玻璃钢管道维修及开口新技术的研究

 玻璃钢供水管道维修及开口新技术的研究 王智勇（焦作市水务有限责任公司）

摘要   传统的玻璃钢供水管道维修和开口需要较长的停水时间，维修及开口费用也较高，采用单盘连接器和钢制法兰短管相联接的维修及开口方法，在很大程度上减少了停水时间，降低了维修及开口成本，并且保证了在0.9Mpa的实验压力下，渗漏量及压力降符合非金属供水压力管道严密性试验要求。
1 研究的目的
1.1玻璃钢供水管道维修及开口面临的技术难题
上世纪九十年代以来，玻璃钢供水管道以其重量轻、施工方便、价格低、耐腐蚀性能好，水阻较小等独特优势，在许多大中城市的供水行业都得到了普遍的推广和使用。但是，由于其维修及开口停水时间较长及施工成本较高，使得玻璃钢管道维修及开口变得异常困难。所有这些因素不但为已经使用玻璃钢管道的用户带来了许多麻烦，也严重影响了玻璃钢供水管道的进一步推广使用。
1.2传统玻璃钢供水管道维修及开口方法的缺陷
传统的玻璃钢供水管道维修及开口通常采用的方法是：首先停水严密，然后在干燥状态下将管道损毁处用砂轮机进行清理打磨，分层涂抹环氧树脂，并用玻璃纤维布进行包裹，每包裹5层进行1个小时吹风干燥；然后进行重新打磨，如此反复4次，共包裹20层，较后晾干24小时后方可以进行恢复供水。由于城市供水干管管网压力较高，许多阀门很难停水严密，造成维修及开口停水面积过大，停水时间过长。因此，必须寻找出一种停水时间短，施工成本低的玻璃钢供水管道维修及开口新技术，以解决当前的技术难题。
2  单盘连接器和带法兰钢制短管相联接密封止水的理论分析及试验
为了克服玻璃钢管道维修及开口带来的技术难题，我公司于2005年组织了一批技术人员，对玻璃钢供水管道的维修及开口技术进行了长时间的试验和研究，终于研制成功了玻璃钢供水管道维修及开口新技术。并于2006年3月将该研究技术运用于焦作市南通路DN600玻璃钢供水干管的维修和附近的一处DN600玻璃钢管道开口施工中。经过一年时间的观察，维修及开口效果良好，在日常供水压力为0.4Mpa的情况下，没有发现有任何渗漏现象，现将具体维修及开口技术的理论分析及试验结果介绍如下：
2.1玻璃钢供水管道环向应力强度理论分析
管道在满水正常工作压力条件下，管道受环形向外的水压和环形向内的单盘连接器胶圈压力的共同作用；其密封效果主要决定于环形胶圈对管身产生的环向约束应力和管道自身的环向应力强度及管道抗变形能力的刚度。因此，玻璃钢管身承受环向压应力强度和刚度是决定其密封性的关键因素。
玻璃钢管道的特点之一是可以根据具体使用要求，对管道的具体性能（拉申强度、环应力强度、刚度）及形状进行设计： ①可对缠绕时的缠绕角进行设计，以使管道具有不同的纵／环向强度分配； ②可对管道壁厚进行设计，以达到一定的刚度，使管道可以承受不同的内外压力。
我国常用的玻璃钢供水管道的标准曾有几个部门制定过，标准明确标出环向强度3000kg／cm2，轴向强度为1500kg/cm2；刚度为SN10000。因此，在理论上其环向应力及刚度完全可以满足0.9Mpa的实验压力的要求。
2.2单盘连接器和钢制法兰短管与玻璃钢管联接压力试验                                                               
选取两根DN600玻璃钢法兰短管，分别截成每根长度为50cm的短管；选取一根长30cm的普通钢管，两端焊接上两个标准法兰，中间焊接上一个试压注水孔和一个放气孔；选取两个标准单盘连接器。将两根DN600玻璃钢法兰短管用螺栓和钢制堵板连紧，堵板在两侧固定在两个混凝土支墩中间，玻璃钢管道两边分别套上两个单盘连接器，中间夹上钢制法兰短管，并将单盘连接器和钢制法兰短管用螺栓上紧，检查牢固后，从注水孔往管道里注水，注水满后用堵头将排气孔堵上，进行充分浸泡后开始打压试验。玻璃钢供水管道设计工作压力为0.6Mpa,因此，试验压力定为0.9Mpa。将压力打到0.9Mpa后，持续10分钟压力为0.895Mpa；持续1小时，压力为0.89Mpa,无明显渗漏现象，压力试验为合格。
3   玻璃钢供水管道的维修及开口方法
3.1玻璃钢供水管道的维修方法
3.1.1关闭漏水点两侧的控制阀门，同时进行开挖施工
埋深较大和地下管线情况明晰的玻璃钢管道一般采用机械开挖；埋深较小和地下管线情况较为复杂的玻璃钢管道一般采用人工开挖。由于管网回水及控制阀门可能关闭不严密，因此，开挖时一般都需要抽水机械配合作业。
3.1.2管道清洗打磨
维修前必须对玻璃钢管道破损处两侧0.5米以内的管身进行清洗，去除管身上的所有污物，并对管身上不平整处进行打磨，打磨时要求力度适中，保持管身基本光滑即可，切不可打磨过度，影响管身的结构强度。
3.1.3选取合适口径的单盘连接器，并加工钢制法兰短管
开挖完成后，根据玻璃钢管道的直径，选取相同规格的两幅单盘连接器待用；然后根据管道的破损情况，截取比玻璃钢管道破损处长0.4米的相同管径的钢管（如果损毁处在承插口处，可以根据实际情况加长钢管长度），并在钢管两端焊接上两个标准法兰盘。
3.1.4根据钢制法兰短管的长度，切割掉破损处的玻璃钢管
一般要求切割掉的玻璃钢管的长度比钢制法兰短管长2cm，以便维修时方便施工安装。切割时要求切口平直，切割完成后要对玻璃钢管道切口处用环氧树脂进行涂抹，以防将来通水后水浸入管道夹砂结构层对玻璃钢管道造成损坏。
3.1.5安装单盘连接器，修复漏水管道
将两幅规格相符的单盘连接器分别套在已经切开的玻璃钢管道的两侧，然后将焊制好的钢制法兰短管放在已经切掉的玻璃钢管位置并支撑好，钢制管件要求与玻璃钢管在同一轴线上，并确保法兰盘与每侧玻璃钢管切口的间隙不大于1cm。将单盘连接器与钢制法兰短管以螺栓连接好，两侧同时均匀上紧螺栓，检查接缝是否均匀并密封良好，然后可以恢复供水。通水后密切注意维修处各连接口是否有渗水现象，当水压恢复正常压力后，将钢制法兰短管用沥青漆涂三遍防腐，底部用混凝土支墩支撑好即可进行回填。详见附图1：

