浅谈HDPE 缠绕结构壁B 型管在排水工程中应用的优越性

李洪斌

（中铁建设集团有限公司，北京 100040）

HDPE 缠绕结构壁B 型管，也称“克拉管”，是采用热熔缠绕成型的柔性管材。此种类型管道内壁十分光滑，外壁采用螺旋肋进行加强。高密度聚乙烯颗粒原料在热熔流塑状态下，在滚筒模具上缠绕成型，成型的管道在脱模前，采取滚动风冷方式对管道整体进行降温冷却，使其冷却至常温。HDPE 缠绕结构壁B 型管连接形式采用承插式电熔连接，生产成型过程中，在管道承口端预埋嵌入电热熔丝，现场施工管道连接时，使用焊接机连接管道上电熔丝正负极，通过热熔接口使两根管道本体连接，杜绝了管道的渗漏。

1 工程实例

北京环球主题公园建成功后是世界上第五个，也是最大一个集主题游乐和城市休闲度假于一体的国际旅游度假区。项目坐落于北京市通州区南部，主体公园占地约65 万km2，北京环球影城涉及道路工程、自来水工程、排水工程、中水工程、雨水工程、冷热水工程、消防工程、燃气工程、综合管廊工程、室外强弱电工程，设计使用年限50 年。

排水管线沿园区外围周圈布置，全长1 990 m，管径DN200～DN630，全部采用HDPE 缠绕结构壁B 型管，接口为承插式电熔连接方式。

2 HDPE 缠绕结构壁B 型管与HDPE 双壁波纹管对比

表1 HDPE 缠绕结构壁B 型管与HDPE 双壁波纹管指标对比

2.1 生产工艺

HDPE 缠绕结构壁B 型管道的生产工艺，是由主挤塑机挤出高密度聚乙烯平板带，副挤塑机同步挤出高密度聚乙烯U 形带，包裹PP 加强骨架管，在热熔状态下，依次同步缠绕在滚筒模具上成型，后釆用滚动自然风冷却方式逐步冷却降至常温。整个生产过程连续进行，由全自动数控设备进行参数调整及监控，属热熔状态缠绕成型工艺，见图1、第136 页图2。

图1 管道生产缠绕工艺图

图2 管道生产滚筒磨具加热

HDPE 双壁波纹管生产工艺，通过直接挤出管道内、外径两个大小不同的同心管胚，经吸塑成型的管材，属挤出成型工艺。

2.2 管径及环刚度

HDPE 缠绕结构壁B 型管，管道壁厚均匀、无焊缝、结构壁无内应力。该工艺可生产较大管径管材，管径DN300～DN4000；管材外壁采用U 形带包裹骨架管加强形式，很大程度上增大了管材的环刚度，全管径环刚度≥16 kN/m2，对于DN1200 的管道环刚度可达29 kN/m2。

HDPE 双壁波纹管挤出成型工艺受到设备成本限制，所以只能生产较小管径管材。主要以DN600及以下管径为主，虽然有一些管材生产厂家能够生产DN800～DN1200 的双壁波纹管，但目前在实际工程施工中基本没有使用大管径双壁波纹管的案例；其次，由于双壁波纹管内、外管壁采用挤出成型整体联接程度较差，在受到外力挤压时容易出现管道内、外壁剥离，形成两层皮现象，且外层加强肋为薄壁空心结构，抵抗外力性能差，受到外部挤压时容易出现破损、凹陷等现象，管径越大，该情况越严重。因此，该种结构形式的管道环刚度较低，DN600 及以下管径环刚度≥8 kN/m2，DN800 管材环刚度≥4 kN/m2。

2.3 连接方式

HDPE 缠绕结构壁B 型管，采用“承插式电熔连接”接口方式，见图3；承口端预埋电熔丝，见图4，另一端为普通平面插口。管道对接时，使用手动葫芦，按常规方式将插口装入承口，焊机连接电熔丝进行焊接，管道承插口融为一体，管道连接后整体性非常好，犹如一根整管。这种连接方式优点十分突出。

图3 管道接口示意图

图4 管道承口内电熔丝

1）管道承插口处经过电熔丝加热融化后完全融合，前后两根管道形成一个整体，即管材自身本体连接，见图5，连接处物理性能与管材本身一致。管道在外力作用下产生形变，可将外力作用及形变通过接口部位流畅地传递到整段管道上，不会像胶圈连接形式，在接头处形成集中应力。在地质状况较为复杂、软弱地基、不良地基区域，管道基础容易发生不均匀沉降，采用此种连接方式将管道进行本体连接形成整体，充分发挥其密封性和柔性等特点，适应地质变化。另外，HDPE 缠绕结构壁B 型管有更强的抗冲击能力，在频繁重交通道路下使用更加可靠。

