朱永涛，杨 蒙，张志华，霍志久

（河北省水利科学研究院，石家庄 050051）

水工材料

大口径HDPE输水管道在南水北调工程中的应用

朱永涛，杨 蒙，张志华，霍志久

（河北省水利科学研究院，石家庄 050051）

HDPE管道具有重量轻、耐腐蚀、施工便捷、输水能力高、安全可靠等优良性能，被广泛应用于给排水工程中。结合河北省南水北调工程，介绍了大口径HDPE管道的设计和施工要点，为今后类似工程提供了技术支撑和范例。

大口径；长距离；HDPE；输水管道；施工；应用

1 工程概况

邢清干渠是河北省南水北调配套工程中全面开工建设的第2条大型输水干渠，全长168.758km，承担向邢台市11个县市的输水任务。干渠采用重力自流输水模式，管道选用预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、高密度聚乙烯管（HDPE）。南宫干线作为邢清干渠的重要组成部分，线路全长44km，采用DN1200、DN1400 2种超大口径HDPE输水管道，输水流量0.85～1.1m3/s，设计内压0.6MPa，是我国目前超大口径HDPE输水管道中最长的。

2 HDPE管道

2.1 HDPE管材

高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称HDPE）是一种由乙烯共聚生成的热塑性烯烃，具有结晶度高、非极性等特点。

HDPE管道是采用先进的生产工艺和技术，通过热挤塑成型，具有耐腐蚀、流动阻力小、重量轻、拥有较高的刚性和韧性等特点，具有传统管材无法比拟的优势，代表了未来新型管材的发展方向。

2.2 管材优点

2.2.1 输水能力高

HDPE管道通过能力高，其内壁曼宁系数0.009，且管内不易结垢、长苔，因此比同口径大的其他传统管材具备更高的输送能力。

2.2.2 储存运输方便

HDPE管属于柔性管材，具有良好的抗冲击性能，且脆化温度低，一般条件下施工不必采取特殊保护措施。HDPE管道的低重量，使其便于运输与储存，对人力和设备的需求较小。

2.2.3 管道施工方便

HDPE管道重量轻、柔性好，可以预制较长管线，管线预制可与管道开挖同时进行，节省工期，且HDPE管道具有多种施工技术，可以采用例如顶管、定向钻等非开挖方式，不受季节、气温影响，对施工条件适应力更强。

2.2.4 防腐性能优异

HDPE分子没有极性，所以化学稳定性好，施工时不需进行表面防腐处理，一般土壤中的化学物质难以对管道造成降解作用，正常使用年限在50a以上。

3 HDPE管道设计施工要点

3.1 管道选择

南宫干线试验段是国内首次对大口径HDPE输水管道的长距离应用，其中在桩号N0+000～N31+700段采用单排DN1400 HDPE管道，在桩号N31+700～N43+931段采用单排DN1200 HDPE管，选用的管材如表1。

表1 南宫干线管材、管径分布 单位：mm

3.2 结构计算

采用的HDPE管道结构计算如表2。

表2 HDPE管结构计算成果 单位：N/mm2

3.3 基槽开挖横断面布置

根据GB50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》和DB13/T 2162—2014《大口径聚乙烯（PE）给水管道工程技术规程》，HDPE管底应铺设压实系数不小于0.90的150mm厚中粗砂垫层，管底180°范围内回填压实系数不小于0.95的中粗砂，管底180°范围到管顶范围内采用压实系数不小于0.95的原土回填，管顶至地面以下0.5m范围内采用压实系数不低于0.90的原土回填，表层虚铺耕作土，并预留沉降高度。对于穿路地段，按路基设计有关规范进行回填，管道铺设标准横断面如图1。

图1 HDPE管道铺设标准横断面

经对中粗砂垫层回填方案和全部原状土回填两种方案进行分析研究，工程选用了原状土进行回填。其中，管顶以下压实系数不小于0.95，管顶至地面以下0.5m范围内压实系数不小于0.90。管道铺设标准横断面如图2。

图2 HDPE管道原状土回填横断面

3.4 管道熔接

管道熔接主要采用热熔焊接工艺，焊接过程中应注意事项：

（1）热熔加热面结构应符合焊接工艺要求，加热面温度分布应均匀并对温度控制要精确 （加热板表面温度204℃～232℃）。热熔连接前、后应使用洁净的酒精（浓度须达95%以上）棉布清理加热面。

（2）设置熔接压力（80MPa）、加热时间（DN1400为589s，DN1200为505s）、加热温度和施加的压力（熔接界面压力值0.414～0.621MPa）及保压、冷却时间（DN1400为64min，DN1200为54min）。 作业期间应固定连接件且不能在连接件上施加外力。

（3）连接件加热完毕后，应迅速脱离加热工具并检查加热面融化的均匀性和是否有损伤。然后采用均匀力使连接面对接并翻边形成均匀一致的凸缘，对凸缘的高、宽度是否符合有关规定进行检测。

（4）熔接时使用管道支架，使焊接中的拖动压力降到最低。

4 打压试验

4.1 试验布置

对桩号N4+456～N4+756全长300m段中的各种阀件、钢塑转化接头、弯头、管道三通、管道热熔、管道电熔等部分进行水压试验。

供应链管理就是通过整合供应商、生产商、销售商等各供应链上的众多环节当中，减少供应链的成本，促使物流和交易信息的交换，以达到在正确的时间及正确的地点，生产以及配送适当的正确商品，提高企业的总体效益。