 
 附图1、玻璃钢供水管道维修结构图
3.2玻璃钢供水管道开口方法
玻璃钢供水管道开口方法和玻璃钢供水管道维修方法具有相同的原理，其不同之处在于以下几条。
3.2.1根据支管的位置合理决定开口的位置，尽量避开玻璃钢管道承插口的位置，并优先选择管身中间较好的位置；
3.2.2可以根据施工计划安排，先进行开挖，然后再进行钢制法兰三通管件的加工制作，当一切准备工作完成后再进行停水操作，并根据的钢制法兰三通管件长度决定切割玻璃钢管道的长度；
3.2.3钢制法兰三通管件的长度可以根据所开支关口径的大小决定，具体加工可参考《给排水标准图集》中钢制管件加工标准图进行制作；
3.2.4钢制法兰三通管件与单盘连接器连接好以后，立即安装三通支管阀门，并将关配件和阀门底部用混凝土支墩支撑好，以便及时恢复供水。详见附图2:

                          附图2、玻璃钢供水管道开口结构图
4  结论
采用单盘连接器和钢制法兰短管进行玻璃钢供水管道维修及开口，可以在停水不太严密的情况下进行施工，大大缩短了停水时间。以焦作水务公司的维修实践为例，一条DN600的玻璃钢供水干管维修，按照传统的维修方法，从停水开始到管道恢复供水，较少需要72小时，这严重影响城市供水的连续性和供水安全性；然而，采用新的单盘连接器和钢制法兰短管连接的维修方法，就可以在有少量水的情况进行施工，维修时间缩短到12小时左右，减少停水时间约60小时，产生了较好的社会效益和经济效益。另一方面，传统的维修及开口成本过高，一条DN600玻璃钢管道，修复一处漏水或开一处口的直接成本一般不低于2.6万元（其中，材料费0.8万元，人工费0.9万元，机械费0.9万元），间接损失将更大；采用新的维修方法，费用可以降到0.5万元(其中，材料费0.2万元，人工费0.15万元，机械费0.15万元，)，大大节省了维修费用的支出。同时，修复后的返修率也大大低于传统的维修方法，并解决了在玻璃钢管道上开口难的技术难题，是一种简单易行推广性强的玻璃钢供水管道维修及开口技术。

参考文献
1、 许其昌，王登庸  《给水排水管道工程施工及验收规范实施手册》
2、 林柏生  缠绕玻璃钢管道轴向强度设计
3、 博国栋  .我国玻璃钢工业发展回顾和问题探讨. 玻璃钢/复合材料,
4、 雷 文.   FRP管在供水工程中应用的可行性. 工程塑料应用,

作者信息
姓名：王智勇
单位：焦作市水务有限责任公司
职务：总工程师
职称：工程师   国家一级注册建造师
邮政地址：焦作市太行东路17# 
电话：0391—3901028     13069402166
传真：0391—3933343
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作者简历：
王智勇，男，生于1968年12月28日；1991年毕业于平顶山工学院，本科学历。同年参加工作在焦作市自来水公司工作；1991年——2000年担任公司筹建处工程管理员；2000年——2001年担任生产科副科长；2001年——2004年担任公司维修中心主任；2004年——2006年担任公司副总工程师；2006年至今担任公司总工程师。