1. 中交天津港湾工程设计院 天津 300450;2. 中国港湾工程有限责任公司 北京 100027
摘要：随着GRP管道应用的日益广泛，修复及维护工作越来越频繁，而有时因为条件限制，无法依据传统的方法进行替换维修，因而寻找其他的修复方式就显得尤为必要。本文GRP材料供水管道施工完成后，后期遭到破坏，而管道破坏位置处于立交桥的拉锚墙下，无法进行明挖修复，因而寻找一种可靠、经济、快速的修复方案就非常关键。
关键词：GRP管道 条件限制 破坏修复
1.管道破坏
中东区域卡塔尔某项目使用GRP管道作为中水系统输水管，管道内直径Ф800mm，管道采用直埋敷设，埋设深度3.5m，管道连接方式采用右图所示的接口管径相同外加套管的连接方式。使用过程中发现某部位漏水，经检查位于已经通车的立交桥拉锚墙下，现场条件及破坏过程分析如下：
某日进行中水管道测试工作注水过程中发现所注入的水量严重超出了试验所需水量，随即对各井室内的阀门进行检查，未发现异常，遂沿管道线路检查，发现位于项目一座大桥东北侧的地面有渗水的痕迹。随即安排对此处进行开挖暴露，在持续暴露管道主管过程中，发现渗水已呈泉涌状态，为尽快暴露中水管道主管并找到漏水位置，现场决定抽出所有管道试压水。在完全暴露中水主管后，并未发现主管有明显的破损情况。通过对土体中的含水量及渗水方向进行综合分析后，判断漏水点位于拉锚墙内路基下方。为提供进入TSE 管道进行检查的通道，遂切除路基外侧10m处管道作为入口开始进行检查。
经过人员进入中水管道检查，找到了四处破损点详细状况见下图1。
管道破损处位于已通车的立交桥拉锚墙基础下方，下穿路基整段管道均有混凝土包封，包封厚度为25cm，整段包封长度为79m，TSE 管道管内径为800mm，试验压力9Bar，工作压力6Bar。附近有132KV高压电缆，Ф900mm给水管从上面横穿。管道破坏位置及其他管道交叉平面图见图2。
图2 GRP中水管道破坏位置平面图
2.修复方案
根据现场条件，综合考虑各部分因素，初步拟定以下方案进行GRP中水管道维修：
方案一：开挖出破坏位置的管道进行完整替换。此方案优点是重新施工能够保证完成的管道与设计图纸一致，对于使用不造成任何影响；但缺点也是显而易见的：首先因为施工位置横穿高压线和给水输水管，工作空间极其有限，施工困难；更严重的在于管道横穿立交桥拉锚墙基础，公路已通车，要拆除道路进行开挖不仅要停止道路使用，还要破坏已完成的10m高的拉锚墙，代价昂贵。
方案二：绕开此段位置，在道路基础外侧接出弯头将管路引到另外一处横穿。此方案优点在于绕过此段异常复杂和影响巨大的区域，影响较小；缺点在于另外一处位置需要挑选管道交叉少，路基填方浅的区段，而且需要下穿路基进行顶管施工，而顶管施工需要向卡塔尔当地交通部门申请安全许可等，在经济和时间上花费也巨大。
方案三：从道路拉锚墙基础两侧外各10m处断开管道，使用较小直径管道穿过现有被破坏管道，然后通过减缩管与两侧现有管道连接。此方案既避免了拆除路基和拉锚墙造成的巨大经济和社会影响，又避免了下穿另外一处路基存在的时间和经济的耗费，是比较经济和省时的方案；但缺点在于缩小管道内径会造成供水能力下降和水头损失增加。
综合比较各方案优缺点，选用方案三作为修复方案，并进行供水能力和水头损失核算。
原始管道设计和修复方案图对比如下：
图4 修复方案管道连接设计图
本工程设计水量q取0.7m3/s，DN600设计水流速度v可得2.48m/s，根据厂家资料管道粗糙度取0.029，替换管道总长100m，总水头损失计算公式如下：
其中：q – 设计流量m3/s；
C - 海曾-威廉系数，此处取150；
dj – 管道计算内径 m；
管道局部水头损失计算公式：
其中：ξ – 局部水头损失系数，；
g – 重力加速度；
管道改变前管径DN800，流量0.7m3/s，水流速度1.39m/s，管道长度100m，根据以上公式计算管道改变前总水头损失：
H = hy + hj = 100 x 10.67 x 0.71.852 / (1501.852 x 0.84.87) + 0
=0.15m
管道改变后管径DN600，流量0.7m3/s，水流速度2.48m/s，管道长度100m，两侧减缩管存在局部水头损失，DN800-600渐缩管局部损失系数分别为0.2和0.21，根据以上公式计算管道改变前总水头损失：
H = hy + hj
