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摘要：城市旧给水管由于常年运用，受到管外的尖锐物或外力压扁、在输送水上胀破等情况。在进行旧给水管的改造修复时，我公司应用内衬 HDPE管修复技术，并就此技术的施工进行试验。
关键词：旧给水管；内衬HDPE管；施工试验
一、内穿插HDPE管技术原理
管道内穿插HDPE管的压缩进管施工方式有两种，一种是径向均匀缩小即“等径压缩”；另一种是径向挤压形成凹形即“U型压缩”。等径压缩是指将管HDPE管由拉入修复管内，24h后管径恢复到原来的大小，促使其与需要修复的管紧紧贴合在一起。另外一种是用“U型压缩”方法，利用水或气压通过软体球冲顶并恢复。使HDPE管涨贴到待修复的主管道的内壁上，形成一种“管中管”的结构，从而达到修复的目的。
二、HDPE管壁厚的确定
为确保管道焊接质量，焊接时焊口的对口错口率不得大于10%，适当增加HDPE衬管的壁厚可以保证对接质量和对接口的强度。选用HDPE衬管的壁厚宜为7mm。
实验证明，壁厚为7mm的HDPE衬管（试拖过的有1-1.5mm的划痕）可单独承压为0.4MPa左右，其破裂压力为0.68MPa，HDPE衬管在铸铁管道内，小单独承压，内衬HDPE管修复后所形成的“管中管”可提高管道的耐压等级达30%左右。由于所修复的管道仍在使用，管中管道腐蚀程度很轻，铸铁管道能够承受完全的工作压力，衬入7mm壁厚的HDPE衬管，完全可以满足今后供水压力增加的需求。
三、管内穿插HDPE管施工工艺
（一）管道清洗和检测
管道清洗技术有三种：
（1）PIG清洗技术；
（2）高压水射流清洗技术；
（3）化学清洗技术。
本次试验采用PIG清洗技术。首先将待修复的管道两端断开，排清管内腔的积水，利用CCTV管道内窥检测仪检测管道内壁状况，确定管道内的结垢情况、管道弯叉位置及管道内有无过大的障碍，经检测发现，该DN400铸铁管内壁腐蚀结垢并不严重，管身材质保全较好，结垢厚度在5～20mm，成分是锈片和碳酸盐类，形状为片状、疤瘤状。结垢分布于管道内壁，底部稍厚。
采用牵引PIG清洗技术，按照密度山低到高、外径由小到大的顺序选用系列PIG清管器对管道进行清洗。一边清洗管壁，一边将清除的污垢拖到管道外，集中清理。本试验段分三段进行清洗，每段管道的清洗次数为14～6次，清洗时间共4d。
管道清洗后，采用CCTV内窥系统检测清洗效果，清洗后的管道已露出铸铁管管壁，局部残留的余垢层，厚度小超过1～1.5mm，并且管壁上没有毛刺状、疤瘤状硬垢，基本满足内衬HDPE管所需要的条件。
（二）HDPE内衬管的连接方式
HDPE管的连接方式有两种：
（1）热熔焊接；将与管轴垂直的两对应端而与加热板接触熔化温度，将两熔化口压紧连接。
（2）电熔焊接；将所需连接的两管端插入埋有电热摊的套筒中，将电热摊通上电流，把要连接的管材或管件加热至熔化温度，固定直至接日冷却，从而形成严密固接头。
本次试验采用热熔焊接。HDPE管材一般为10～4m/根，这就需要在施工现场将每根内衬管用热熔对接的方法连接起来。热熔对接时先校正焊接机在同一轴线上，同时将对口的错口率控制在0.7mm以内，刨平两管端口并清理干净后用加热板进行加热。达到加热时间立即移走加热板，用一定压力迅速对接焊口，冷却后便形成一个强度高于管材本体的焊口，两直管段焊接全过程至少需要40～50min。
（三）连接段HDPE管气密性试验
HDPE管连接每完成5条焊缝，焊接完成一个施工管段后，应进行地而气密性试压，加气压到0.1 MPa稳压60min无压降，则表明焊缝的质量介格。
（四）HDPE管内衬施工
在内衬施工之前，需要进行试穿拖。选用一条12m长的HDPE内衬管，在牵引力的作用下，由施工管段的一端进入，从另一端拉出。记录全过程中拉力、速度的变化，判断管道内阻力增大的位置和原因，从而对整段牵引时需要的拉力作出初步估计；评估试衬管段表面的划痕的深度，衬管的最小有效壁厚≥5mm，便可以进行整体内衬施工。
