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污水输送管网爆漏原因及修复维护方法

2013-12-17 中国环保技术网 我要评论(0) 字号:T | T
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本文通过总结广州市大坦沙污水处理厂厂外污水输送管道多次爆漏和抢修维护的经验,分析了污水输送管网爆漏的成因和爆漏现象的特点

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本文通过总结广州市大坦沙污水处理厂厂外污水输送管道多次爆漏和抢修维护的经验,分析了污水输送管网爆漏的成因和爆漏现象的特点并对各种管材的污水管爆漏的常见抢修方法和具体施工操作进行了详细的介绍。

1.概述

近年来,随着广州经济的发展,城市建设的规模越来越大,城市建设快速向市郊、农村延伸,各种建筑工地在昔日已埋设污水输送管网的农田耕地、果林郊野上的建筑工地遍地开花。管道老化、污水管网和相关设施被占压、野蛮施工以及其他各种原因,导致近年来大口径污水输送管网爆裂事故频频发生,如何防止和快速处理污水输送管网爆漏问题,已成为各污水厂共同面临的问题。

2.输送管网爆漏现状数据及原因分析

2.1.污水输送管网现况概述

广州市大坦沙污水处理厂(下简称为大坦沙厂),是广州市第一家大型城市污水处理厂,设计日处理污水量达55万吨/日,纳污面积达10436公顷,服务人口超过150万。截至07年12月,大坦沙厂已铺设的污水管网超过95公里,其中压力输送管为15.97公里。厂外共有13座污水提升泵站,其中荔湾泵站、澳口泵站和5#泵站为最终提升泵站,通过压力输送管将纳污管收集的污水输送至厂区进行生物处理。近年,大坦沙厂每年都发生污水压力输送管爆漏问题,严重影响到该厂的正常运行和纳污地区居民的正常生活。

2.2.爆漏原因分析

结合大坦沙厂近年爆漏数据的统计,造成污水输送管网爆漏的原因可归纳为以下几方面:

2.2.1.不规范或野蛮施工等人为因素造成爆漏。由于近年城市建设快速向市郊发展,管线范围内新建大量建筑物,许多建设、施工单位存在不规范或野蛮施工,在未对地下管网进行有效勘察了解的前提下盲目施工,导致挖爆、压穿输送管的事件屡次发生。从上述统计可知,不规范或野蛮施工是造成污水输送管爆漏的主要原因。

2.2.2.管道埋设环境造成爆漏。有的管道铺设年代较早,规划不到位,管道埋深不够,加上现在的交通负载增大或建筑物骑压,导致地面发生沉降,使管道受力不均匀而发生爆漏。同时,早期铺设的管网多铺设在耕地、果园、鱼塘基等基础承载能力较差的区域,由于农业灌溉、雨水渗漏等原因,使地质沉降引起管道不均匀下沉,在压力波动作用下引起的管道振动也会使管道发生破裂。

2.2.3.管道接口影响。从漏点开挖现场发现,管道接口爆管主要发生在焊接的钢管接口和承插式管道的刚性接口上。钢管绝大多数都是现场对焊施工,在焊完后只能人工对焊缝进行防腐甚至没作防腐,质量不易控制,焊缝部位容易出现锈蚀,导致焊接口锈蚀脱落、破裂以及管体腐蚀穿孔而爆漏。

3.发现爆漏的途径和确认爆漏点的方法

3.1.发现爆漏的途径

3.1.1道路湿润

污水压力输送管道途径的范围内,如果出现在没有下雨、也没有洒水,可路面却特别潮湿或地面结构层潮湿等情况,都会存在管网爆漏的可能性,这种情况是管道爆漏普遍存在的特征。

这种情况的爆漏,表面上似乎还没有什么大的危害,但已经可造成结构层下面有水的积存,长时间的漏水将造成结构层下形成空洞,使道路处于随时可能沉陷的状况或影响爆漏点周边建筑物结构安全,从而造成不良的社会影响及财产损失。

