凱威赫（大連）管道有限公司
段文宇 趙巖

一、 高密度聚乙烯（HDPE）管道的發展及應用

　　塑料是本世紀發展最快，用途最廣泛的新型材料之一，塑料管道因為具有經濟性、耐腐蝕、施工方便等特點，具有傳統管道材料所不具備的許多優點，廣泛應用在給排水、燃氣、工業、農業等領域。
　　從50年代初，高密度聚乙烯材料（HDPE）率先被芬蘭凱威赫公司應用于管道制造開始，高密度聚乙烯管道的發展很快，無論從原材料到生產技術都有很大的改進。黑色高密度聚乙烯管道使用壽命長達五十年以上；內壁光滑，且不隨使用時間變化，壓力損失比鋼管約小30%，可選用比鋼管小的口徑；無毒性、耐腐蝕，長期使用亦不會積垢；材料抗老化，可地面敷設；柔韌性好，材質延伸率大，脆化溫度低（-70℃），能吸收介質沖擊、適應地基下沉、地震、冰凍和路面重車行駛（有報道說，1995年日本神戶地震中，聚乙烯燃氣管和供水管是唯一沒有被破壞的管道）；管道可以制造成任意長度，可柔性布置，節省管件；可焊接，提高管路嚴密性，減少輸送介質漏損；重量輕（密度是鋼的八分之一），安裝勞動強度低，施工費用少。由于高密度聚乙烯（HDPE）管道眾多優越性能，使它在諸多管道材質中脫穎而出，所占市場份額日益提高。
　　經過數十年的發展，HDPE管道已在諸多領域取得了成功的應用。供水管線是最成功的應用領域之一，其適用工作壓力可高達2Mpa。由于其優越性能，HDPE管道在許多特殊工程中也得到廣泛應用，襯裝工程就是其中的一種。

二、 襯裝法更新舊管道

　　世界上許多城市由于舊的給排水管道、氣體輸送管道年久失修，腐蝕和破損較多，滲漏嚴重，造成資源的浪費和環境的污染。但有些管道埋在城市道路或構筑物之下，如果要采用全面開挖的方法，取出報廢的舊管道再埋入新管道，不僅耗資巨大，且對城市交通及環境帶來不利影響，這就使許多城市老管線無法改造。而由凱威赫管道集團公司提供的聚乙烯管道襯裝技術使這種更新產生了重大變革， 聚乙烯管道具有良好的柔韌性，內外壁光滑，并且可以焊接成長管，連接處外徑與管材外徑相同，強度也相同，非常適合于做襯裝工程。聚乙烯管道與傳統管道相比具有眾多優勢，采用聚乙烯管襯裝法更新舊管道，已成為解決城市老管道改造的最佳方案之一。
　　襯裝方法為：根據城市舊管網的實際情況（彎頭、三通、閥門、坡度等），沿原有管道每隔一定距離挖掘一個工作坑，將舊管道分割成幾段，并對其內表面進行清掃，然后將聚乙烯管道襯入其中，非常簡單的工作既可完成更新。
　　PE管道襯裝主要有三種方式：滑入襯裝、貼合管襯裝、短管襯裝
　　下面詳細介紹一下這三種襯裝方式：
　　（一） 滑入襯裝：即直接把連接好的聚乙烯管道拉進舊管道中。
　　此種襯裝方式較好，世界上應用非常廣泛。如凱威赫公司1981年在泰國曼谷所襯裝供水管線工程，滲漏的管線已有65年歷史，滲漏率高達40%以上，襯入PE管道外徑為355mm-710mm，壓力0.63Mpa，全長9.6公里；1994年在丹麥首都哥本哈根所襯裝供水管線，外徑710mm-1000mm,長度7350米；德國DIN標準大樓前的供水襯裝工程等均屬于此種襯裝方式。
其施工方法如圖所示：

