严寒荒漠地带大口径RPM管道的应用

木拉提·斯依提汗

（新疆额河流域开发工程建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000）

1 概况

RPM管道也称玻璃钢夹砂管道,是采用高模量增强纤维和合成树脂及高质量的石英砂组合的一种复合材料管。它以寿命长、抗侵蚀性能高、适应地基变形能力好、便于运输和安装等优点,在我国的工农业用水及城市用水工程中越来越广泛使用。北疆供水工程倒虹吸采用RPM管道,其管线部分总长度达5.32 km,管道直径为3.1 m,压力等级0.46 MPa,属于长距离大型倒虹吸。工程位于远离城镇、人烟稀少的荒漠腹地，管线采用双沟双线地埋式布置。双管设计流量30.5 m3/s,加大流量35 m3/s。最大工作静水压力水头为46 m，最大水头损失为4.328 m。该工程于2006年正式投入运行,5年来工程运行状况良好。在严寒地区，地层为中强膨胀岩中，沿线RPM管道的径向和轴向变形及承插接头变形均在允许范围之内。

2 管材选用

2.1 工程特点

1）单管过水流量大（17.5 m3/s），工作压力相对较低（最大为0.46 MPa），相应管径较大；

2）管线通过的地层大量分部为中强膨胀泥岩，有引起管基变形的特点；

3）在管线局部地段存在具有一定的腐蚀性的地下水并分布；

4）所在地属于严寒地区,昼夜、年度温差大。

2.2 管材比选

倒虹吸工程在管道的选材方面应遵循总造价最低、维护修理简便经济、对地质和地基的适应性相对较强、能满足抗土壤腐蚀性、适应温差变幅等原则。

由此，该工程在管材比选中，根据工程特点、倒虹吸水利计算结果和选材所遵循的原则，首先对目前多用的钢管、PCCP管及RPM管中进行了对比，并主要考虑该倒虹吸低水头的特点,排除了造价相对较高的钢管,然后在PCCP管及RPM管中进行了技术性对比，对比情况见表1。

表1 倒虹吸管材比较表

对比结果表明，RPM管具有糙率低的良好水力特性，单管长，重量轻（重量约为PCCP的1/7），长距离搬运或现场施工方便,抗腐蚀能力强的优点。针对该工程砂质泥岩地层段具有膨胀变形特点，相对而言RPM适应地基的变形能力较预应力钢筒混凝土管强,轴曲变形在1°～3°之间。并且RPM管材具有耐酸、耐碱、无电腐蚀，能够在一定温度下输送有侵蚀性的介质，可直接埋置于高酸性土壤、高盐性土壤及低比电阻土壤中，无需保护。相比更适合在该倒虹吸管线局部地段存在有一定的腐蚀性地下水情况。倒虹吸管材最终推荐采用RPM管材，其物理力学性能见表2。

3 管道运输及进场材料检验

3.1 管道装卸与运输

工程管道生产厂家至安装现场近400 km。管道装卸、长距离运输问题为确保工程质量的关键环节之一，因此采取了以下工程措施：

1）管道装车前将两端用纤维布封口，以免在运输过程中灰尘或异物进入管内，擦伤内衬结构。

2）管道内安设4道特制“十”字形钢支撑，支撑之间用细钢管连接起来，避免因车辆颠簸支撑倾倒。

3）选择专用运输车辆，车上安装3道与管道同心的弧形鞍座，在弧形鞍座上加装厚度为5 mm的橡胶板。

4）用3道外套橡胶软管的钢索将管道牢固地捆扎到车辆上，确保在运输过程中不松、不脱。

5）管材装卸机具的起吊能力必须稳定、安全可靠。起吊设两个起吊点，严禁用绳索贯穿两端装卸管材。装卸吊索应采用柔软、较宽的绳索,不得用钢丝绳或铁链直接接触吊装管材。装卸过程中应轻装轻放，严禁摔跌或碰撞。

表2 本工程应用的RPM夹砂管物理力学性能

3.2 进场管材、橡胶圈质量检测

3.2.1 管材

1）资料验收项目：每一合格产品的检验报告和质量合格证，要求提供产品的其它有关技术文件等。

2）现场验收项目：查验每根管材的产品编号、产品合格标志；查验每根管材的质量跟踪卡和根交工文件。根据表3的要求，对每根管材进行进场验收检查。

3.2.2 橡胶圈

1）资料验收项目：每一批合格产品的检验报告和每一单件的质量合格证，供货商提供产品的其它有关技术文件，包括材质的理化检验报告。

2）现场验收项目:根据表4的要求，对每根橡胶圈进行验收检查。

4 管沟土方开挖及垫层回填

工程区出露地层地表为厚约0.6 m的第三系腐质土,较松散。自下为第三系砂岩和泥岩,属软岩。设计管沟底宽5.2 m，边坡系数m=0.5，一般挖深5.3 m。施工开挖工艺流程为反铲挖掘机挖装，自卸汽车运至指定集料区，人工修整边坡。