3.1.2.有水从地面冒出或路面沉降

地面若发现有污水(水流也可能很清澈)从路面或建筑物的空隙中持续流出,水流会出现周期大小变化,出现管道爆漏的机会就很大了。从大坦沙厂近年管道爆漏的现场发现,这是管道爆漏的明显特征。

地下输送管道若出现爆漏,周围的土沙便会大量被冲走,土沙由于水的压挤而坚固,地下出现空隙,特别是农村、市郊重新铺设的土沙、石屑道路,更容易发生这种现象。即便道路的下面出现空隙,爆漏最初阶段仅凭道路的沥青、混凝土自身的强度,在某种程度上尚可支承。随着水流带走泥沙的增多,由于道路自身的重量、车辆的通行开始陷沉。如果发生此现象,首先要考虑管道是否爆漏,并尽早采取措施,以免出现不必要的损失。

3.1.3.厂区与泵站污水流量和水压的变化

各污水厂为了确保稳定的生产工艺和处理效果,都会按照各厂的瞬时处理能力对厂外终点提升泵站的供水进行调整。为此,一般都会在泵站出水管和厂区总进水管装设流量计和压力表,以控制进入厂区的污水量和压力。当值班人员发现终点泵站和厂区瞬时流量和压力出现差异时,应立即对送水量和压力测定进行分析比较,并检查相应的输送管道,找出原因。通过终点泵站与厂区进水管流量和压力的比较,可发现早期的爆漏问题。

3.2.确认爆漏点的方法

当污水输送管出现上述现象,可以对怀疑出现问题的管道进行加压试验,以找出具体的爆漏点。去现场检漏前,必须清楚地了解待查管线的实际走向、材质、管径、水压及使用年限。较为简捷的试验方法为:

3.2.1.关闭相关连通阀门,将疑似问题的管道与其他输送管隔离开;

3.2.2.减少(或关闭)终点泵站进入厂区输送管控制阀门的开度,由终点泵站对输送道进行短时加压,通过观察可疑爆漏点的涌水现象,找出管道的具体爆漏点。

加压过程中,建议使用流量较少、扬程较低的提升泵进行,严格控制管道压力,不得超过管道的设计耐压值,防止管道压力急剧上升,加剧管道的爆裂。如果管道真正存在爆漏,通过上述的加压试验,一般可直接找到爆漏点。对于部分埋设较深的管道爆漏点,由于覆土或建筑物的阻挡,加压后,爆漏现象可能不会太明显,此时应视现场情况增大管道的试验压力。对于加压试验后,仍未找出具体的爆漏点(肉眼观察不到的暗漏),则应通过专业检漏设备对管道进行检测。

4.管道修复

确认管道存在爆漏后,就要马上组织修复管道。根据大坦沙厂经历的多次污水输送管道的抢修经验,可将管道修复施工分为以下4个阶段:

4.1.开挖作业基坑

基于缩短抢修而造成停产的时间,将负面影响控制在最低限度,污水输送管道爆漏抢修普遍采用开挖修复技术。当确认具体管道的爆漏点后,就要对爆漏位置进行挖掘,挖出必要的作业基坑,检查管道的实际爆漏情况,确定最终的修复方案,为后续管道的修复施工创造条件。基坑开挖的同时,应根据管道的材质和施工需要,提前备好充足的抢修物资和架设好临时施工电源。

4.1.1.地下设施调查、保护

管道基坑开挖前,应向各方管线单位了解清楚地下管线的情况,方可进行相应的保护和迁移措施,以保证开挖工作持续进行。管道基坑开挖时,应根据地质土层情况和管道埋深及时采用支撑,以免造成滑坡、塌方。在建筑物、构筑物基础和地下设施附近开挖时应做好防止其下沉和变形的措施后,才能进行开挖。

4.1.2.基坑开挖与降、排水

基坑开挖有人工开挖,液压挖土机开挖两种方式,当基坑较深,土方量较大时,有条件的尽量利用机械挖土。基坑开挖的顺序、方法必须遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖的原则”,直至找到管道爆裂位置后,才能加快基坑挖掘的速度。在不清楚的地下设施状况的条件下进行紧急抢修开挖,建议采取人工开挖和机械开挖相结合,避免挖伤地下设施和管道。

