軍屯水庫球墨鑄鐵管爆管事故修復(fù)方案

吳 鴻，趙應(yīng)武，溫永歡

（貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550009）

1 球墨鑄鐵管的應(yīng)用

在輸水工程中，常用的管道有預(yù)應(yīng)力混凝土管（PCCP）、鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼管（RPMP）、塑料管（PE）等，管材選擇一般根據(jù)管道的重要程度、運行條件、管道直徑、管道壓力、使用壽命、運輸和安裝條件、水力條件、地質(zhì)條件、工期等綜合確定。

球墨鑄鐵管（Ductile Cast Iron Pipes），是一種石墨主要以球狀型式存在的鑄鐵管道，簡稱為球管、球鐵管，屬于金屬管材，機械性能接近鋼管，而耐腐蝕性又優(yōu)于鋼管，最小抗拉強度為420 MPa,最小延伸率為7%，最大可達(dá)10%，口徑有DN80-DN2600。球墨鑄鐵管在安裝時需要很多管件來滿足管線偏轉(zhuǎn)、分水、變徑、特殊連接等功能，如彎頭、變徑、三通、四通等。球墨鑄鐵管管道之間的連接一般采用接口，接口型式有滑入式接口、機械式接口、自錨式接口和法蘭式接口等，其中球墨鑄鐵管與鋼管之間的連接一般采用法蘭式接口連接。

由于球墨鑄鐵管安裝速度較快、調(diào)試方便、使用壽命長、密封性好、抗內(nèi)外壓能力強、水力特征好、安全等級高、維修方便等原因，被廣泛應(yīng)用于供水、供氣等工程中，在水利工程中得到越來越多的應(yīng)用，例如南水北調(diào)中線工程使用了長度超過1 800 km的球墨鑄鐵管。

2 工程概況

某工程進(jìn)口底板高程421.0 m，取水口中心高程421.60 m。取水口進(jìn)口處為1/4圓形喇叭口（R=0.6 m），后設(shè)兩側(cè)平直段安放移動式攔污柵，攔污柵槽后為三面收縮（底板不收縮）的喇叭口，喇叭口后設(shè)事故閘門，事故閘門后連接長1.2 m的漸變段，洞口尺寸由1.2 m×1.2 m的矩形變?yōu)橹睆?.8 m的圓形，隨后接Φ800壩內(nèi)埋管。壩內(nèi)埋管在穿過灌漿排水廊道前，中心高程在混凝土包管段由421.60 m變?yōu)?19.8 m，包管段管道長2.5 m，為便于施工，包管段采用DN800的K8球墨鑄鐵管管件，K8球墨鑄鐵管管件根據(jù)GB/T 13295——2019《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件》設(shè)計。管件后接DN800鋼管（t=10 mm，Q235C）,N800鋼管采用明管型式鋪設(shè)，穿過廊道后通向下游閘閥室。管道中心線至水庫水位的最大水頭差為19 m。

3 管道實際實施和運行情況

施工時，存在以下問題：

（1）由于實際采購的球墨鑄鐵管盤接管件尺寸比設(shè)計圖稍大，球墨鑄鐵管管件延伸到了壩內(nèi)鎮(zhèn)墩外，即螺紋連接法蘭暴露在廊道內(nèi)。

圖1 壩內(nèi)管道平面設(shè)計圖

圖2 壩內(nèi)管道縱剖面設(shè)計圖

圖3 壩內(nèi)管道連接圖

（2）現(xiàn)場安裝順序為先安裝球墨鑄鐵管盤接管件后，再澆筑包管混凝土，最后再安裝下游鋼管。

（3）在安裝鋼管時，從下游往上游實施。在鋼管的安裝定位存在一定偏差的情況下，強行與球墨鑄鐵管盤接管件連接。

以上管道的實施情況為事故的發(fā)生埋下隱患，在通水試驗時，球墨鑄鐵管盤接管件上游側(cè)破裂，如圖4所示。

圖4 球墨鑄鐵管管件螺紋連接法蘭上游側(cè)破裂

4 球墨鑄鐵管常用修復(fù)方法

球墨鑄鐵管出現(xiàn)了事故，可根據(jù)破壞程度的不同，采用局部切除換管、哈夫節(jié)[1]、使用鋼制包箍、連管箍等[2]，其中最常用的是局部切除換管和哈夫節(jié)。

局部切除換管：切斷管道，用短管替換損壞的管道，可用管箍連接新舊管道。為了保證使用壽命一致，更換的管件和管材要和原管道相同。隨著科技發(fā)展，原有的管材可能退出市場，所以有局限性。

哈夫節(jié)：又稱補漏器、快速堵漏管件、卡箍、管道堵漏器，由兩本體和兩件橡膠墊組成，安裝時，將兩本體對合在漏水處擰緊螺母就可以實現(xiàn)不斷水的情況下快速搶修，修復(fù)和加固原管道。

