高压水射流技术在管道清理工程中的应用

周 敏，张建安

(1.中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610000；2.北京发研工程技术有限公司，北京 100000)

向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最末一个梯级，坝址位于四川省宜宾县和云南省水富县交界处。工程的开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节等作用。

向家坝左岸一期泵站设置在高程为240 m廊道内，共埋设有4条排水管道，每条管道总长度为175 m，其中水平管道长137 m，垂直管道高度38 m，内径250 mm。泵站于2008年投运，因基础廊道底板低，废水废浆排放量大，长期运行后导致管内淤堵较多，排水量减少了30%～50%，难以保证廊道抽排能力要求。

1 工程重点与难点

本工程目标是要去除沉积堵塞在大坝排水管道内的素混凝土或水泥浆凝固体，疏通管道。施工重点与难点包括以下几方面：

1)管道内混凝土、泥浆沉淀堵塞情况无法事先探明，如何顺利地输送高压水喷头和高压水管进行破除作业施工是本工程的重点及难点；

2)由于大坝主体已经浇筑完成，本工程需要在不破坏大坝结构和管道的情况下完成疏通清洗工作，如何根据施工现场的实际情况，及时调整施工方案，合理安排施工工序、配置相应的施工机械设备和人员，是本工程的又一重点；

3)管道长且内径较小，且有4个直角转弯段，在采用高压水破除过程中，如何保证高压水管和喷头顺利通过直角转弯段去破除堵塞物，并且确保被破除下来的素混凝土碎石块能被及时地清理掉，不再造成新的管道堵塞，这是本工程的难点。

2 水力破除技术及其应用

2.1 水力破除技术原理

1)水力破除破碎原理。由高压泵加压，产生100～280 MPa的高压水射流，射入混凝土表面。高压水在混凝土孔隙中产生一个超压，当其压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土发生破碎，如图1所示。

图1 高压水射流去除水泥混凝土原理图

2)保留钢管完好的原理。采用高压水射流技术破除混凝土，能够做到只去除管道里的混凝土部分，而对钢管并不产生任何损伤与破坏[1-3]。主要原因为：混凝土为多微孔结构，而钢管为密实结构。混凝土的多微孔结构，使喷射出的水可以进入混凝土内部，水在混凝土内部形成超过混凝土抗拉强度的张力，破碎掉混凝土。但是，钢管是匀质材料，结构密实，没有缝隙，水无法进入其内部，所以高压水射流不会损害到钢管的结构。

2.2 施工工艺总流程

施工工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程图

2.3 设备入场

正式清洗作业前，将高压泵、盘管器、自动旋转软管装置、高压喷头等设备运至施工现场，并按照施工平面图依次安放到位。

2.4 施工准备

设备进场后，将泵房内的相关设备转移。由于清洗管道的泥浆会流入泵房内，施工前需做好相应的防护准备。为保证高压泵在高压水中的高压能力，考虑施工现场泵房的位置和高压泵的位置，经研究采取从坝后高程280 m平台钻76 mm的孔洞到泵房顶部，高压胶管从泵房开始清洗，逐渐往里清洗。破碎的水泥浆沉积物从泵房口流出，经沉淀后水流回沉淀池。

2.5 连接相关操作系统

将盘管器、自动旋转软管与鼠头用高压水管相连接，再将两个高压泵并联后与供水设备相连接，即可以开始进行施工作业。

2.6 管道清洗施工

根据管道走向及现场情况，清洗工作从泵房开始向上清洗，根据以往施工经验，连续进入管道的距离可以达到70 m左右，再往里深度高压水的切割和高压胶管的自动行走将会受到一定的影响，因此，为了保证高压喷头顺利抵达出口完成整条管道的疏通工作，事先需预备1根钢丝绳从泵房底部的管口通过管道到排水口，一头同高压喷头相联，另一头从排水口处往外拉，保证高压胶管的顺利的前进。管道布置及清洗方向见图3。

高压喷头喷射出高压水射流，作用于作业面，破碎掉沉淀的混凝土。由于鼠头有5个蓝宝石喷头，1个在前端，主要负责破除堵塞的混凝土；4个在周围，主要负责清除管道壁上附着的混凝土，并且给鼠头一个向前的动力。如图4、图5所示。

2.7 渣土清运

施工过程中，需要及时清理高压射流破除出来的混凝土或水泥碎粒，在破除的过程中，其中一部份碎渣

图3 管道布置及清洗方向图

图4 鼠头示意图

图5 高压水射流清洗管道示意图

被高压射流喷出的水流带出钢管的排水口，当破除一段距离或时间后，判断钢管内的碎渣量较多时，停止作业，抽出喷射装置,换高压污水泵向管内底部大泵量送水，此时把塑料送水管端部直接插入到上一回次高压水破除部位(施工过程中做好深度记录)，靠强大的水流把混凝土或水泥碎渣排出管外。在上述操作过程中，应注意冲洗的泥浆会从管道倒流入泵房，做好必要的防护。由于泵房的位置处于最低，必要时也可从泵房端排除废渣。

2.8 安全保证措施

管道排水口的位置正好处于泄洪闸的上口，为保证施工人员的安全，需事先做好吊蓝，吊蓝安全牢靠，具有足够的刚度。施工人员高空作业需系好安全带。吊车司机要具有上岗证，吊环、钢丝绳均要满足施工安全规范要求。

3 成果检测

由于超高压水力破除技术是首次应用于管道疏通，因此，选了一条作为清洗试验，并在验收合格后启动了其他管道的疏通工作。对于清洗后的效果检测还没有成熟的工艺，本工程的成果验收主要从保证泵站正常运行的角度出发，结合施工经验，进行检测和检验。

1)行进过程中，根据从管口返回水的混浊度进行判断。如果循环水返回的水是清澈的，可作为混凝土、水泥浆沉积物破除干净的一个依据。

2)清洗结束后，连结排水泵进行排水检查，测定其流量和流速，与额定排水量进行比较，以判断疏通情况。

4 结 语

高压水射流技术能有效的清除管道内淤积的混凝土、水泥结石等沉积物，而对管道不产生任何外力破坏作用，既达到了快速清理管道的目的，又不损害钢管结构，高效、无振动和粉尘污染，实现了环保型施工，优势显著。本工程在尚无工程案例参考的情况下，首次应用高压水射流技术完成了3条排水管道的清理，使泵站排水量由清理前减少了30%～50%恢复到了额定排水量，保障了泵站的运行，效果显著，为类似工程应用提供了参考。