降水与排水是配合基坑开挖的安全措施。由于珠三角地下水丰富,当基坑开挖至地下水位以下,使地下水的平衡遭到破坏,地下水会不断流入基坑;同时,虽然在抢修过程中泵站已经停止了送水,但输送管内仍存有较大的压力,管内污水会不断溢出基坑。因此,基坑开挖的过程中,基坑内应设置排水沟及集水井,及时做好坑内排水工作,以免引起塌方或基坑土槽遭到破坏。

4.1.3.流砂的形成及防止

在基坑挖掘过程中要时刻注意挖出土方的种类,尤其注意细砂、粉砂及亚砂土的出现。当出现上述土质时,基坑挖深超过地下水位线0.5米就会发生流砂现象。发生流砂,基坑下的土会呈流动状态,随地下水一起涌进坑内,砂土边挖边冒,基坑难以开挖到抢修所需深度。当基坑开挖过程中遇到流砂时,可采用以下措施进行:

4.1.3.1水下挖土法:采用不排水施工,使坑内水压与地下水压平衡,从而防止流砂产生。

4.1.3.2打板桩法:将钢板桩沿基坑外围打入坑地下面一定深度,增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度,从而减少动水压力,防止流砂产生。

4.1.3.3抢挖法:组织分段强挖,使挖土速度超过冒砂速度。挖至所需深度后,立即铺竹筏、芦席,并抛大石块以平衡动水压力,压住流砂。此法用以解决局部或轻微的流砂现象是比较有效的。

4.1.3.4人工降低地下水位:一般采用井点降水方法,在基坑附近开挖一个或多个低于基坑深度的集水井,使基坑四周的地下水向集水井渗流,通过集水井排水,使地下水不致渗流入基坑内。由于动水压力的方向朝下,因而可以有效地治服流砂现象,达到局部区域降低地下水位的效果。

4.2 管道修复

4.2.1管道爆漏分析

结合大坦沙厂2005年-2008年4月份管道爆漏数据对管道材质和爆漏位置进行分析:

表 管道爆漏类型统计表

?爆漏类型 爆漏次数 所占百分比
? 穿孔???? 6?????? 46.15%
? 接口???? 6?????? 46.15%
? 断裂???? 1?????? 7.69%

可看出,最容易发生爆漏的是钢管和玻璃钢夹砂管,主要原因是外单位不规范或野蛮施工造成。其次是由于管道自身或施工质量、地质沉降等原因造成管道爆漏的。

钢管发生爆漏的原因基本上都是焊口(接口)破裂,尤其是排泥阀、排气阀窗口位置和弯头位置。究其原因有2个:a窗口部分都是单面焊接,在水压的作用下是属于管道的薄弱部位 ;b弯头位置存在角度,水流阻力大且应力集中,容易受到管道基础沉降的影响。如07年荔湾泵站至厂区输送钢管爆漏就是在过江段弯头和排气阀支管焊口破裂,就是由于河堤被冲空导致管道基础下沉的原因所致。管道焊口开裂位置要视乎管道现场的受力方向和位置决定,多数在上部爆裂,也有少数在下部爆漏,极少会出现整个管道接口完全松脱的情况。

由于玻璃钢夹砂管是脆性材料, 硬度较低 ,抗冲击力相对较小, 一旦遭到冲击就很容易受损, 会出现内衬部分的裂纹, 以致引起爆漏。如07年5#泵站-厂区压力输送管被地质勘探机探头压穿,破损部位就是局部呈放射性开裂。

水泥管的爆漏几率都比较少。水泥管的爆漏一般是承口密封胶圈老化或者管身断裂。其中管身断裂与水泥管的质量有关,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-厂区压力输送管爆漏就是由于外单位盲目压桩施工造成的。

4.2.2管道爆漏点的处理

输送管道开挖后,应马上对管道的受损位置进行清洗,沿管身四周检查受损情况,结合现场情况制定修复方案:

4.2.2.1根据爆漏位置清理出必要的维修作业空间,调整排水设备,控制基坑内水位,确保管道爆漏点不被水浸泡,以便施工作业。

4.2.2.2根据爆漏位置,关闭爆漏点上下游阀门,利用输送管的排泥阀、放空阀或爆漏口排水以降低管道内水位。当爆漏发生在管道上部或侧壁时,只需将管内水位控制在爆漏点以下,可不完全放空管道;否侧,需将管道完全放空。

4.3 管道修复处理

污水输送管道的爆漏多由管道局部开裂引起的,甚少会影响到整节管道,因此很少需要进行换管施工。换管一般只适用于在管爆裂太长,管材不能再用、管道移位脱节及爆管处有其他构筑物无法操作时而采用的修漏方法。管道修复方法多种多样,要视乎爆漏情况、材质、现场施工条件等因素决定。

目前,手工电弧焊焊接是钢管的穿孔、裂纹等引起的爆漏的主要修理方法。如果是普通焊缝脱焊,只需重新修补焊缝即可;若管身锈蚀和管节间错位严重时需进行整段更换处理。管道对接焊缝出现开裂,可适当焊接加强筋搭接加固。当钢管爆漏位置受到其他地下设施或建筑物限制,无法在管外挖出作业空间时,可采取在管身开天窗的办法,进入管内焊接作业。管内施工期间,必须做好管内通风、降温和防触电措施,同时安排专人进行监护,确保施工安全。管道焊接过程中,为保证焊缝的质量和施工的安全,必须安排有资质的焊工施焊。

玻璃钢夹砂管的爆漏多由管身局部破裂引起的。一般玻璃钢夹砂管的破裂维修,可进行包缠粘补修复,无需进行换管处理。但由于涉及到技术专利, 一般由玻璃钢夹砂管厂家委派专业技术人员在现场制作,一般的管道维修单位无法进行修复。修复前,需将管身裂口残体进行切除、平整,并将裂口四周打磨光滑,然后用树脂、干固剂、玻璃布、玻璃毡、连续玻璃纤维等材料对裂口进行逐层包缠修复;待前一层包缠层干涸到一定强度后,才能进行后层包缠,直至恢复原壁厚承压范围。爆裂口修复后一般需要经过4-6小时的干涸期才能达到原管材的强度(如遇雨天作业,干涸期要适当延长),因此不能提前强行进行通水试压。修复过程中,必须在干燥的环境下作业,在雨水天气下作业需做要防雨、排水措施。由于玻璃钢夹砂管修复施工只能采取人工作业,施工时间较长,过程较为繁琐,因此修补质量难以控制。

对于钢筋混凝土管直段及接头爆漏的抢修,常用钢制套管(管箍)包裹管道爆漏口,再采用快凝水泥封口的办法,这样既减少停水时间,又可提高管道的安全性。钢制套管一般自行加工。套管的内径确定主要是以被套管的外径尺寸为标准,加上套管与被套管之间的填料空间,然后确定套管内径尺寸。钢筋混泥土管因型号不同,其内壁厚度不同,导致外径也不同,故不能以输送管的公称直径来确定套管尺寸,所以在加工套管前必须要查清所套管道的外径。加工套管时,应先加工好整件,合格后再破为两半,并点焊成整件。管道修复过程如下:

4.3.1 包裹管道爆漏口,将套管安装并焊接好;

4.3.2找准位置后,用麻筋将套管两边塞紧(俗称打麻筋)。将两边麻筋打紧至水不能从两管的间隙漏出(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,开料后必须在10分钟内用完。填料打好后注意养护,两个半小时左右后就基本可以恢复通水。

4.4 水压试验

输送管道修复后,必须通过水压试验来检验爆漏口的修复质量。为了水压试验1次通过,我们总结了以下5点经验:

4.4.1试压时,原则上不带阀门进行试验。进行试压前将待试管道中所有阀门全开,并将阀门的止水螺栓上紧。

4.4.2对于管道基础开挖范围较大时,管道应以一定间隔覆土,尤其是蛇行管道,压力试验时应将管道固定在原位,避免在水压试验过程中承插脱离。

4.4.3尽可能排除管道内的空气,减少管道内空气对修复口的影响。利用终点泵站的单台提升泵对管道进行充水,直至管道灌满,迫使管道内空气完全排空。当输送管进厂流量计数值显示稳定后,可以稳步提高输送管的压力,加压过程切忌猛然快速升压。

