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      污水輸送管網爆漏原因及修復維護方法

      2013-12-17 中國環保技術網 我要評論(0) 字號:T | T
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      本文通過總結廣州市大坦沙污水處理廠廠外污水輸送管道多次爆漏和搶修維護的經驗,分析了污水輸送管網爆漏的成因和爆漏現象的特點

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      本文通過總結廣州市大坦沙污水處理廠廠外污水輸送管道多次爆漏和搶修維護的經驗,分析了污水輸送管網爆漏的成因和爆漏現象的特點并對各種管材的污水管爆漏的常見搶修方法和具體施工操作進行了詳細的介紹。

      1.概述

      近年來,隨著廣州經濟的發展,城市建設的規模越來越大,城市建設快速向市郊、農村延伸,各種建筑工地在昔日已埋設污水輸送管網的農田耕地、果林郊野上的建筑工地遍地開花。管道老化、污水管網和相關設施被占壓、野蠻施工以及其他各種原因,導致近年來大口徑污水輸送管網爆裂事故頻頻發生,如何防止和快速處理污水輸送管網爆漏問題,已成為各污水廠共同面臨的問題。

      2.輸送管網爆漏現狀數據及原因分析

      2.1.污水輸送管網現況概述

      廣州市大坦沙污水處理廠(下簡稱為大坦沙廠),是廣州市第一家大型城市污水處理廠,設計日處理污水量達55萬噸/日,納污面積達10436公頃,服務人口超過150萬。截至07年12月,大坦沙廠已鋪設的污水管網超過95公里,其中壓力輸送管為15.97公里。廠外共有13座污水提升泵站,其中荔灣泵站、澳口泵站和5#泵站為最終提升泵站,通過壓力輸送管將納污管收集的污水輸送至廠區進行生物處理。近年,大坦沙廠每年都發生污水壓力輸送管爆漏問題,嚴重影響到該廠的正常運行和納污地區居民的正常生活。

      2.2.爆漏原因分析

      結合大坦沙廠近年爆漏數據的統計,造成污水輸送管網爆漏的原因可歸納為以下幾方面:

      2.2.1.不規范或野蠻施工等人為因素造成爆漏。由于近年城市建設快速向市郊發展,管線范圍內新建大量建筑物,許多建設、施工單位存在不規范或野蠻施工,在未對地下管網進行有效勘察了解的前提下盲目施工,導致挖爆、壓穿輸送管的事件屢次發生。從上述統計可知,不規范或野蠻施工是造成污水輸送管爆漏的主要原因。

      2.2.2.管道埋設環境造成爆漏。有的管道鋪設年代較早,規劃不到位,管道埋深不夠,加上現在的交通負載增大或建筑物騎壓,導致地面發生沉降,使管道受力不均勻而發生爆漏。同時,早期鋪設的管網多鋪設在耕地、果園、魚塘基等基礎承載能力較差的區域,由于農業灌溉、雨水滲漏等原因,使地質沉降引起管道不均勻下沉,在壓力波動作用下引起的管道振動也會使管道發生破裂。

      2.2.3.管道接口影響。從漏點開挖現場發現,管道接口爆管主要發生在焊接的鋼管接口和承插式管道的剛性接口上。鋼管絕大多數都是現場對焊施工,在焊完后只能人工對焊縫進行防腐甚至沒作防腐,質量不易控制,焊縫部位容易出現銹蝕,導致焊接口銹蝕脫落、破裂以及管體腐蝕穿孔而爆漏。

      3.發現爆漏的途徑和確認爆漏點的方法

      3.1.發現爆漏的途徑

      3.1.1道路濕潤

      污水壓力輸送管道途徑的范圍內,如果出現在沒有下雨、也沒有灑水,可路面卻特別潮濕或地面結構層潮濕等情況,都會存在管網爆漏的可能性,這種情況是管道爆漏普遍存在的特征。

      這種情況的爆漏,表面上似乎還沒有什么大的危害,但已經可造成結構層下面有水的積存,長時間的漏水將造成結構層下形成空洞,使道路處于隨時可能沉陷的狀況或影響爆漏點周邊建筑物結構安全,從而造成不良的社會影響及財產損失。