由于该段水管走向弯曲，牵引内衬时，衬管紧贴管壁小弯内侧行走，产生很大的摩擦阻力，距离越长，阻力越大，所以将512m管道分开4段进行内衬。同时PE80材料的强度、弹性都较大，缩径后回弹量也较大，从一定程度上增加了阻力。这就需要相应增大牵引动力，本次施工过程中最大牵引力达到20t，牵引速度大约5 ～10m/min。
内衬管到位后，经过24h，自然回弹，与原灰口铸铁管壁贴合，形成“管中管”。HDPE内衬管具有无毒、无异味、小结垢、小滋生细菌的特征，另外，HDPE内衬管光滑，减小了水的磨阻损失，单位时间内流量增加，提高了管道性能。
（五）管段连接
内衬管段连接方法有HDPE电熔摊焊接法兰与铸铁法兰配合，HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合两种。本工程采用了HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合方法。该方法是在原管道的末端穿过HDPE管安装一个铸铁承盘短管，在承盘短管的末端对HDPE管进行加热后用一个模具将HDPE管翻边。
采用HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合，形成的法兰组件具有强度高、耐腐蚀等优点。与电熔摊焊接法兰的方法相比，具有与HDPE衬管一体、连接强度高、密封好的优点。
为了验证HDPE翻边法兰连接的可靠性，先作了HDPE衬管裸管强度及端而法兰密封实验。试验结果见表1、表2。
实验结果说明采用HDPE法兰和铸铁法兰密封内衬HDPE管的施工管段效果可靠。
（六）整體试压
对采用内衬HDPE管段的原铸铁管进行水压强度试压，试验压力为0.7MPa稳压60min无压降，强度压力试验合格。 四、主要质量控制
（一）清洗、除垢的质量控制
清洗后的管道除垢率必须达95%以上，即露出原有管道的内壁，局部残留的余垢层，其厚度不宜大于1～2mm，并且管壁达到无杂物、无毛刺状及疤瘤状硬垢。
（二）HDPE管热熔焊接质量控制热熔焊接是关键的一道工序，必须严格按企业内部制定的技术规程进行HDPE管的热熔焊接。在焊接时，严格控制加热板温度在（200～2200°C）、对接压力和对接时间，焊口凸边要均匀，凸起部分形成均匀一致的圆弧，同时焊口最大的错位率控制在HDPE管壁厚的10%内，并且对每道口都要进行外观检验。在HDPE管加热、焊接、冷却过程中小得移动或在连接件上施加外力，以免影响焊接质量。每焊接完成一个施工管段后，进行地而气密性试压，加压到0.1 MPa稳压60min，无压降则焊口质量合格。
（三）HDPE管内衬施工质量控制
为了保证内衬HDPE管的施工质量，在内衬施工前必须进行试穿拖，试穿拖的HDPE管长度应小少于10m，试衬管段表面的划痕深度不宜大于1～2mm，确保衬管的最小有效壁厚大于设计有效壁厚。进行正式内衬施工时，穿插进度应控制在15～18m/min范围内，牵引力应小于HDPE管屈服强度的50%。穿插后管道两端HDPE管的长度应比原管道各长3m，余量作为端u口处里、连接用。
（四）HDPE管缩径量控制
“等径压缩”法施工HDPE管缩径量宜控制在10～15%内；"U型压缩“法施工HDPE管缩径量宜控制在30～40%内。
（五）HDPE法兰焊接质量控制
① HDPE法兰电阻摊预埋圈数控制在8（）圈；
②HDPE电熔摊焊接法兰时的电阻摊温度控制在220～230 °C，冷却时间大于20min。
五、工程造价
经测算，采用内衬HDPE管修复旧管道，其工程费用仅为明挖管道的85 %（小含路面修复费用），而且大大减少路面和土方开挖而积（只挖操作坑，其路而开挖面积仅为明挖拆换旧管面积的5 %），并可提高管道输水能力（表而粗糙系数0.007）及管道承压能力，改善水质。
表 1
序号 试验地点 试验管材管件 试验前数据 水压（MPa） 持压时间（min） HDPE 管周长（mm） HDPE 管直径（mm） 备注
1 自
来
水
公
司 带一热熔焊接接口 HDPE1.0m，HDPE 翻转成型法兰盘两个，DN400 灰口铸铁承盘短管两个，DN400 钢制法兰封板两个，灰口铸铁承盘短管与 HDPE 管之间靠HDPE 法兰固定，两灰口铸铁承盘短管之间用角铁点焊固定。 HDPE 管周长1235mm，两承盘短管之间长度为1.02m。 0.0 1235 393.11 HDPE 管径等径压缩试拖后
