張東興 徐洪福 魏希柱 宋學(xué)峰 許成君
（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 給水排水系統(tǒng)研究室） （大慶石油管理局供水公司）

　　摘要: 本文提出利用改性聚乙烯管作為內(nèi)襯膜修復(fù)舊給水管道的方法，并研究出一套舊管道修復(fù)工藝流程。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證明，所研究開發(fā)的舊管道修復(fù)技術(shù)，可以延長舊管道的使用壽命，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞: 母管；改性聚乙烯；內(nèi)襯；舊管道修復(fù)

　　1． 問題的提出

　　給水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)的重要組成部分。給水管道在常年的運(yùn)行中，由于物理、化學(xué)、電化學(xué)、微生物學(xué)等作用，沿管道內(nèi)壁會逐漸形成不規(guī)則的“生長環(huán)”。它隨著管齡的增長不斷增厚，不但使過水?dāng)嗝鏈p少，而且嚴(yán)重影響供水水質(zhì)。因此，為了改善供水水質(zhì)，僅從改進(jìn)水處理工藝和加大投氯量等措施是不夠的，應(yīng)從管道衛(wèi)生學(xué)的觀點(diǎn)考慮。對于“超期服役”的給水管道，國內(nèi)主要采取換管的方法，這樣做不僅工期長，而且施工困難、成本高。如果考慮到水質(zhì)原因，腐蝕穿孔的管道也要更換，那么，供水公司做這項(xiàng)工程所需投資將十分巨大。
　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的逐漸提高，科技進(jìn)步對現(xiàn)實(shí)工程實(shí)踐貢獻(xiàn)率也越來越大。對供水行業(yè)來說，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到加強(qiáng)管理、提高效益、減少事故和降低漏失的時期。以前對舊管道的修復(fù)缺少有效的做法。隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步和社會發(fā)展，現(xiàn)在可以而且能夠通過采用新的技術(shù)來解決這個問題。本研究通過實(shí)驗(yàn)室的材料分析和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)提出一種舊管道更新技術(shù)，即利用改性聚乙烯薄膜作為內(nèi)襯管，使舊管修復(fù)達(dá)到恢復(fù)通水能力，改善水質(zhì)，減少阻力，并達(dá)到防腐的目的。

　　2．課題達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　① 舊管道修復(fù)所需工程費(fèi)用及材料費(fèi)用總和為M，更換一條同樣管道所需工程費(fèi)用及材料費(fèi)用總和為F。
　　　　經(jīng)濟(jì)指標(biāo) M=(0.25----0.30)F
　　② 恢復(fù)通水能力達(dá)95%。
　　③ 通過實(shí)驗(yàn)檢測證明內(nèi)襯材料無毒，無害，對水質(zhì)無任何影響。
　　④ 襯管法一次性進(jìn)深為200m---300m。
　　⑤ 襯管法所修復(fù)的管徑均為500mm。

　　3． 材料實(shí)驗(yàn)

　　改性聚乙烯內(nèi)襯管是本次實(shí)驗(yàn)中采用的新材料。
　　聚乙烯（PE）是最重要的通用材料之一，產(chǎn)量居各種塑料之首位。聚乙烯可以用多種方法生產(chǎn)，由于工藝路線和條件不同，所制得聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)（支化度）、分子量、密度、結(jié)晶度均有所區(qū)別，相應(yīng)的物理性能也表現(xiàn)各異。例如：低密度聚乙烯（LDPE）較柔軟，但強(qiáng)度低，不能滿足本次實(shí)驗(yàn)的要求；高密度聚乙烯（HDPE）硬度大，柔軟性差，易應(yīng)力開裂，同樣不能滿足本次實(shí)驗(yàn)的要求。
　　為此，本次實(shí)驗(yàn)我們將低密度聚乙烯（LDPE）與高密度聚乙烯（HDPE）共混改性來制造滿足需要的改性聚乙烯內(nèi)襯管。LDPE/HDPE共混物的物理性能見表1所示，共混物的紅外光譜圖見圖1。共混物在不同溫度下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，不同溫度下的拉伸屈服應(yīng)力，不同荷載下的應(yīng)變—時間曲線見圖2，3，4所示。

