鐵管道，簡稱為球管、球鐵管，屬于金屬管材，機械性能接近鋼管，而耐腐蝕性又優于鋼管，最小抗拉強度為420 MPa,最小延伸率為7%，最大可達10%，口徑有DN80-DN2600。球墨鑄鐵管在安裝時需要很多管件來滿足管線偏轉、分水、變徑、特殊連接等功能，如彎頭、變徑、三通、四通等。球墨鑄鐵管管道之間的連接一般采用接口，接口型式有滑入式接口、機械式接口、自錨式接口和法蘭式接口等，其中球墨鑄鐵管與鋼管之間的連接一般采用法蘭式接口連接。

由于球墨鑄鐵管安裝速度較快、調試方便、使用壽命長、密封性好、抗內外壓能力強、水力特征好、安全等級高、維修方便等原因，被廣泛應用于供水、供氣等工程中，在水利工程中得到越來越多的應用，例如南水北調中線工程使用了長度超過1 800 km的球墨鑄鐵管。

2 工程概況

某工程進口底板高程421.0 m，取水口中心高程421.60 m。取水口進口處為1/4圓形喇叭口（R=0.6 m），后設兩側平直段安放移動式攔污柵，攔污柵槽后為三面收縮（底板不收縮）的喇叭口，喇叭口后設事故閘門，事故閘門后連接長1.2 m的漸變段，洞口尺寸由1.2 m×1.2 m的矩形變為直徑0.8 m的圓形，隨后接Φ800壩內埋管。壩內埋管在穿過灌漿排水廊道前，中心高程在混凝土包管段由421.60 m變為419.8 m，包管段管道長2.5 m，為便于施工，包管段采用DN800的K8球墨鑄鐵管管件，K8球墨鑄鐵管管件根據GB/T 13295——2019《水及燃氣用球墨鑄鐵管、管件和附件》設計。管件后接DN800鋼管（t=10 mm，Q235C）,N800鋼管采用明管型式鋪設，穿過廊道后通向下游閘閥室。管道中心線至水庫水位的最大水頭差為19 m。

3 管道實際實施和運行情況

施工時，存在以下問題：

（1）由于實際采購的球墨鑄鐵管盤接管件尺寸比設計圖稍大，球墨鑄鐵管管件延伸到了壩內鎮墩外，即螺紋連接法蘭暴露在廊道內。

圖1 壩內管道平面設計圖

圖2 壩內管道縱剖面設計圖

圖3 壩內管道連接圖

（2）現場安裝順序為先安裝球墨鑄鐵管盤接管件后，再澆筑包管混凝土，最后再安裝下游鋼管。

（3）在安裝鋼管時，從下游往上游實施。在鋼管的安裝定位存在一定偏差的情況下，強行與球墨鑄鐵管盤接管件連接。

以上管道的實施情況為事故的發生埋下隱患，在通水試驗時，球墨鑄鐵管盤接管件上游側破裂，如圖4所示。

圖4 球墨鑄鐵管管件螺紋連接法蘭上游側破裂

4 球墨鑄鐵管常用修復方法

球墨鑄鐵管出現了事故，可根據破壞程度的不同，采用局部切除換管、哈夫節[1]、使用鋼制包箍、連管箍等[2]，其中最常用的是局部切除換管和哈夫節。

局部切除換管：切斷管道，用短管替換損壞的管道，可用管箍連接新舊管道。為了保證使用壽命一致，更換的管件和管材要和原管道相同。隨著科技發展，原有的管材可能退出市場，所以有局限性。

哈夫節：又稱補漏器、快速堵漏管件、卡箍、管道堵漏器，由兩本體和兩件橡膠墊組成，安裝時，將兩本體對合在漏水處擰緊螺母就可以實現不斷水的情況下快速搶修，修復和加固原管道。