2 0.1 5 1235 393.11 裸管增压，HDPE 管纵向固定
（没有伸长量）
3 0.2 5 1241 395.02
4 0.3 10 1243 395.66
5 0.4 1-5 1254-1259 399.16-400.75
6 0.5 1-5 1265-1277 402.66-406.48
7 0.6 1-5 1290-1325 410.62-421.76
8 0.65 2 1350 429.72
9 0.2 1326 422.08
10 0.0 1280 407.44 裸管泄压
表 2
序号 试验地点 试验管材管件 试验前数据 水压（MPa） 持压时间（min） HDPE 管周长（mm） HDPE 管直径（mm） 纵向长度（m） 备注
1 自
来
水
公
司 带一热熔焊接接口HDPE1.0m，HDPE 翻转成型法兰盘两个，DN400 灰口铸铁承盘短管两个，DN400 钢制法兰封板两个，灰口铸铁承盘短管与 HDPE 管之间靠 HDPE法兰盘固定，两灰口铸铁承盘短管之间没有固定 HDPE管为按表1 进行试验后的管材，两承盘短管之间长度为1.03m。 0.2 1-2 1286 409.35 1.03 裸管增壓，HDPE
管纵向有伸长
量。
2 0.3 1—5 1284 408.71 1.03
3 0.4 1—5 1291-1294 410.94-411.89 1.03
4 0.5 1—5 1300-1308 413.80-416.35 1.03
5 0.6 1—5 1328—1343 422.72-427.49 1.034-1.035
6 0.68 1—5 爆管
六、结束语
内衬HDPE管修复旧管道技术待修复管段停水时间较长（施工期内须停水，若要正常供水则需设临时供水管），影响供水。另允许最大偏转角度为15°，若待修复主管道中间有大于15°的弯头或有支管，则需开挖操作坑增加穿插段。内衬HDPE管修复旧管道技术是给水管网改造工程中其中的一种施工技术，它与传统明挖拆换管道施工技术相比，具有一定的优势，在有施工条件地段的给水管道工程中可推广应用。
关键词：旧给水管；内衬HDPE管；施工试验
一、内穿插HDPE管技术原理
管道内穿插HDPE管的压缩进管施工方式有两种，一种是径向均匀缩小即“等径压缩”；另一种是径向挤压形成凹形即“U型压缩”。等径压缩是指将管HDPE管由拉入修复管内，24h后管径恢复到原来的大小，促使其与需要修复的管紧紧贴合在一起。另外一种是用“U型压缩”方法，利用水或气压通过软体球冲顶并恢复。使HDPE管涨贴到待修复的主管道的内壁上，形成一种“管中管”的结构，从而达到修复的目的。
二、HDPE管壁厚的确定
为确保管道焊接质量，焊接时焊口的对口错口率不得大于10%，适当增加HDPE衬管的壁厚可以保证对接质量和对接口的强度。选用HDPE衬管的壁厚宜为7mm。
实验证明，壁厚为7mm的HDPE衬管（试拖过的有1-1.5mm的划痕）可单独承压为0.4MPa左右，其破裂压力为0.68MPa，HDPE衬管在铸铁管道内，小单独承压，内衬HDPE管修复后所形成的“管中管”可提高管道的耐压等级达30%左右。由于所修复的管道仍在使用，管中管道腐蚀程度很轻，铸铁管道能够承受完全的工作压力，衬入7mm壁厚的HDPE衬管，完全可以满足今后供水压力增加的需求。
三、管内穿插HDPE管施工工艺
（一）管道清洗和检测
管道清洗技术有三种：
（1）PIG清洗技术；
（2）高压水射流清洗技术；
（3）化学清洗技术。
本次试验采用PIG清洗技术。首先将待修复的管道两端断开，排清管内腔的积水，利用CCTV管道内窥检测仪检测管道内壁状况，确定管道内的结垢情况、管道弯叉位置及管道内有无过大的障碍，经检测发现，该DN400铸铁管内壁腐蚀结垢并不严重，管身材质保全较好，结垢厚度在5～20mm，成分是锈片和碳酸盐类，形状为片状、疤瘤状。结垢分布于管道内壁，底部稍厚。