= 100 x 10.67 x 0.71.852 / (1501.852 x 0.64.87) + (0.2+0.21) x 2.482 / 2g
= 0.619 + 0.129 = 0.75m
可知修改管道后水流速度在可控范围内，水头损失增加值为：
0.75 - 0.15 = 0.6m，
即需要泵房增加水泵扬程0.6m，方案可行。
3.管道修复
管道维修施工顺序为：旧管道清理→旧管道切除→两侧工作准备→新管道内穿安装→接口密封→水压试验→灌浆封闭→回填基坑。
工作准备：包括管道及附件，接口密封胶，管道运输滑轮，起重设备等，另外需要现场工作条件满足深基坑安全要求，完成围壁及爬梯工作，两侧管道接口位置距现有拉锚墙至少3m距离，并预留充足的操作空间。路基下部原管道管壁四周需要拆除破坏部分并打磨光滑，采取措施复原原有管道形状，确保管道内部无任何突出部分，并保证整段管道呈直线状态，完成后彻底清理内部遗留的垃圾，以方便新管道穿过及灌浆顺利。需要注意的问题包括：两侧开槽预留开放空间至少14m（单节GRP管道长度12m），宽度根据管道直径保证两边各有0.5m工作空间；GRP DN600管道至少需要吊机的工作范围在12m，防止工作范围不足需要移动造成接口损坏。单侧空间准备示意图如下所示：
图5 管道施工接口位置示意图
准备工作完成后首先进行横穿DN600管道连接，首先将第一段待横穿管道用移动吊机吊起，固定，接近横穿位置提前放好管道滑轮，方便管道在DN800现有管道内移动，滑轮需要360°围绕DN600管道与原有管道固定，示意见下图。然后轻轻推动，缓慢移动，确保位置和方向正确。待第一段管道大部分进入后，预留1m～2m在外开始连接下一段管道。接头采用非传统方式，即不适用外包套管，而使用玻璃钢粘接剂和纱布层层包裹，层层粘接，并在接口位置加强密封，目的在于尽可能减少管道连接处的空间，为方便、稳定、安全完成穿管提高最大的可能性。如此循环往复，将整个管道内穿完毕，两端预留接口待与原有管道连接。期间需要注意的问题：DN600管道方向始终与下穿方向一致；支撑滑轮平整稳定，方向与管道垂直；接口完成后至少需要2小时方可推入DN800下穿管道内。
图6 DN600 GRP管道连接方式
按照以上步骤完成整段内穿管道工作后按照要求进行水压试验，然后根据原DN800管道切口位置及DN800-600减缩管尺寸进行两侧与原管道连接，接头方式与内穿管道相同，并注意连接口位置及整段管道方向，避免完成后接口因为剪力受损。
整个管道下穿完成后，需要在DN800和DN600管道之间的空间使用高压水泥浆填充保护。示意图如下所示：
图8 管道压浆断面示意图
管道压浆作为内穿管道最直接的保护显得尤为重要。需要注意的问题主要包括：灌浆顺序遵循由低到高，压力适度的原则；配合比密度控制在900-1200kg/m3；水泥砂浆水灰比不超过0.6；砂浆搅拌时间不小于两分钟；特别注意的是灌浆时保持DN600管道冲水以免灌浆过程中造成管道漂浮；灌浆压力最小为4~6bar；灌浆时从一边开始灌至50%时停止，然后从另外一边灌入至结束；灌浆完成后凝固时间至少达到24小时。
4.结语
GRP管道作为新型材料，因其优良的耐腐蚀和耐污染性能，以及比重小，寿命长，维护费用低等优点而得到越来越广泛的使用，但使用过程中发现此管材缺点也是显而易见的，如材质脆弱，耐外压能力差，接口不易密封，易造成接口漏水，对基础和安装要求高等。本文从一例GRP管道遭破坏，需要维修入手，分析管道破坏的原因，比选了较为省事省力的施工方案，以及通过对施工方法及需要注意问题的阐述，描述了GRP管道在实际使用中易发生的问题和处理方法，对今后的设计、施工及管理起到一定的借鉴作用。
参考文献：
1.《玻璃钢管沿程水头损失计算公式选用》南水北调与水利科技2014-10 第12卷第5期；
2.Qatar Construction Specification，Public Works Authority（Ashghal），QCS2014.
3.《给排水设计手册》第一册 第二版；
论文作者:陈海杰1,杜成伟2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/7
标签：管道论文; 水头论文; 位置论文; 方案论文; 路基论文; 接口论文; 损失论文; 《防护工程》2018年第3期论文;