      3.1.2.有水從地面冒出或路面沉降

      地面若發現有污水(水流也可能很清澈)從路面或建筑物的空隙中持續流出,水流會出現周期大小變化,出現管道爆漏的機會就很大了。從大坦沙廠近年管道爆漏的現場發現,這是管道爆漏的明顯特征。

      地下輸送管道若出現爆漏,周圍的土沙便會大量被沖走,土沙由于水的壓擠而堅固,地下出現空隙,特別是農村、市郊重新鋪設的土沙、石屑道路,更容易發生這種現象。即便道路的下面出現空隙,爆漏最初階段僅憑道路的瀝青、混凝土自身的強度,在某種程度上尚可支承。隨著水流帶走泥沙的增多,由于道路自身的重量、車輛的通行開始陷沉。如果發生此現象,首先要考慮管道是否爆漏,并盡早采取措施,以免出現不必要的損失。

      3.1.3.廠區與泵站污水流量和水壓的變化

      各污水廠為了確保穩定的生產工藝和處理效果,都會按照各廠的瞬時處理能力對廠外終點提升泵站的供水進行調整。為此,一般都會在泵站出水管和廠區總進水管裝設流量計和壓力表,以控制進入廠區的污水量和壓力。當值班人員發現終點泵站和廠區瞬時流量和壓力出現差異時,應立即對送水量和壓力測定進行分析比較,并檢查相應的輸送管道,找出原因。通過終點泵站與廠區進水管流量和壓力的比較,可發現早期的爆漏問題。

      3.2.確認爆漏點的方法

      當污水輸送管出現上述現象,可以對懷疑出現問題的管道進行加壓試驗,以找出具體的爆漏點。去現場檢漏前,必須清楚地了解待查管線的實際走向、材質、管徑、水壓及使用年限。較為簡捷的試驗方法為:

      3.2.1.關閉相關連通閥門,將疑似問題的管道與其他輸送管隔離開;

      3.2.2.減少(或關閉)終點泵站進入廠區輸送管控制閥門的開度,由終點泵站對輸送道進行短時加壓,通過觀察可疑爆漏點的涌水現象,找出管道的具體爆漏點。

      加壓過程中,建議使用流量較少、揚程較低的提升泵進行,嚴格控制管道壓力,不得超過管道的設計耐壓值,防止管道壓力急劇上升,加劇管道的爆裂。如果管道真正存在爆漏,通過上述的加壓試驗,一般可直接找到爆漏點。對于部分埋設較深的管道爆漏點,由于覆土或建筑物的阻擋,加壓后,爆漏現象可能不會太明顯,此時應視現場情況增大管道的試驗壓力。對于加壓試驗后,仍未找出具體的爆漏點(肉眼觀察不到的暗漏),則應通過專業檢漏設備對管道進行檢測。

      4.管道修復

      確認管道存在爆漏后,就要馬上組織修復管道。根據大坦沙廠經歷的多次污水輸送管道的搶修經驗,可將管道修復施工分為以下4個階段:

      4.1.開挖作業基坑

      基于縮短搶修而造成停產的時間,將負面影響控制在最低限度,污水輸送管道爆漏搶修普遍采用開挖修復技術。當確認具體管道的爆漏點后,就要對爆漏位置進行挖掘,挖出必要的作業基坑,檢查管道的實際爆漏情況,確定最終的修復方案,為后續管道的修復施工創造條件?;娱_挖的同時,應根據管道的材質和施工需要,提前備好充足的搶修物資和架設好臨時施工電源。

      4.1.1.地下設施調查、保護

      管道基坑開挖前,應向各方管線單位了解清楚地下管線的情況,方可進行相應的保護和遷移措施,以保證開挖工作持續進行。管道基坑開挖時,應根據地質土層情況和管道埋深及時采用支撐,以免造成滑坡、塌方。在建筑物、構筑物基礎和地下設施附近開挖時應做好防止其下沉和變形的措施后,才能進行開挖。

      4.1.2.基坑開挖與降、排水

      基坑開挖有人工開挖,液壓挖土機開挖兩種方式,當基坑較深,土方量較大時,有條件的盡量利用機械挖土?;娱_挖的順序、方法必須遵循“開槽支撐,先撐后挖,分層開挖,嚴禁超挖的原則”,直至找到管道爆裂位置后,才能加快基坑挖掘的速度。在不清楚的地下設施狀況的條件下進行緊急搶修開挖,建議采取人工開挖和機械開挖相結合,避免挖傷地下設施和管道。