4.4.4将管道压力提高至工作压力并保持,观察修补部位是否渗漏。修复后的爆漏口如不出现渗漏,管道就可以恢复正常通水。

4.4.5在试验压力下,缓慢打开排气阀,观察是否有残余空气排出,若水是连续、不间断的喷出,则表明管道内的气体已经完全排清,可关闭排水阀。

4.5 基坑的回填处理

修复口通水试压成功后,需对基坑进行及时回填,避免管道通水后出现位移。为了保证填土在强度和稳定性,必须正确选择土的种类和填筑方法。大多数粗粒土可用作管道基础材料和管区回填材料, 在离管道150mm 以内, 不得有直径大于25mm 的岩石或坚硬土块。管区(规范将垫层面至管顶上300mm 以内称为管区, 其上为非管区。管区下部70 %管高部分为主管区, 上部30 %管高为次管区) 回填料必须与管沟的自然土壤相协调, 以防止管沟中的自然土与回填材料相互迁移。

沟槽回填之前应排除沟槽的积水。先将管道两侧拱腋下均匀回填, 然后在管道两侧同时分层夯实, 夯实密实度至少为90 %以上, 以对管身形成完全支持。主管区回填每层厚度200mm , 密实度大于90 %; 次管区用较干的松土、石粉回填, 不能重夯, 只能轻夯, 密实度大于80 %。在此以上的回填土夯实程度根据情况而定。管道回填应注意事项:

4.5.1在管沟回填过程中, 应保护管道免受下落石块的冲击、压实设备的直接碰撞和其它潜在的破坏。

4.5.2在管顶覆土300~500mm 以上时, 才允许直接使用滚压设备或重夯。

4.5.3管沟回填应在左右对称的情况下进行管道回填, 不对称的回填, 会容易导致管道偏移。

5.关于管道爆漏预防的建议

5.1 加强新建管网质量的严格监控,从设计、选材、施工质量、资料管理等每个环节把关。修漏是治标,防漏才是治本。工作应从治本抓起。

5.2不断完善预防性措施。根据大坦沙厂输送管道漏损控制经验,预防性措置主要包括:

5.2.1 定期对管网进行巡查检漏,做好管网的日常养护和维修工作。

5.2.2 做好管网的标识和工地的监护工作。当管道途径路段有重大工程施工,及时将输送管网情况告知施工单位,消除管道安全隐患。同时根据管网的布局,在工程竣工后进行一次全面性的漏水普查,以便及早发现问题。

5.2.3 定期对泵站抽水量和厂区进水量进行核对排查,及早发现管道爆漏的早期现象。

5.3 建立完善的管道爆漏应急预案,明确各级管理协调职责,确保的应急管理的长效机制,提高应对突发事件的快速反应能力。
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5.4 建立专业的管网队伍。组织相关技术人员苦练基本工,不但要熟悉图档,更要熟悉管网现场的控制阀门的确切位置和作用,做到不论白天或黑夜,无论道路是否积水,在突发爆管需要操作阀门时,立即能找到。

5.5加强管网资料的收集、整理和建档。如果要准确判断管网爆漏原因和情况,前提条件是熟悉管网状况。要熟悉管网状况,首先就要有详尽的资料。所以要搞好管网管理,必须要先完善资料管理。对于资料不全,走向不明确的管网,有必要对管线资料进行收集、绘制;管网走向不明确的,可用探管器探测,重新绘制。

参考文献
1. 朱亮、陈饶. 工业管道工程预算知识答问. 北京:机械工业出版社.2006.4.
2. 常大年. 管道安装施工技术. 北京:化学工业出版社.2007.7
3. 肖杰. 地基与基础工程施工. 北京:机械工业出版社.2006.7
4. 顾纪清、阳代军. 管道焊接技术. 北京:化学工业出版社.2005.6
5. 薛元德. 埋地增强熟料夹砂管的设计和应用中的若干基本问题. 特种结构.1997,14(2).来源:谷腾水网


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