隨著近年來焊接技術的快速提高，球墨鑄鐵管的焊接修復也成為了可能。

5 本工程采用的管道修復措施

管道破裂發生后，管道馬上停止通水。因球墨鑄鐵管管件已安裝完畢，混凝土已澆筑完畢，不具備拆除換管的條件[3，4]。

若安裝哈夫節，需要切割原法蘭盤，工程量較大；直徑500 mm以上的卡箍質量較大，安裝完成后，上部橡膠承受擠壓的壓力較大，使用一段時間后，上部橡膠會喪失彈性；容易二次漏水，且卡箍容易密封不嚴；在震動大的管段，盡量不要使用卡箍。本滲漏處位于進水口附近，運行時震動較大，綜合考慮以上因素，若使用哈夫節容易再次漏水[5]。

為了盡快、有效處理好漏水問題，確保管道能長期正常運行，現場采取了以下措施：

（1）為能進入管道焊接，將法蘭盤下游鋼管切割1 m長管段，并在該管段上預留0.6 m的進人孔。

（2）在廠家的指導下，由專業焊接人員嚴格按照生產工藝對管道裂縫實施特種焊接，焊接后要進行保溫退火處理，以消除應力。這個環節一定要確保焊接質量。

（3）焊接工藝完成后采用特種焊補膠焊補修復并加固，以增加焊接效果的穩定性和耐久性。

（4）在對球墨鑄鐵管法蘭盤、鋼管全部焊接完畢，要涂敷防腐層，保證涂覆前內外表面應無鐵銹和雜物。防腐層涂覆后內外表面涂層應均勻，粘附牢固，不因氣候變化而發生異常。

（5）球墨鑄鐵管管道及管件外表面噴涂金屬鋅（第一層）+噴涂黑色終飾層（第二層），涂層符合ISO 8179-1《球墨鑄鐵管、管件、附件及其接頭。外部鍍鋅.第1部分：終飾層用金屬鋅》的規定；內表面涂層噴涂水泥砂漿，水泥砂漿內襯符合ISO 4179《壓力管線和無壓力管線用球墨鑄鐵管及管件-水泥砂漿內襯》的規定。在按GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測量時，內襯水泥砂漿在養護28 d后的抗壓強度不小于50 MPa。

（6）鋼管表面按照SL 432-2007《壓力鋼管制造及安裝驗收規范》的要求進行防腐處理。鋼管內壁防腐材料采用H55-80/H55-32飲水容器防腐底漆/面漆，底漆干膜100 μm噴涂2道，面漆干膜100μm噴涂2道，干膜總厚度400μm。明管與大氣接觸的外壁防腐蝕采用 底層無機富鋅50 μm，中間層環氧云鐵100 μm，面層丙烯酸聚胺脂100 μm。埋入混凝土內的鋼管外壁除銹后涂刷水泥漿。

（7）外露球墨鑄鐵管管件及球墨鑄鐵管法蘭盤下游部分鋼管采用C20混凝土鎮墩進行固定，鎮墩長1.5 m,高1.7 m,寬1.8 m。為實時觀測修復后的管道是否再次漏水，管道外側沿管壁均勻布置8根Φ80縱向軟式透水管、沿管軸線每隔300 mm布置Φ120環向軟式透水管，如圖5所示。軟式透水管是一種具有倒濾透（排）水作用的新型管材，具有耐壓耐拉強度高、透水、反濾作用，使用壽命長，不因溫度、地質條件變化斷裂，施工簡便，無接頭。

圖5 管道外包混凝土設計圖

（8）管道安裝完畢后，管道內壁達到GB 5749《生活飲用水衛生標準》及GB/T 17219《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》中生活飲用水標準要求。

6 運行效果評價

球墨鑄鐵管修復后，管道已通水運行了1年多的時間，管道修復部位未曾發生二次漏水或滲水，球墨鑄鐵管焊接修復取得了很好的效果。

7 結論與建議

管道安裝的質量是保證管道安全運行的重要條件，安裝單位須按設計圖紙、技術要求、標準和規范安裝，消除管道存在的安全隱患，保障管道安全運行。由于管道安裝、運行條件復雜，管道滲漏時有發生，本工程球墨鑄鐵管焊接修復取得了很好的成效，可為其他球墨鑄鐵管管道修復工程提供修復參考。