管基垫层料为经人工筛分的天然砂砾料，设计厚度0.3 m，回填工艺流程为：装载机筛分料场挖装、自卸车运至管沟两侧、人工溜槽下沟、人工摊铺、洒水（使回填料含水率接近最优含水率7.5%）、14 t振动碾碾压。

表3 RPM管进场检查项目表

表4 进场橡胶圈检查项目表

5 管道铺设

5.1 管道吊装

5.1.1 管道吊装前准备工作

1）排出槽内积水、复合垫层高程、确定管道中线位置;2）清理承口内侧和插口外部及放置橡胶圈凹槽内的灰尘、砂子等异物；

3）在两根管道连接处人工挖一个工作坑,坑的几何尺寸为长1.6 m、宽1.6 m、深0.2 m；

4）在插口端沿圆周划3处(管腰2处、管顶1处)导入截止线,以便在安装过程中检查连接是否到位。

5.1.2 管道吊装连接

1）用2台25 t的汽车吊起吊、人工辅助下沟。两吊车工作位置为尾部相对,相隔间距7 m，两吊车中心线应保持与拟安装管道中心线基本平行，吊车支腿距管沟边缘不小于1 m，吊装管道从两吊车之间纵向穿过，吊车的最大工作幅度控制在9 m以内，操作中臂长17.6～18.0 m，操作过程中不得违反汽车起重机的操作规程。

2）用柔软的布将管材连接部位擦净，用中性润滑剂如硅油、液体凡士林、或花生油涂搽连接部位。

3）将密封橡胶圈涂润滑剂，并在两手之间搓动,保证润滑剂涂覆均匀。

4）把橡胶圈套入插口上凹槽内，沿胶圈四周依次向外拉离凹槽并缓慢放回凹槽，以保证胶圈在凹槽内受力均匀、没有扭曲。

5）用3根外套橡胶软管的钢丝绳捆绑在欲连接的管上，用吊车调整管口高度及摆动管尾，并用3台6 t的手板葫芦连接管道，手板葫芦、钢丝绳与管身接触出垫橡胶板以防檫伤管道。

6）管节承插就位后,放松吊索和手板葫芦，就位的管道经检查满足表5的规定后，人工进行稳管。

表5 管道铺设质量标准表

5.2 接口打压试验

接口打压是检验橡胶圈在管道安装过程中是否脱槽、挤裂的有效方法，因此管节承插就位后必须进行接口打压试验，接口打压按下述要求进行：采用压力计的精度不低于1.5级，最大量程为试验压力的1.3～1.5倍，使用前经过计量滤定；试验用水为可食用的洁净水；每个接口均进行接口水压试验，试验压力为0.72 MPa；保压3 min，无明显压降，无渗漏视为合格。

6 管道回填及竖向挠曲变形监测

管道回填土料有3种，管顶0.3 m以下部分回填经人工筛分的天然砂砾料，管顶以上0.3～1.0 m范围回填管沟开挖出的白砂岩，管顶以上1.0～2.5 m范围回填管沟开挖出的除泥岩、腐质土以外的土料；管道回填分为3个区域，管顶上0.3 m以下区域称为管腔回填区，其中管底至2.25 m高度范围称为首次回填区、2.25 m至管顶上0.3 m范围称为二次回填区，管顶以上0.3 m至堤顶范围称为普通回填区，因各回填区所用材料及施工工艺有所不同，以下分别叙述。

6.1 管腔回填

RPM管道的突出优点是抗腐蚀性能较强，但其抵抗外压的能力不仅要依靠管道本身的刚度、同时要依靠管腔回填土的侧向约束来抵抗外压力，因此，管腔回填材料、回填质量显得尤为重要。

6.1.1 回填材料

规划料场为C49和C51，两料场土料均为天然砂砾料。其中C49料场位于小洼槽倒虹吸进口建筑物附近，平均运距3.7 km，C51料场位于倒虹吸管线中部附近，平均运距2 km。经料场复查及颗分和击实试验,C49料场平均最大干密度2.12 g/cm3、最优含水率8.18%、砾石含量（P5含量，下同）46.95%、储量不足1万m3；C51料场平均最大干密度2.14 g/cm3、最优含水率7.77%、砾石含量48.19%、储量大于30万m3。两个料场砂砾料物理力学指标基本相同，储量能满足施工需要,施工取料以C51料场为主。