隨著近年來焊接技術(shù)的快速提高，球墨鑄鐵管的焊接修復(fù)也成為了可能。

5 本工程采用的管道修復(fù)措施

管道破裂發(fā)生后，管道馬上停止通水。因球墨鑄鐵管管件已安裝完畢，混凝土已澆筑完畢，不具備拆除換管的條件[3，4]。

若安裝哈夫節(jié)，需要切割原法蘭盤，工程量較大；直徑500 mm以上的卡箍質(zhì)量較大，安裝完成后，上部橡膠承受擠壓的壓力較大，使用一段時間后，上部橡膠會喪失彈性；容易二次漏水，且卡箍容易密封不嚴(yán)；在震動大的管段，盡量不要使用卡箍。本滲漏處位于進(jìn)水口附近，運行時震動較大，綜合考慮以上因素，若使用哈夫節(jié)容易再次漏水[5]。

為了盡快、有效處理好漏水問題，確保管道能長期正常運行，現(xiàn)場采取了以下措施：

（1）為能進(jìn)入管道焊接，將法蘭盤下游鋼管切割1 m長管段，并在該管段上預(yù)留0.6 m的進(jìn)人孔。

（2）在廠家的指導(dǎo)下，由專業(yè)焊接人員嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝對管道裂縫實施特種焊接，焊接后要進(jìn)行保溫退火處理，以消除應(yīng)力。這個環(huán)節(jié)一定要確保焊接質(zhì)量。

（3）焊接工藝完成后采用特種焊補膠焊補修復(fù)并加固，以增加焊接效果的穩(wěn)定性和耐久性。

（4）在對球墨鑄鐵管法蘭盤、鋼管全部焊接完畢，要涂敷防腐層，保證涂覆前內(nèi)外表面應(yīng)無鐵銹和雜物。防腐層涂覆后內(nèi)外表面涂層應(yīng)均勻，粘附牢固，不因氣候變化而發(fā)生異常。

（5）球墨鑄鐵管管道及管件外表面噴涂金屬鋅（第一層）+噴涂黑色終飾層（第二層），涂層符合ISO 8179-1《球墨鑄鐵管、管件、附件及其接頭。外部鍍鋅.第1部分：終飾層用金屬鋅》的規(guī)定；內(nèi)表面涂層噴涂水泥砂漿，水泥砂漿內(nèi)襯符合ISO 4179《壓力管線和無壓力管線用球墨鑄鐵管及管件-水泥砂漿內(nèi)襯》的規(guī)定。在按GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進(jìn)行測量時，內(nèi)襯水泥砂漿在養(yǎng)護28 d后的抗壓強度不小于50 MPa。

（6）鋼管表面按照SL 432-2007《壓力鋼管制造及安裝驗收規(guī)范》的要求進(jìn)行防腐處理。鋼管內(nèi)壁防腐材料采用H55-80/H55-32飲水容器防腐底漆/面漆，底漆干膜100 μm噴涂2道，面漆干膜100μm噴涂2道，干膜總厚度400μm。明管與大氣接觸的外壁防腐蝕采用 底層無機富鋅50 μm，中間層環(huán)氧云鐵100 μm，面層丙烯酸聚胺脂100 μm。埋入混凝土內(nèi)的鋼管外壁除銹后涂刷水泥漿。

（7）外露球墨鑄鐵管管件及球墨鑄鐵管法蘭盤下游部分鋼管采用C20混凝土鎮(zhèn)墩進(jìn)行固定，鎮(zhèn)墩長1.5 m,高1.7 m,寬1.8 m。為實時觀測修復(fù)后的管道是否再次漏水，管道外側(cè)沿管壁均勻布置8根Φ80縱向軟式透水管、沿管軸線每隔300 mm布置Φ120環(huán)向軟式透水管，如圖5所示。軟式透水管是一種具有倒濾透（排）水作用的新型管材，具有耐壓耐拉強度高、透水、反濾作用，使用壽命長，不因溫度、地質(zhì)條件變化斷裂，施工簡便，無接頭。

圖5 管道外包混凝土設(shè)計圖

（8）管道安裝完畢后，管道內(nèi)壁達(dá)到GB 5749《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T 17219《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)》中生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 運行效果評價

球墨鑄鐵管修復(fù)后，管道已通水運行了1年多的時間，管道修復(fù)部位未曾發(fā)生二次漏水或滲水，球墨鑄鐵管焊接修復(fù)取得了很好的效果。

7 結(jié)論與建議

管道安裝的質(zhì)量是保證管道安全運行的重要條件，安裝單位須按設(shè)計圖紙、技術(shù)要求、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范安裝，消除管道存在的安全隱患，保障管道安全運行。由于管道安裝、運行條件復(fù)雜，管道滲漏時有發(fā)生，本工程球墨鑄鐵管焊接修復(fù)取得了很好的成效，可為其他球墨鑄鐵管管道修復(fù)工程提供修復(fù)參考。