　　凱威赫（大連）管道有限公司1999年用滑入襯裝技術對大連自來水公司從北大河到三道溝水廠的一段供水管線進行更新。原管線為混凝土管道，管徑DN800，管道更新長度4公里。
　　大連滑入襯裝項目的具體情況如下：
　　1、插入管徑的確定：
　　一般規定滑入內襯管外徑與舊管內徑之間須留有舊管內徑10%的間隙，以便安裝內襯管時不致使聚乙烯管道受傷。雖然聚乙烯管道的管徑較原有管道管徑小，但聚乙烯管道管壁光滑，且不隨使用時間變化，其優越的流通性能仍能維持原有管道的流通能力。
以大連自來水公司襯裝項目為例，原管線為混凝土管道，管徑DN800，管道為自流系統，每天送水量30000m3，進出水高差為30m，選φ710×27.2mm（0.5MPa）高密度聚乙烯管道襯裝。
　　實際小時送水量為:30000÷24=1250m3/h=347L/s
　　對舊混凝土管道，其水力計算應用海登-威廉公式較合適，
　　i^0.54=Q/(6.67×C×D^2.63)
　　　Q—— 流量 l/s
　　　C——CHEZY公式水力參數 m^0.37/s
　　　　　　舊混凝土管（20年）為90
　　　D——水力直徑 m
　　　i——水力坡度 （‰）
　　則i^0.54=347/(6.67×90×0.8^2.63)
　　i =1.074‰
　　查給排水設計手冊,HDPE管道水力計算公式為:
　　i＝0.000915Q1.774/dj^4.774
　　Q—— 流量m³/s
　　dj——管道內徑 m
　　則i =0.000915×0.347^1.774/0.6556^4.774=1.05‰
　　可見HDPE管道的水力坡降小于舊管道，雖然管徑減少，但仍能維持原有管道的流通能力。且由于聚乙烯管道耐壓能力提高，使將來提高供水量成為可能。
　　2、 投資分析
　　傳統的管道安裝工程內容包括：開挖路面，挖土，運土，支撐，排水，管道鋪設，閥門安裝，試壓，回填夯實，恢復路面等。
以DN800球磨鑄鐵管道為例，其施工造價見下表：（摘自《上海市政工程估算指標》，上海市建委編）
DN800球磨鑄鐵管 100米 開挖施工

單位 數量 占基價 % 人工 工日 1,128 人工費 元 18,838 14.04 球磨鑄鐵管DN800 m 101 閘閥 DN800 個 0.4 承插鑄鐵配件DN800 個 3 其他材料費 元 27,206 材料費小計 元 103,685 77.25 機械使用費小計 元 11,691 8.71 指標基價 元 134,214 100 其他工程費 元 11,006 綜合費用 元 45,948 稅金 元 6,519 建筑安裝工程費用 元 197,687

　　此費用尚不包含挖路費，大連地區道路開挖費約為300元/m2（有些城市更高），預計每米管道需開挖道路面積2m2，則每米管道開挖費600元。工程費與破路費相加，即1976.87+600=2577（元/米），同時施工還將造成交通堵塞，產生社會問題。
　　如用φ710（0.5MPa）的HDPE管道進行襯裝，土石方費（減少開挖）、施工機械費、管道材料費、焊接費、襯裝材料費、技術服務費、稅金等綜合造價遠低于從新開挖敷設管道的造價，且不會造成交通堵塞等社會問題。
　　3、插入段長度確定：
　　每一插入段的長度取決于施工條件，管道走向，管徑等各種因素，一般為300-700m，采用卷揚機牽引。但要控制一個指標，插入管的牽引力所形成的拉伸應力不得大于材料屈服拉伸強度的50%。
　　4、插入施工：
　　在開挖前，切斷水源，排掉原管道中的積水，按設計位置挖掘長方形操作坑，操作坑具體尺寸視管徑而定。將PE直管焊接成一條長管道，管道接口采用對熔焊接，對熔焊接屬于一種與熱—壓相關的操作過程. HDPE被加熱到200-220℃時，會由固態軟化，當兩個管端的材料被加熱軟化后，在一定的壓力作用下壓合在一起，在焊接操作過程中，兩根HDPE管道的管端被融化、擠壓、冷卻，形成牢固的焊道。焊道處形成一致性的管道材料結構，冷卻后焊道處能夠達到和管道本體一致的性能。這種接口方式保證了管道不會發生接口泄漏。
　　焊接施工如圖所示：