采用牵引PIG清洗技术，按照密度山低到高、外径由小到大的顺序选用系列PIG清管器对管道进行清洗。一边清洗管壁，一边将清除的污垢拖到管道外，集中清理。本试验段分三段进行清洗，每段管道的清洗次数为14～6次，清洗时间共4d。
管道清洗后，采用CCTV内窥系统检测清洗效果，清洗后的管道已露出铸铁管管壁，局部残留的余垢层，厚度小超过1～1.5mm，并且管壁上没有毛刺状、疤瘤状硬垢，基本满足内衬HDPE管所需要的条件。
（二）HDPE内衬管的连接方式
HDPE管的连接方式有两种：
（1）热熔焊接；将与管轴垂直的两对应端而与加热板接触熔化温度，将两熔化口压紧连接。
（2）电熔焊接；将所需连接的两管端插入埋有电热摊的套筒中，将电热摊通上电流，把要连接的管材或管件加热至熔化温度，固定直至接日冷却，从而形成严密固接头。
本次试验采用热熔焊接。HDPE管材一般为10～4m/根，这就需要在施工现场将每根内衬管用热熔对接的方法连接起来。热熔对接时先校正焊接机在同一轴线上，同时将对口的错口率控制在0.7mm以内，刨平两管端口并清理干净后用加热板进行加热。达到加热时间立即移走加热板，用一定压力迅速对接焊口，冷却后便形成一个强度高于管材本体的焊口，两直管段焊接全过程至少需要40～50min。
（三）连接段HDPE管气密性试验
HDPE管连接每完成5条焊缝，焊接完成一个施工管段后，应进行地而气密性试压，加气压到0.1 MPa稳压60min无压降，则表明焊缝的质量介格。
（四）HDPE管内衬施工
在内衬施工之前，需要进行试穿拖。选用一条12m长的HDPE内衬管，在牵引力的作用下，由施工管段的一端进入，从另一端拉出。记录全过程中拉力、速度的变化，判断管道内阻力增大的位置和原因，从而对整段牵引时需要的拉力作出初步估计；评估试衬管段表面的划痕的深度，衬管的最小有效壁厚≥5mm，便可以进行整体内衬施工。
由于该段水管走向弯曲，牵引内衬时，衬管紧贴管壁小弯内侧行走，产生很大的摩擦阻力，距离越长，阻力越大，所以将512m管道分开4段进行内衬。同时PE80材料的强度、弹性都较大，缩径后回弹量也较大，从一定程度上增加了阻力。这就需要相应增大牵引动力，本次施工过程中最大牵引力达到20t，牵引速度大约5 ～10m/min。
内衬管到位后，经过24h，自然回弹，与原灰口铸铁管壁贴合，形成“管中管”。HDPE内衬管具有无毒、无异味、小结垢、小滋生细菌的特征，另外，HDPE内衬管光滑，减小了水的磨阻损失，单位时间内流量增加，提高了管道性能。
（五）管段连接
内衬管段连接方法有HDPE电熔摊焊接法兰与铸铁法兰配合，HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合两种。本工程采用了HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合方法。该方法是在原管道的末端穿过HDPE管安装一个铸铁承盘短管，在承盘短管的末端对HDPE管进行加热后用一个模具将HDPE管翻边。
采用HDPE翻边法兰与铸铁法兰配合，形成的法兰组件具有强度高、耐腐蚀等优点。与电熔摊焊接法兰的方法相比，具有与HDPE衬管一体、连接强度高、密封好的优点。
为了验证HDPE翻边法兰连接的可靠性，先作了HDPE衬管裸管强度及端而法兰密封实验。试验结果见表1、表2。
实验结果说明采用HDPE法兰和铸铁法兰密封内衬HDPE管的施工管段效果可靠。
（六）整體试压
对采用内衬HDPE管段的原铸铁管进行水压强度试压，试验压力为0.7MPa稳压60min无压降，强度压力试验合格。 四、主要质量控制
（一）清洗、除垢的质量控制
清洗后的管道除垢率必须达95%以上，即露出原有管道的内壁，局部残留的余垢层，其厚度不宜大于1～2mm，并且管壁达到无杂物、无毛刺状及疤瘤状硬垢。
（二）HDPE管热熔焊接质量控制热熔焊接是关键的一道工序，必须严格按企业内部制定的技术规程进行HDPE管的热熔焊接。在焊接时，严格控制加热板温度在（200～2200°C）、对接压力和对接时间，焊口凸边要均匀，凸起部分形成均匀一致的圆弧，同时焊口最大的错位率控制在HDPE管壁厚的10%内，并且对每道口都要进行外观检验。在HDPE管加热、焊接、冷却过程中小得移动或在连接件上施加外力，以免影响焊接质量。每焊接完成一个施工管段后，进行地而气密性试压，加压到0.1 MPa稳压60min，无压降则焊口质量合格。
