内衬不锈钢和高分子聚合物水泥砂浆涂衬修复供水管道应用

内衬不锈钢和高分子聚合物水泥砂浆涂
衬修复供水管道应用
摘要：本文介绍了铁岗DN1000现状原水管改清水管非开挖技术，通过对现
状管CCTV检测及压力分析，结合内衬不锈钢使用案例及理论计算，提出了使用
内衬不锈钢和高分子聚合物水泥砂浆涂衬工艺对陈旧管道进行改造方案，内衬不
锈钢壁厚采用3.5mm，可达到修复后该管的使用要求。

工程实施后取得了明显的
经济效益与社会效益。

关键词：非开挖技术；内衬不锈钢；高分子聚合物水泥砂浆
1.工程背景
在城市化进程的推进下，各城市尤其大中型城市对居民正常生活、出行、环
境等要求越来越高，传统开挖修复方式由于工程量大、费用高、施工工期长、严
重影响周边居民正常生活、阻塞交通、污染环境、施工中破坏周边管线及设施等
弊端，有条件的开挖换管逐渐被非开挖管道修复技术所取代。

铁岗水库DN1000原水管建设于80年代初期，随着服务水厂关停，现状原水
管已处于废用状态，而随着而蛇口片区目前仅有一根清水输水主管，保证率较低，从现状南山水厂或大涌水厂新建一根清水输水管至该片区需穿越南山区中心城区，可实施性较小。

针对该情况，将现状铁岗DN1000原水管（南头检查站-南海大道
滨海立交段）进行修道，达到清水输水水量和水压的要求，既能较快的实施蛇口
片区第二条清水输水管建设，保证可行性及建设进度，又能盘活闲置资产，变“废”为“宝”，满足节能减排的要求。

2.现状分析
铁岗DN1000原水管西起铁岗泵站，南至蛇口水厂。

本工程仅对该原水管南
山区内南头检查站至南海大道滨海立交段进行修复，起点为南坪快速与深南大道
交汇处，终点为南海大道与滨海大道（桂庙路）交汇口阀门井处，总长4980m，
其中钢管长2637m，钢筋混凝土管长2343m。

该管段共有DN1000蝶阀5个，
DN600排泥蝶阀5个，DN100排气闸阀8个，水平转弯共52处，垂直转弯14处，管材为钢管和预应力钢筋混凝土管交替布置，接口承插和焊接，埋设深度1~3.5米。

根据CCTV检测结果，该原水管道管线待修复段共检测到104缺陷，结构性
缺陷93处，包括1级缺陷26处，2级缺陷25处；3级缺陷27处，4级缺陷15处；功能性缺陷11处，包括1级缺陷9处，2级缺陷2处，主要表现为钢管内防
腐层脱落生锈（壁厚10~12cm）、钢砼管粗骨料或钢筋完全显露、钢砼管承插接
头处脱节（3~12cm）、管内有沉积物、树根及积水。

根据分段试压结果，长直钢管段压力5min内可升至0.9Mpa，10min压力降
为0，最终压力值稳定在0.9MP。

长直钢砼管段或钢管与钢砼管交替段压力7min
内可升至0.55Mpa，10min压力降为0.01Mpa，最终压力值稳定在0.3MP。

3.修复方式确定
3.1修复方式比选
管道修复根据是否开挖可分为开挖换管技术和非开挖修复技术。

根据现状介
绍及现场勘察，现状DN1000原水管道管线敷设路段主要有深南大道、南山大道、桃园路及南海大道，各路段均为南山区中心繁华区，周边电力、电信、给排水及
燃气管线较复杂，采用全线开挖修复难度较大且投资较高。

非开挖修复更新技术的基本目的是采用少开挖或不开挖地表的修复更新技术
对原有的给水管进行局部或整体修复，使其恢复原有功能，在充分利用原管残余
寿命的原则上延长管道使用寿命。

主要工艺有穿插法、原位固化法（CIPP）、碎（裂）管法、内衬不锈钢法、喷涂法、局部修复技术等。

DN1000原水管沿线存在古城保护线范围内、市政主干道，开挖较难，同时该
管为Ⅱ级预应力钢筋混凝土管，安全线荷载为89KN/m，折算管顶覆土为4.94米，沿线管道覆土为3.50米以内，在管道安全的覆土范围内，结合现场该管段未出
现塌方等事故，现状管的结构是安全的，采用半结构性是可行的，内衬薄壁不锈钢板法更具有优势。