试压前应进行不小于12h的充水浸泡，浸泡时对未回填的外露连接点 （包括管道与管道附件连接部位）进行检查，如有渗漏应进行处理。

4.2 试验准备

管道试压采用管道试压泵、0～1.6MPa压力表（最小刻度0.04MPa）、DN1400管端打压封头、DN20流量表、离心泵，打压装置如图3。

图3 打压装置连接示意图

4.3 试验步骤

管道水压试验分预试验与主试验2个阶段。

4.3.1 预试验阶段

（1）将试验管段内的压力降至与外界相等后隔断空气60min。

（2）使用增压泵向试压管段注入净水，使管道压力缓慢升至试验压力并稳压30min，期间可注水补压，但管道压力不得高于试验压力。对管道接口、配件等进行渗漏检查，有渗漏应中止试压，待查明原因并采取相应措施后重新试压。

（3）停止补压并稳压60min，若管道压力不低于试验压力的70%，则预试验结束，否则重新补压并稳定60min后观测，直至管道压力不低于试验压力的70%。

4.3.2 主试验阶段

预试验阶段结束后，迅速对管道经行泄水降压处理，降压量为试验压力的10%～15%（降至0.68～0.72MPa），期间所泄出的水量，设为△V。允许泄出的最大水量△Vmax为：

式中 V为试压管总容积（L）；△P为降压量（MPa）；Ew为水的体积模量；Ep为管材弹性模量（MPa），与水温及试压时间有关；di为管材内径（m）；en为管材公称壁厚（m）。

根据公式计算，打压段允许最大泄水量1.35m3。若△V大于△Vmax（1.35m3），应停止试压，泄压后排除管内过量空气，再从预试验阶段第2步开始重新试验；若△V不大于△Vmax（1.35m3）时，则进行以下步骤试验：①每3min记录1次管道压力，持续30min。在此期间管道压力有持续上升趋势，则水压试验结果合格。②如30min内无上升趋势，再持续观察60min。若90min内压力下降不超过0.02MPa，则水压试验结果合格。③若以上两条均不能满足，说明水压试验结果不合格，则应查明原因并采取相应措施后重新组织试压。

4.4 试验结果

南宫干线N4+456～N4+756段DN1400 HDPE管道打压试验，预实验阶段：30min注水补压、稳压期内压力保持稳定，稳压30min后管道接口及管件处无漏水、损坏现象，稳压60min后压力下降值为0.02MPa（允许下降值为0.08～0.12MPa）；主试验阶段：泄水降压出水量0.8m3（最大允许出水量1.35m3），30min稳压期内压力呈上升趋势。水压试验结果表明：管道的接口及无漏水、损坏现象，压力保持稳定，管道强度、严密性符合规范要求。主试验阶段管道压力记录结果如表3。

表3 主试验阶段管道压力记录结果

5 结语

大口径HDPE输水管道在河北省南水北调配套工程南宫试验段的长距离应用，很大程度上缩短了施工工期，保证了工程质量，提高了输水率，并为以后的水利工程输水管道提供了更多选择，为国内外供水工程树立了一个新的典范。

［1］DB 13/T 2162—2014，大口径聚乙烯（PE）给水管道工程技术规程［S］.

［2］马立，于海滨.大型HDPE管道在哈尔滨市沿江生活污水截流工程中的应用［A］.中国水协设备材料委非金属管材选型与应用技术交流研讨会论文集［C］.2008：332-335.

［3］曾焕丽.宽扎河引水工程HDPE管道设计施工技术［J］.山西建筑，2007，20：196-197.

［4］黄树其.HDPE管管道铺设质量控制［J］.施工技术，2011（S2）：301-303.

［5］钱恒河.HDPE管材的开发现状及其应用前景［J］.现代塑料加工应用，2002（3）：36-41.

［6］侯景林.市政排水工程中HDPE管的应用探讨［J］.企业技术开发，2014（23）：56-57.

［7］温晓莹.高碑店再生水补水工程中大口径PE管材施工质量控制［J］.给水排水，2006（16）：86-88.

Application of ultra-large diameter long-distance HDPE pipes in the South-North water diversion project

ZHU Yong-tao,YANG Meng,ZHANG Zhi-hua,HUO Zhi-jiu
（Hebei Provincial Academy of Water Resources,Shijiazhuang 050051，China）

HDPE pipeline with a light weight,corrosion resistance,convenient construction,water delivery capacity,safe and reliable performance,it is widely used in water supply and drainage engineering.Through a combination of Hebei Province South North Water Diversion Project introducing the large diameter HDPE pipe in long distance water transfer project engineering design and construction key points,for future similar engineering provides theory and technology support.

large diameter;long-distance;HDPE；water pipe;application of pipe;construction;application

TU991

B

1672-9900（2015）06-0053-04

2015-09-22

朱永涛（1974-），男（汉族），河北雄县人，教授级高级工程师，主要从事水利工程试验研究与工程检测，（Tel）18633463024。