　　表1及圖1給出了兩種不同密度的聚乙烯共混物的性能、結(jié)構(gòu)與組成的關(guān)系。兩種密度不同的聚乙烯按各種比例共混后可得到一系列有中間性能的共混物。這些共混物的性能變化很有規(guī)律，符合根據(jù)原材料共混物所計(jì)算的線性加和值，斷裂伸長率及拉伸強(qiáng)度的變化稍有特殊。當(dāng)在HPPE中摻入的比例少于60/40時，斷裂伸長率基本不變，但此時拉伸強(qiáng)度卻出現(xiàn)了極大值。經(jīng)計(jì)算認(rèn)定符合本實(shí)驗(yàn)性能要求。由擠出機(jī)擠出。^[4]

4． 工藝流程、技術(shù)關(guān)鍵問題

　　a、工藝流程
　　由于于國家尚無具體的國標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)施工，本研究是在試驗(yàn)、推廣階段。所以，只能通過科研實(shí)驗(yàn)與合理施工來掌握這項(xiàng)技術(shù)，總結(jié)、編制出施工管理規(guī)程，來指導(dǎo)推廣這項(xiàng)工作。我們進(jìn)行這次實(shí)驗(yàn)的主要步驟為：
　　① 勘察 管道都埋在地下，首先應(yīng)通過蓋特凱管道攝像機(jī)探測系統(tǒng)，實(shí)際了解被修復(fù)管段（母管）的管徑、埋深、坡度、管段附件（如消火栓、閥門等）以及相關(guān)聯(lián)管段等管線具體情況。判斷管道的腐蝕嚴(yán)重程度以及漏失的狀況，
　　② 斷水 關(guān)閉與被修復(fù)管段相連接的閥門，使此管段處于斷水狀態(tài)。然后對被修復(fù)管段進(jìn)行開口，用水泵將管段中剩余的水抽干。
　　③ 清洗 舊管線經(jīng)過多年運(yùn)行，管內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的沉積物附著在管壁上，或沉積在管徑底部。清洗管道的方法由兩種，即“氣壓脈沖法”和“高壓射流法”。
　　④ 排渣 當(dāng)清洗管段完成后，管道內(nèi)還殘留著一定量的殘?jiān)酶邏核脤⑦@些殘?jiān)宄觥?BR>　　⑤ 干燥 當(dāng)管道內(nèi)的“生長環(huán)”及殘?jiān)磺宄蓛艉螅构芏巫匀煌L(fēng)干燥或利用空壓機(jī)吹風(fēng)干燥。
　　⑥ 涂襯 修復(fù)管段完全干燥后，在內(nèi)襯管外壁均勻涂上適量的粘合劑，然后利用牽引機(jī)具把內(nèi)襯管牽入母管，改性聚乙烯管外壁、鐵管內(nèi)壁之間有大量的空間（空氣），加溫、加壓開始時，改性聚乙烯管逐漸鼓起時，兩管夾層之間的氣、水必須迅速排出，否則將影響其形成質(zhì)量及速度。排氣、水孔閥的大小要根據(jù)計(jì)算來確定。氣、水排出條件，最好是在無壓條件下順利外排，如果孔閥過小，會使鐵管內(nèi)部存氣，造成改性聚乙烯管成型圓度不足及延長打壓成型時間，而開孔過大會造成堵孔難度。
　　⑦ 連接 當(dāng)改性聚乙烯管與母管結(jié)合緊密后開始泄壓，然后將做好內(nèi)襯的管段與其它管段重新連接好，然后，打開與之相連接的管段上的閥門，此管段則投入正常運(yùn)行之中。
　　b、技術(shù)關(guān)鍵
　　技術(shù)關(guān)鍵問題是，薄膜內(nèi)襯采用什么樣的粘和劑，兩個管段之間如何連接。粘和劑需經(jīng)實(shí)驗(yàn)選定，采用不同配比的混合液（粘和劑、固化劑）。兩管段間的連接方法為：在連接處預(yù)留比母管多出一定長度的內(nèi)襯管，然后利用法蘭進(jìn)行連接。內(nèi)襯管要求薄壁、強(qiáng)度大，需特殊制造，大口徑的薄壁管，并能使內(nèi)襯管在母管內(nèi)容易滑動前進(jìn)。