试验中按设计要求对C51料场分别进行了过10 mm筛和过20 mm筛回填对比试验,其中过10 mm和20 mm的筛料回填段长都为60 m（5根标准管的长度）。质量控制标准为：最大粒径不大于10 mm或不大于20 mm、干密度不小于1.9 g/cm3、相对密度不小于0.7。

6.1.2 施工工艺

料场机械筛分、装载机挖装、自卸汽车运至管沟两侧、人工溜槽运入沟槽、人工摊铺（每层虚铺厚度18 cm）、洒水（含水量控制在最优含水率7.77%附近）、HZD160电动夯板夯6～8遍，图1所示的腋下三角区，人工用木棒捣实。

图1 三角区回填方案

6.1.3 注意事项

1）回填前捡除管沟内的砖石、木块等杂物；

2）回填料应由沟槽两侧对称运入槽内，不得直接扔在管道上，回填料的含水率应控制在最含水率左右；

3）严格控制每层的虚铺厚度、压实遍数；

4）管道两侧压实面的高差不得超过0.3 m，分段回填时，相邻段的接茬应呈阶梯状，不得漏夯；

5）在回填压实过程中随时监测管道的竖向变形，在首次回填区回填高度达到0.7D（D为管道直径）时，管道的竖向变形率应小于（即竖向直径增大）或等于零。

6.2 管顶以上0.3～1.0 m区域回填

1）回填材料。为管沟开挖出的白砂岩。经击实试验，平均最大干密度1.925 g/cm3、最优含水率10.2%。

2）施工工艺。集料场装载机挖装、自卸车运至管沟侧、手推车入仓、人工摊铺（虚铺厚度18 cm）、洒水（含水量控制在最优含水率10.2%附近）、HZD160电动夯板夯6～8遍。

6.3 管顶1.0 m以上区域回填

1）回填材料。为管沟开挖出的除泥岩、腐殖土外的土料。经击实试验,平均最大干密度1.82 g/cm3、最优含水率13.46%。

2）施工工艺。用反铲挖掘机将堆积在管沟两侧料摔至回填区、山推220型推土机按进占法摊铺 (每层虚铺厚度35 cm)、洒水、14 t振动碾静碾 4～6 遍。

6.4 管道竖向挠曲变形监测

1）管道回填至设计标高后,应在24 h之内测量管道的初始竖向变形值。

2）选安装后每节管道的2，6，10 m处作为测量断面监测初始变形。若管道的有效长度在6 m到10 m，取两个测量断面，管道有效长度小于6 m的，取1个测量断面，管道有效长度大于10 m的，取3个测量断面。

3）管道竖向允许变形值按下式计算：

式中：Dn——管道内直径，mm；Dn1——管道变形后的竖向内径，mm；t——管壁厚度，mm。

4）管道初始竖向变形不得大于2%。该工程实测初始竖向变形值在0.34%～0.79%之间，变形满足要求。

7 系统水压试验

按GB50268－97《给水排水管道工程施工及验收规范》的规定,管道安装过程中必须进行强度试验和严密性试验。该工程依照规范要求,试验介质采用淡水，试验压力为设计工作压力的1.5倍、即0.69 MPa。试压段长度分为10段进行。其中，左管5段,右管5段，段长在1 km左右。右管线典型段位于 4～9 号镇墩、9～13 号镇墩、13～15 号镇墩、15～18号镇墩之间,段长分别为 1 222，1 289，866，845 m。左管线典型段位于4～9号a镇墩、9a～15号镇墩之间，段长分别为1 272 m和2 105 m。系统水压试验结果表明，RPM管道安装后其强度和严密性满足工程要求。

8 结语

1）远离城镇、人烟稀少的严寒荒漠腹地带，长距离大型倒虹吸对大口径RPM管的合理选用，并采取的整套独特的施工工艺、质量控制、质量监测方法,使得此倒虹吸工程更为适应所处特殊环境,带来施工便利,并确保了工程质量。

2）该工程是目前国内口径最大的RPM倒虹吸管道,工程施工及应用实践表明,只要设计结构合理、质量控制措施到位,在特殊环境的大型工程选用RPM管具有一定的其它管道无法比拟的优越性。

［1］魏鹏.长距离玻璃钢加砂管安装技术与应用［J］.山西建筑，2008，34（23）.

［2］郑升峰.简谈玻璃钢加砂管在供水工程中的应用.甘肃科技纵横［J］.2005，34（23）.