3.2承压能力分析与内衬管壁厚确定
根据《城镇给水管道非开挖修复更新过程技术规程》6.2.2条要求，对内衬管道应能承受管道外部地下水压力和真空压力以及原有管道破损部位内部水压的作用，且壁厚设计应符合下列规定：
①内衬管道承受外部地下水压力和真空压力的壁厚应按下列公式计算：
（1）
（2）
（3）
或（4）
式中：t——内衬管壁厚（mm）；
D o——内衬管外径（mm）；
K——原有管道对内衬管的支撑系数，取值宜为7.0；
E L——内衬管的长期弹性模量（MPa），宜取短期弹性模量的50%，不锈钢的弹性模量一般195000MPa左右；
C——椭圆度折减系数；
P W——管顶位置地下水压力（MPa）；
P V——真空压力（MPa），取值宜为0.05MPa；
N——管道截面环向稳定性抗力系数，不应小于2.0；
μ——泊松比，不锈钢内衬管取0.247；
H W——管顶以上地下水位深度（m），取1.5m；
q——原有管道的椭圆度（%）；
D E——原有管道的平均内径（mm）；
D min——原有管道的最小内径（mm）；
D max——原有管道的平最大内径（mm）。

根据公式计算所得：
②计算内衬不锈钢管壁厚应该满足下列公式（5）要求，并按公式（6）对不锈钢管道壁厚设计值进行校核。

（5）
（6）
式中：d h——原有管道中缺口或孔洞的最大直径（mm），取最大缺口80mm；
δL——内衬管道的长期弯曲强度（MPa），宜取短期弯曲强度的50%；不锈
钢的弯屈强度一般210MPa左右；
P d——管道设计压力(MPa），应按管道工作压力的1.5倍计算，取管道工作
压力为0.6MPa。

根据上述要求，，，计算不锈钢
管壁厚满足要求。

，经复核满足要求。

因此，按照DN1000供水管道，覆土约2米，管顶以上水位约1.5米，管道
退原地折减系数为1进行计算。

即当不锈钢内衬层厚度达到3.50mm时，可承受
外部水压为1.5米及真空压力状态。

（2）不锈钢承受内压壁厚
根据GB150-1998《钢制压力容器》，在不考虑焊接系数，DN1000不锈钢腐
蚀及不锈钢板厚度的负偏差，计算如下：
（1）
[δ]——管材的屈服强度，国标304不锈钢屈服强度210Mpa
D——管材的公称外径（m）
e——内衬管材壁厚（m）
P——裸管长期单独承压压力（MPa）
鉴于原管道运行时间较长，为了提升其使用年限，本工程采用壁厚3.50mm 的304不锈钢进行施工。

3.3主要施工工序
3.4施工要点与注意事项
在不锈钢内衬坯板涨圆环节，要尽量保证内衬管外壁与混凝土基管内壁紧密贴合，以保证共同承压效果，必要时应在内衬管与基管之间注人环氧树脂混合料填充空隙。

此外，为避免在基管发生爆裂的情况下又遇停水而产生负压导致薄壁内衬管变形这种极端情况的发生，应预先在该段管上安装复合式进排气阀，以保证在停水失压时及时补气平衡压力。

不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10～12％。

焊接时温度升高，奥氏体不锈钢内未溶解的碳会吸引附近的铬扩散化合为碳化铬，导致局部形成“贫铬区”，当铬的质量分数低于10％时，在腐蚀介质作用下，较易发生晶间腐蚀。

考虑到不锈钢内衬较薄，一旦腐蚀，极易穿透，因此要尽量避免
晶间腐蚀的发生，焊接时要采用专门的奥氏体不锈钢低碳焊丝，且过程中控制好
温度，防止过热，要快焊陕冷，使碳来不及析出。

结束语
本项目的成功实施，为不锈钢薄板内衬技术在大口径供水管道修复中的应用，积累了成功的技术和施工经验，为复杂地理条件下的管道更新修复提供了新的非
开挖施工技术。

该项管道修复技术需要在管道内进行人工作业，可以推广应用到DN 800以上的任何管道修复工程中，具有广阔的应用前景。