5． 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)際施工管線長度318.8米，牽引鋼絲繩分兩次穿入，改性聚乙烯管是一次牽入318.8米，牽引時中間留有觀察窗，檢查改性聚乙烯接口環(huán)縫焊接情況。出現(xiàn)一處接口開裂，進(jìn)行了補(bǔ)焊并增加了補(bǔ)強(qiáng)板。
　　現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)于1998年11月24日17點(diǎn)10分開始，到11月25日2點(diǎn)50分全部結(jié)束。11月30日由有關(guān)人員通水驗(yàn)收。

6． 結(jié)論

　　通過實(shí)驗(yàn)室的聚乙烯內(nèi)襯材料試驗(yàn)，我們認(rèn)為該種材料是進(jìn)行舊管道內(nèi)襯法修復(fù)的優(yōu)質(zhì)材料，經(jīng)過廣泛調(diào)研，這種材料已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其性能參數(shù)完全可以滿足實(shí)際工程的需要。在內(nèi)襯材料分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立一套完整的舊管道內(nèi)襯修復(fù)法的實(shí)施工藝。
　　1．本研究將無毒，無公害、防腐的材料改性聚乙烯用于舊管道的修復(fù)上。把改性聚乙烯薄膜襯入舊給水管道與水接觸，減小了阻力系數(shù)，增大了輸水能力，提高了供水水質(zhì)。所研究開發(fā)的舊管道內(nèi)襯修復(fù)工藝，可以延長舊管道的使用壽命，修復(fù)后的舊管道可以發(fā)揮出同樣情況下新管道的作用。
　　2．提出了一整套切實(shí)可行的舊管道修復(fù)實(shí)施方法。在專用實(shí)施機(jī)具的牽引下，將已經(jīng)凹成“U”型的內(nèi)襯管拉入舊管道，當(dāng)襯管到達(dá)恰當(dāng)?shù)奈恢茫趦?nèi)襯管內(nèi)部加壓，使內(nèi)襯管和舊管道緊密結(jié)合在一起。
　　3．顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益
　　內(nèi)襯材料具有無毒、防腐、壽命長、不結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，可以防止管道中水質(zhì)受到“二次污染”，從而進(jìn)一步提高了城市供水系統(tǒng)的服務(wù)水平。舊管道修復(fù)所需工程費(fèi)用及材料費(fèi)用總和為M，更換一條同樣管道所需工程費(fèi)用及材料費(fèi)用總和為F。則達(dá)到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：M=0.28F。所以，利用內(nèi)襯管修復(fù)舊管道與重新敷設(shè)一條新管段相比要節(jié)省大量的費(fèi)用。
　　4．該修復(fù)工藝具有操作簡單、停水時間短、施工工期短，不需要大面積開挖等特點(diǎn)。有著廣闊的推廣前景

7．參考文獻(xiàn)

　　1．趙洪賓 給水管道衛(wèi)生學(xué)研究 研究生教材。
　　2．錢知勉 塑料性能應(yīng)用手冊 上海科學(xué)技術(shù)出版社。
　　3．朱炤男等譯 塑料實(shí)用性能實(shí)驗(yàn)手冊 上海科學(xué)技術(shù)出版社。
　　4．劉英俊等 塑料填充改性 中國輕工業(yè)出版社。

A STUDY ON THE RESTORATION METHOD OF WATER SUPPLY CONDUIT BY LINING TRANSFORM POLYTHENE PIPE

Dongxing Zhang Hongfu Xu Xizhu Wei
(Water Supply &Waste Water Systems Laboratory Harbin Institute of Technology)

Xuefeng Song Chengjun Xu
(Water Supply Company of Daqing Oil Administration)

　　Abstract：This paper presents a restoration method of water supply conduits by using a transform polythene pipe to line in it. And this paper presents a suit of techniques to do this work. The field experiment proved that it might prolong the life of the conduit. The technique has remarkable society and financial profits, and it will be widely used in the water supply industry.
　　Keywords: protopipe; transform polythene; line; old conduit restoration

　　注：該課題的理論研究與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)是在趙洪賓教授指導(dǎo)下進(jìn)行的。