　　焊接好一長段PE管道后，以Y字型滑輪支撐，沿管線方向布置，做好襯裝準備。同時在操作坑內割掉一段原管道，置入清管器，對舊管襯裝段內的固體雜物進行清掃。在被插入管段的另一端設置牽引絞車，清管后，置入一段短聚乙烯管與牽引鋼絲繩連接，進行管道試襯。襯裝牽引頭應為錐形，并應保證足夠的強度，確保牽引過程的安全順利完成。牽引過程中，應記錄襯入鋼絲繩長度，萬一試襯過程中意外卡住時，可以準確找到短管位置。進行試襯后檢查短管有無嚴重劃傷。如有劃傷，說明清管未凈，應再次清管處理，重復試襯工作。試襯通過后，再將通過絞車的緩慢牽引將已焊接好的PE管道滑入舊管道中。
　　5、 管段連接
　　在操作坑內將原管道、插入管及管件用活套法蘭過渡段連接起來。HDPE管道之間或HDPE管道與其它材質管道之間的連接均可以采用法蘭連接，連接方式見下圖：

　　

　　6、打壓實驗
　　經水壓試驗合格后即可投入運行。
　　一般通過7天的施工，可完成每段500m-700m管道的襯裝。大連自來水公司1999年襯裝工程，總長約4公里，采用外徑710mm的HDPE管道，經過50天時間完成施工任務。打壓實驗一次成功，現已供水使用。
（二）貼合管襯裝：（薄壁）
　　先把聚乙烯管道擠縮成較小直徑（成凹形），拉進舊管以后，通入蒸汽使其恢復原來的形狀和直徑，緊貼在舊管壁上。也可以反轉薄管貼襯入原管中。
　　此種襯裝方法以小管、薄壁為主，這里不做詳細介紹。
（三）短管襯裝：（排水）
　　將一連串單獨的PE短管（凱威赫公司Vipliner管道）插入已存在的舊管道之中，這種襯裝方法工作坑更小，進一步降低了交通堵塞的影響。另外，整個襯裝過程中，排污系統仍能正常運行，不需防水處理。橫向分支管道采用凱威赫專利技術連接，可節省挖溝的時間和費用。
　　襯裝方法如圖所示：

　　以在科威特所施工的污水項目為例，原管道為水泥管道，總長24公里，采用內壁接口短襯管（每段0.5米），用三年時間，在系統正常運行的條件下完成了管道襯裝工程。
　　以上三種聚乙烯襯裝更新方法，不但基本維持原管道的輸送能力，并能縮短更新施工工期，節省人力和降低更新費用，是更新破損的地下管道的常用方法。另外還有爆管襯裝（burstling）、地道襯裝（tunneling）等管道敷設方法，但對技術要求相對較高。

三、凱威赫（大連）管道公司簡介

　　凱威赫（大連）管道公司是芬蘭凱威赫管道集團在中國的唯一子公司。凱威赫管道集團從1951年就開始大批量生產熱塑性管道，在歐洲、美洲和亞洲等擁有二十多個生產廠和銷售處，僅在泰國就有16條PE生產線。集團在管道產品的設計研究、生產制造、檢驗及應用等方面具有豐富的經驗。土耳其深海排放工程、香港海底襯裝工程等富有挑戰性項目的順利完成，更奠定了凱威赫管道集團作為世界塑料管道行業先鋒的地位。
　　凱威赫（大連）管道有限公司全面沿襲了芬蘭凱威赫管道集團的先進技術及經驗，現HDPE管道最大生產口徑可達1000mm。凱威赫（大連）管道有限公司愿與大家共同為中國給排水事業的發展做出貢獻。