高壓水射流技術在管道清理工程中的應用

周 敏，張建安

(1.中國三峽建設管理有限公司，四川 成都 610000；2.北京發研工程技術有限公司，北京 100000)

向家壩水電站是金沙江下游河段規劃的最末一個梯級，壩址位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界處。工程的開發任務以發電為主，同時改善航運條件，兼顧防洪、灌溉，并具有攔沙和對溪洛渡水電站進行反調節等作用。

向家壩左岸一期泵站設置在高程為240 m廊道內，共埋設有4條排水管道，每條管道總長度為175 m，其中水平管道長137 m，垂直管道高度38 m，內徑250 mm。泵站于2008年投運，因基礎廊道底板低，廢水廢漿排放量大，長期運行后導致管內淤堵較多，排水量減少了30%～50%，難以保證廊道抽排能力要求。

1 工程重點與難點

本工程目標是要去除沉積堵塞在大壩排水管道內的素混凝土或水泥漿凝固體，疏通管道。施工重點與難點包括以下幾方面：

1)管道內混凝土、泥漿沉淀堵塞情況無法事先探明，如何順利地輸送高壓水噴頭和高壓水管進行破除作業施工是本工程的重點及難點；

2)由于大壩主體已經澆筑完成，本工程需要在不破壞大壩結構和管道的情況下完成疏通清洗工作，如何根據施工現場的實際情況，及時調整施工方案，合理安排施工工序、配置相應的施工機械設備和人員，是本工程的又一重點；

3)管道長且內徑較小，且有4個直角轉彎段，在采用高壓水破除過程中，如何保證高壓水管和噴頭順利通過直角轉彎段去破除堵塞物，并且確保被破除下來的素混凝土碎石塊能被及時地清理掉，不再造成新的管道堵塞，這是本工程的難點。

2 水力破除技術及其應用

2.1 水力破除技術原理

1)水力破除破碎原理。由高壓泵加壓，產生100～280 MPa的高壓水射流，射入混凝土表面。高壓水在混凝土孔隙中產生一個超壓，當其壓力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土發生破碎，如圖1所示。

圖1 高壓水射流去除水泥混凝土原理圖

2)保留鋼管完好的原理。采用高壓水射流技術破除混凝土，能夠做到只去除管道里的混凝土部分，而對鋼管并不產生任何損傷與破壞[1-3]。主要原因為：混凝土為多微孔結構，而鋼管為密實結構。混凝土的多微孔結構，使噴射出的水可以進入混凝土內部，水在混凝土內部形成超過混凝土抗拉強度的張力，破碎掉混凝土。但是，鋼管是勻質材料，結構密實，沒有縫隙，水無法進入其內部，所以高壓水射流不會損害到鋼管的結構。

2.2 施工工藝總流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

2.3 設備入場

正式清洗作業前，將高壓泵、盤管器、自動旋轉軟管裝置、高壓噴頭等設備運至施工現場，并按照施工平面圖依次安放到位。

2.4 施工準備

設備進場后，將泵房內的相關設備轉移。由于清洗管道的泥漿會流入泵房內，施工前需做好相應的防護準備。為保證高壓泵在高壓水中的高壓能力，考慮施工現場泵房的位置和高壓泵的位置，經研究采取從壩后高程280 m平臺鉆76 mm的孔洞到泵房頂部，高壓膠管從泵房開始清洗，逐漸往里清洗。破碎的水泥漿沉積物從泵房口流出，經沉淀后水流回沉淀池。

2.5 連接相關操作系統

將盤管器、自動旋轉軟管與鼠頭用高壓水管相連接，再將兩個高壓泵并聯后與供水設備相連接，即可以開始進行施工作業。

2.6 管道清洗施工

根據管道走向及現場情況，清洗工作從泵房開始向上清洗，根據以往施工經驗，連續進入管道的距離可以達到70 m左右，再往里深度高壓水的切割和高壓膠管的自動行走將會受到一定的影響，因此，為了保證高壓噴頭順利抵達出口完成整條管道的疏通工作，事先需預備1根鋼絲繩從泵房底部的管口通過管道到排水口，一頭同高壓噴頭相聯，另一頭從排水口處往外拉，保證高壓膠管的順利的前進。管道布置及清洗方向見圖3。

高壓噴頭噴射出高壓水射流，作用于作業面，破碎掉沉淀的混凝土。由于鼠頭有5個藍寶石噴頭，1個在前端，主要負責破除堵塞的混凝土；4個在周圍，主要負責清除管道壁上附著的混凝土，并且給鼠頭一個向前的動力。如圖4、圖5所示。

2.7 渣土清運

施工過程中，需要及時清理高壓射流破除出來的混凝土或水泥碎粒，在破除的過程中，其中一部份碎渣

圖3 管道布置及清洗方向圖

圖4 鼠頭示意圖

圖5 高壓水射流清洗管道示意圖

被高壓射流噴出的水流帶出鋼管的排水口，當破除一段距離或時間后，判斷鋼管內的碎渣量較多時，停止作業，抽出噴射裝置,換高壓污水泵向管內底部大泵量送水，此時把塑料送水管端部直接插入到上一回次高壓水破除部位(施工過程中做好深度記錄)，靠強大的水流把混凝土或水泥碎渣排出管外。在上述操作過程中，應注意沖洗的泥漿會從管道倒流入泵房，做好必要的防護。由于泵房的位置處于最低，必要時也可從泵房端排除廢渣。

2.8 安全保證措施

管道排水口的位置正好處于泄洪閘的上口，為保證施工人員的安全，需事先做好吊藍，吊藍安全牢靠，具有足夠的剛度。施工人員高空作業需系好安全帶。吊車司機要具有上崗證，吊環、鋼絲繩均要滿足施工安全規范要求。

3 成果檢測

由于超高壓水力破除技術是首次應用于管道疏通，因此，選了一條作為清洗試驗，并在驗收合格后啟動了其他管道的疏通工作。對于清洗后的效果檢測還沒有成熟的工藝，本工程的成果驗收主要從保證泵站正常運行的角度出發，結合施工經驗，進行檢測和檢驗。

1)行進過程中，根據從管口返回水的混濁度進行判斷。如果循環水返回的水是清澈的，可作為混凝土、水泥漿沉積物破除干凈的一個依據。

2)清洗結束后，連結排水泵進行排水檢查，測定其流量和流速，與額定排水量進行比較，以判斷疏通情況。

4 結 語

高壓水射流技術能有效的清除管道內淤積的混凝土、水泥結石等沉積物，而對管道不產生任何外力破壞作用，既達到了快速清理管道的目的，又不損害鋼管結構，高效、無振動和粉塵污染，實現了環保型施工，優勢顯著。本工程在尚無工程案例參考的情況下，首次應用高壓水射流技術完成了3條排水管道的清理，使泵站排水量由清理前減少了30%～50%恢復到了額定排水量，保障了泵站的運行，效果顯著，為類似工程應用提供了參考。