（三）HDPE管内衬施工质量控制
为了保证内衬HDPE管的施工质量，在内衬施工前必须进行试穿拖，试穿拖的HDPE管长度应小少于10m，试衬管段表面的划痕深度不宜大于1～2mm，确保衬管的最小有效壁厚大于设计有效壁厚。进行正式内衬施工时，穿插进度应控制在15～18m/min范围内，牵引力应小于HDPE管屈服强度的50%。穿插后管道两端HDPE管的长度应比原管道各长3m，余量作为端u口处里、连接用。
（四）HDPE管缩径量控制
“等径压缩”法施工HDPE管缩径量宜控制在10～15%内；"U型压缩“法施工HDPE管缩径量宜控制在30～40%内。
（五）HDPE法兰焊接质量控制
① HDPE法兰电阻摊预埋圈数控制在8（）圈；
②HDPE电熔摊焊接法兰时的电阻摊温度控制在220～230 °C，冷却时间大于20min。
五、工程造价
经测算，采用内衬HDPE管修复旧管道，其工程费用仅为明挖管道的85 %（小含路面修复费用），而且大大减少路面和土方开挖而积（只挖操作坑，其路而开挖面积仅为明挖拆换旧管面积的5 %），并可提高管道输水能力（表而粗糙系数0.007）及管道承压能力，改善水质。
表 1
序号 试验地点 试验管材管件 试验前数据 水压（MPa） 持压时间（min） HDPE 管周长（mm） HDPE 管直径（mm） 备注
1 自
来
水
公
司 带一热熔焊接接口 HDPE1.0m，HDPE 翻转成型法兰盘两个，DN400 灰口铸铁承盘短管两个，DN400 钢制法兰封板两个，灰口铸铁承盘短管与 HDPE 管之间靠HDPE 法兰固定，两灰口铸铁承盘短管之间用角铁点焊固定。 HDPE 管周长1235mm，两承盘短管之间长度为1.02m。 0.0 1235 393.11 HDPE 管径等径压缩试拖后
2 0.1 5 1235 393.11 裸管增压，HDPE 管纵向固定
（没有伸长量）
3 0.2 5 1241 395.02
4 0.3 10 1243 395.66
5 0.4 1-5 1254-1259 399.16-400.75
6 0.5 1-5 1265-1277 402.66-406.48
7 0.6 1-5 1290-1325 410.62-421.76
8 0.65 2 1350 429.72
9 0.2 1326 422.08
10 0.0 1280 407.44 裸管泄压
表 2
序号 试验地点 试验管材管件 试验前数据 水压（MPa） 持压时间（min） HDPE 管周长（mm） HDPE 管直径（mm） 纵向长度（m） 备注
1 自
来
水
公
司 带一热熔焊接接口HDPE1.0m，HDPE 翻转成型法兰盘两个，DN400 灰口铸铁承盘短管两个，DN400 钢制法兰封板两个，灰口铸铁承盘短管与 HDPE 管之间靠 HDPE法兰盘固定，两灰口铸铁承盘短管之间没有固定 HDPE管为按表1 进行试验后的管材，两承盘短管之间长度为1.03m。 0.2 1-2 1286 409.35 1.03 裸管增壓，HDPE
管纵向有伸长
量。
2 0.3 1—5 1284 408.71 1.03
3 0.4 1—5 1291-1294 410.94-411.89 1.03
4 0.5 1—5 1300-1308 413.80-416.35 1.03
5 0.6 1—5 1328—1343 422.72-427.49 1.034-1.035
6 0.68 1—5 爆管
六、结束语
内衬HDPE管修复旧管道技术待修复管段停水时间较长（施工期内须停水，若要正常供水则需设临时供水管），影响供水。另允许最大偏转角度为15°，若待修复主管道中间有大于15°的弯头或有支管，则需开挖操作坑增加穿插段。内衬HDPE管修复旧管道技术是给水管网改造工程中其中的一种施工技术，它与传统明挖拆换管道施工技术相比，具有一定的优势，在有施工条件地段的给水管道工程中可推广应用。