      降水與排水是配合基坑開挖的安全措施。由于珠三角地下水豐富,當基坑開挖至地下水位以下,使地下水的平衡遭到破壞,地下水會不斷流入基坑;同時,雖然在搶修過程中泵站已經停止了送水,但輸送管內仍存有較大的壓力,管內污水會不斷溢出基坑。因此,基坑開挖的過程中,基坑內應設置排水溝及集水井,及時做好坑內排水工作,以免引起塌方或基坑土槽遭到破壞。

      4.1.3.流砂的形成及防止

      在基坑挖掘過程中要時刻注意挖出土方的種類,尤其注意細砂、粉砂及亞砂土的出現。當出現上述土質時,基坑挖深超過地下水位線0.5米就會發生流砂現象。發生流砂,基坑下的土會呈流動狀態,隨地下水一起涌進坑內,砂土邊挖邊冒,基坑難以開挖到搶修所需深度。當基坑開挖過程中遇到流砂時,可采用以下措施進行:

      4.1.3.1水下挖土法:采用不排水施工,使坑內水壓與地下水壓平衡,從而防止流砂產生。

      4.1.3.2打板樁法:將鋼板樁沿基坑外圍打入坑地下面一定深度,增加地下水從坑外流入坑內的滲流長度,從而減少動水壓力,防止流砂產生。

      4.1.3.3搶挖法:組織分段強挖,使挖土速度超過冒砂速度。挖至所需深度后,立即鋪竹筏、蘆席,并拋大石塊以平衡動水壓力,壓住流砂。此法用以解決局部或輕微的流砂現象是比較有效的。

      4.1.3.4人工降低地下水位:一般采用井點降水方法,在基坑附近開挖一個或多個低于基坑深度的集水井,使基坑四周的地下水向集水井滲流,通過集水井排水,使地下水不致滲流入基坑內。由于動水壓力的方向朝下,因而可以有效地治服流砂現象,達到局部區域降低地下水位的效果。

      4.2 管道修復

      4.2.1管道爆漏分析

      結合大坦沙廠2005年-2008年4月份管道爆漏數據對管道材質和爆漏位置進行分析:

      表 管道爆漏類型統計表

       爆漏類型 爆漏次數 所占百分比
        穿孔     6       46.15%
        接口     6       46.15%
        斷裂     1       7.69%

      可看出,最容易發生爆漏的是鋼管和玻璃鋼夾砂管,主要原因是外單位不規范或野蠻施工造成。其次是由于管道自身或施工質量、地質沉降等原因造成管道爆漏的。

      鋼管發生爆漏的原因基本上都是焊口(接口)破裂,尤其是排泥閥、排氣閥窗口位置和彎頭位置。究其原因有2個:a窗口部分都是單面焊接,在水壓的作用下是屬于管道的薄弱部位 ;b彎頭位置存在角度,水流阻力大且應力集中,容易受到管道基礎沉降的影響。如07年荔灣泵站至廠區輸送鋼管爆漏就是在過江段彎頭和排氣閥支管焊口破裂,就是由于河堤被沖空導致管道基礎下沉的原因所致。管道焊口開裂位置要視乎管道現場的受力方向和位置決定,多數在上部爆裂,也有少數在下部爆漏,極少會出現整個管道接口完全松脫的情況。

      由于玻璃鋼夾砂管是脆性材料, 硬度較低 ,抗沖擊力相對較小, 一旦遭到沖擊就很容易受損, 會出現內襯部分的裂紋, 以致引起爆漏。如07年5#泵站-廠區壓力輸送管被地質勘探機探頭壓穿,破損部位就是局部呈放射性開裂。

      水泥管的爆漏幾率都比較少。水泥管的爆漏一般是承口密封膠圈老化或者管身斷裂。其中管身斷裂與水泥管的質量有關,其次是由于外在施工改造造成水泥管爆裂等,如05年澳口泵站-廠區壓力輸送管爆漏就是由于外單位盲目壓樁施工造成的。

      4.2.2管道爆漏點的處理

      輸送管道開挖后,應馬上對管道的受損位置進行清洗,沿管身四周檢查受損情況,結合現場情況制定修復方案:

      4.2.2.1根據爆漏位置清理出必要的維修作業空間,調整排水設備,控制基坑內水位,確保管道爆漏點不被水浸泡,以便施工作業。

      4.2.2.2根據爆漏位置,關閉爆漏點上下游閥門,利用輸送管的排泥閥、放空閥或爆漏口排水以降低管道內水位。當爆漏發生在管道上部或側壁時,只需將管內水位控制在爆漏點以下,可不完全放空管道;否側,需將管道完全放空。

      4.3 管道修復處理

      污水輸送管道的爆漏多由管道局部開裂引起的,甚少會影響到整節管道,因此很少需要進行換管施工。換管一般只適用于在管爆裂太長,管材不能再用、管道移位脫節及爆管處有其他構筑物無法操作時而采用的修漏方法。管道修復方法多種多樣,要視乎爆漏情況、材質、現場施工條件等因素決定。

      目前,手工電弧焊焊接是鋼管的穿孔、裂紋等引起的爆漏的主要修理方法。如果是普通焊縫脫焊,只需重新修補焊縫即可;若管身銹蝕和管節間錯位嚴重時需進行整段更換處理。管道對接焊縫出現開裂,可適當焊接加強筋搭接加固。當鋼管爆漏位置受到其他地下設施或建筑物限制,無法在管外挖出作業空間時,可采取在管身開天窗的辦法,進入管內焊接作業。管內施工期間,必須做好管內通風、降溫和防觸電措施,同時安排專人進行監護,確保施工安全。管道焊接過程中,為保證焊縫的質量和施工的安全,必須安排有資質的焊工施焊。

      玻璃鋼夾砂管的爆漏多由管身局部破裂引起的。一般玻璃鋼夾砂管的破裂維修,可進行包纏粘補修復,無需進行換管處理。但由于涉及到技術專利, 一般由玻璃鋼夾砂管廠家委派專業技術人員在現場制作,一般的管道維修單位無法進行修復。修復前,需將管身裂口殘體進行切除、平整,并將裂口四周打磨光滑,然后用樹脂、干固劑、玻璃布、玻璃氈、連續玻璃纖維等材料對裂口進行逐層包纏修復;待前一層包纏層干涸到一定強度后,才能進行后層包纏,直至恢復原壁厚承壓范圍。爆裂口修復后一般需要經過4-6小時的干涸期才能達到原管材的強度(如遇雨天作業,干涸期要適當延長),因此不能提前強行進行通水試壓。修復過程中,必須在干燥的環境下作業,在雨水天氣下作業需做要防雨、排水措施。由于玻璃鋼夾砂管修復施工只能采取人工作業,施工時間較長,過程較為繁瑣,因此修補質量難以控制。

      對于鋼筋混凝土管直段及接頭爆漏的搶修,常用鋼制套管(管箍)包裹管道爆漏口,再采用快凝水泥封口的辦法,這樣既減少停水時間,又可提高管道的安全性。鋼制套管一般自行加工。套管的內徑確定主要是以被套管的外徑尺寸為標準,加上套管與被套管之間的填料空間,然后確定套管內徑尺寸。鋼筋混泥土管因型號不同,其內壁厚度不同,導致外徑也不同,故不能以輸送管的公稱直徑來確定套管尺寸,所以在加工套管前必須要查清所套管道的外徑。加工套管時,應先加工好整件,合格后再破為兩半,并點焊成整件。管道修復過程如下:

      4.3.1 包裹管道爆漏口,將套管安裝并焊接好;

      4.3.2找準位置后,用麻筋將套管兩邊塞緊(俗稱打麻筋)。將兩邊麻筋打緊至水不能從兩管的間隙漏出(有水漏就不能打水泥封口)。

      4.3.3麻筋打好后在外面加填料封堵。填料一般使用快凝水泥,開料后必須在10分鐘內用完。填料打好后注意養護,兩個半小時左右后就基本可以恢復通水。

      4.4 水壓試驗

      輸送管道修復后,必須通過水壓試驗來檢驗爆漏口的修復質量。為了水壓試驗1次通過,我們總結了以下5點經驗:

      4.4.1試壓時,原則上不帶閥門進行試驗。進行試壓前將待試管道中所有閥門全開,并將閥門的止水螺栓上緊。

      4.4.2對于管道基礎開挖范圍較大時,管道應以一定間隔覆土,尤其是蛇行管道,壓力試驗時應將管道固定在原位,避免在水壓試驗過程中承插脫離。

      4.4.3盡可能排除管道內的空氣,減少管道內空氣對修復口的影響。利用終點泵站的單臺提升泵對管道進行充水,直至管道灌滿,迫使管道內空氣完全排空。當輸送管進廠流量計數值顯示穩定后,可以穩步提高輸送管的壓力,加壓過程切忌猛然快速升壓。

      4.4.4將管道壓力提高至工作壓力并保持,觀察修補部位是否滲漏。修復后的爆漏口如不出現滲漏,管道就可以恢復正常通水。

      4.4.5在試驗壓力下,緩慢打開排氣閥,觀察是否有殘余空氣排出,若水是連續、不間斷的噴出,則表明管道內的氣體已經完全排清,可關閉排水閥。

      4.5 基坑的回填處理

      修復口通水試壓成功后,需對基坑進行及時回填,避免管道通水后出現位移。為了保證填土在強度和穩定性,必須正確選擇土的種類和填筑方法。大多數粗粒土可用作管道基礎材料和管區回填材料, 在離管道150mm 以內, 不得有直徑大于25mm 的巖石或堅硬土塊。管區(規范將墊層面至管頂上300mm 以內稱為管區, 其上為非管區。管區下部70 %管高部分為主管區, 上部30 %管高為次管區) 回填料必須與管溝的自然土壤相協調, 以防止管溝中的自然土與回填材料相互遷移。

      溝槽回填之前應排除溝槽的積水。先將管道兩側拱腋下均勻回填, 然后在管道兩側同時分層夯實, 夯實密實度至少為90 %以上, 以對管身形成完全支持。主管區回填每層厚度200mm , 密實度大于90 %; 次管區用較干的松土、石粉回填, 不能重夯, 只能輕夯, 密實度大于80 %。在此以上的回填土夯實程度根據情況而定。管道回填應注意事項:

      4.5.1在管溝回填過程中, 應保護管道免受下落石塊的沖擊、壓實設備的直接碰撞和其它潛在的破壞。

      4.5.2在管頂覆土300~500mm 以上時, 才允許直接使用滾壓設備或重夯。

      4.5.3管溝回填應在左右對稱的情況下進行管道回填, 不對稱的回填, 會容易導致管道偏移。

      5.關于管道爆漏預防的建議

      5.1 加強新建管網質量的嚴格監控,從設計、選材、施工質量、資料管理等每個環節把關。修漏是治標,防漏才是治本。工作應從治本抓起。

      5.2不斷完善預防性措施。根據大坦沙廠輸送管道漏損控制經驗,預防性措置主要包括:

      5.2.1 定期對管網進行巡查檢漏,做好管網的日常養護和維修工作。

      5.2.2 做好管網的標識和工地的監護工作。當管道途徑路段有重大工程施工,及時將輸送管網情況告知施工單位,消除管道安全隱患。同時根據管網的布局,在工程竣工后進行一次全面性的漏水普查,以便及早發現問題。

      5.2.3 定期對泵站抽水量和廠區進水量進行核對排查,及早發現管道爆漏的早期現象。

      5.3 建立完善的管道爆漏應急預案,明確各級管理協調職責,確保的應急管理的長效機制,提高應對突發事件的快速反應能力。
       
      5.4 建立專業的管網隊伍。組織相關技術人員苦練基本工,不但要熟悉圖檔,更要熟悉管網現場的控制閥門的確切位置和作用,做到不論白天或黑夜,無論道路是否積水,在突發爆管需要操作閥門時,立即能找到。

      5.5加強管網資料的收集、整理和建檔。如果要準確判斷管網爆漏原因和情況,前提條件是熟悉管網狀況。要熟悉管網狀況,首先就要有詳盡的資料。所以要搞好管網管理,必須要先完善資料管理。對于資料不全,走向不明確的管網,有必要對管線資料進行收集、繪制;管網走向不明確的,可用探管器探測,重新繪制。

      參考文獻
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      4. 顧紀清、陽代軍. 管道焊接技術. 北京:化學工業出版社.2005.6
      5. 薛元德. 埋地增強熟料夾砂管的設計和應用中的若干基本問題. 特種結構.1997,14(2).來源:谷騰水網


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