图5 电熔后管道接口切割断面

2）HDPE 缠绕结构壁B 型管采用承插式电熔接口连接，能够加快施工速度。首先，施工现场周边环境复杂，开挖影响周边建筑、交通及人员安全，地质条件较差容易塌方，施工区域有地下水无法排除情况下，采用此种管道，能够做到沟槽开挖、管道安装、沟槽回填同步进行；其次，因为接口为管道本体连接，抗变形能力、抵抗外力能力都较强，可以在管沟上将几段管道连接后，将该段管道整体放入沟槽；最后，此种管道施工回填压实度与其他管道要求相同，其他要求，如沟槽宽度、坡度、平整度等指标的要求都要低一些。

目前普遍使用的HDPE 双壁波纹管，采用的是承插口胶圈连接[1]。管道本身采用高密度聚乙烯材质，耐腐蚀、耐老化性良好，但由于接口处采用与管道不同的橡胶材质，管道整体在有较大温差的环境下，接头处因不同材质膨胀系数的不同会造成漏水或变形，从而影响整个管道系统的流通能力和密闭性。另外，橡胶材料使用一段时间后产生老化，也将失去密封作用，造成漏水现象。

2.4 使用年限

HDPE 缠绕结构壁B 型管主要由高密度聚乙烯材料制成，接口处采用承插式电熔连接的管道本体连接方式，接口处无需其他密封材料，管道使用年限达50 年。

而HDPE 双壁波纹管，虽管道主体同样采用高密度聚乙烯材料，接口采用的是承插口胶圈连接。密封橡胶圈耐腐蚀差、容易老化，老化后变硬、无弹性、碎烂。橡胶一般使用年限为15 年，因此，整体管道系统的使用年限也随之降低至15 年。

3 HDPE 缠绕结构壁B 型管道连接工艺流程

3.1 承插式电熔连接工艺流程

检查清理管材承插口标记插入深度→安装管道检查插入深度→设定设备焊接参数、安装涨紧器（大管径管道在承口处设置内支撑环）→承口熔接观察熔化程度、涨紧→冷却至规定时间、取出工具。

3.2 检查管材承插口并清理

检查承口端电熔丝完好情况，是否有断丝、短路、脱落等现象；承插安装前，先将承口、插口接触面表面清理干净，不得有任何杂物、淤泥、液体等影响承插和电熔的污物，并在插口端口划出插入深度标线[2]。

3.3 安装管道检查插入深度

用手动葫芦将管拖拽管道，将插口缓慢插入承口内，直至深度标线位置，并检查尺寸配合情况。

施工环境温度较低，承插口产生温度形变，难以插入或无法插至标线位置时，需对承口进行预热，以便将插口顺利推进至承口内。通电前，调直焊接管道，使之保持同一轴线。

3.4 设定设备焊接参数、安装涨紧器

管道承插式电熔焊接连接，采用220 V 专用B型管焊机操作，根据管径、天气、环境温度及厂家提供参数，设定焊接电流、焊接时间、冷却时间等参数，见表2。

表2 焊接参数表

同时安装管道接口涨紧器、内支撑环（大管径），见图6、图7。

图6 涨紧器安装

图7 管道内支撑环

3.5 承口熔接观察熔化程度、涨紧

焊机连接管道承口电熔丝正负极，通电开始焊接，电熔过程中，观察焊口处管道熔化程度及熔料外溢情况对承插口进行紧固，一般情况下紧固3 次，直至熔料均匀从承插口缝隙中溢出，见第138 页图8。

图8 管道焊接作业

3.6 冷却至规定时间，取出工具

电熔完成后，断开电源，让管道接口自然冷却，冷却时间参照表2。管道冷却期间，应注意不得移动管、拆除涨紧器和支撑环，待管道达到冷却时长后，拆除涨紧器取出内支撑环。

最后，按照规范要求进行管道闭水试验，检测管道变形率。

4 质量分析

4.1 受力变形对比分析

现场对管道变形率与管顶回填层数进行实际量测，HDPE 缠绕结构壁B 型管受力抗变形能力明显优于普通HDPE 双壁波纹管，见表3。

表3 HDPE 缠绕结构壁B 型与HDPE双壁波纹管指标对比 （%）

4.2 闭水一次合格率对比分析

对于排水工程，判定施工质量的另一个主要方式，也是最直观的方式就是闭水试验。

经过现场记录，排水工程共91 个井段，闭水试验一次合格88 个井段，一次合格率96.7%。与其他采用HDPE 双壁波纹管的排水工程进行对比，合格率有显著提高，见表4。

表4 闭水一次性合格率对比表

5 结束语

以北京环球主题公园项目为案例，对两种管材进行对比，HDPE 缠绕结构壁B 型管生产工艺、管径、最大环刚度，尤其在连接方式方面较HDPE 双壁波纹管都有着巨大优势。提高了排水管道闭水通过率，同时，解决了长久以来排水管道渗漏的普遍问题。HDPE 缠绕结构壁B 型管作为成熟的产品在国外早已得到广泛应用，目前通州核心区排水工程也全部使用该种管道，相信这种新型管材将逐步取代目前普遍使用的HDPE 双壁波纹管，在排水工程建设中起到重要作用。