球墨鑄鐵管非開挖修復技術-上海.pdf

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1、新興際華集團新興際華集團Xinxing Cathay International Group管通四海管通四海 為人民健康引水為人民健康引水新技術助力供水管網改造，實現輸水安全球墨鑄鐵管非開挖修復技術匯報人匯報日期武茂紅11月22日目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全05非開挖修復全壽命周期綜合分析04球墨鑄鐵管非開挖修復施工方案03球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析01供水管網現狀及存在的問題02球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全05非開挖修復全壽命周期綜合分析04球墨鑄鐵管非開

2、挖修復施工方案03球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析0101供水管網現狀及存在的問題供水管網現狀及存在的問題02球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景 管網老化 國內大部分市政供水系統建于20世紀末期，很多管網都已經鋪設了30余年，隨著供水管網的使用，管網的老化程度也變得愈來愈明顯，導致管道破裂、漏水、壓力波動等問題日益嚴重。p 供水管網情況供水管道不同年代敷設長度和比重（城市+縣城）管道材質：鋼管、鑄鐵管、混凝土管、塑料管 管道規格：DN500以下占80%，DN500以上占20%；漏損嚴重 管網存在著大量的漏水問題，尤其對于老舊管道，漏水量更為嚴重。2021年全國城市公共供水漏損水量達到80.4億立方米，平

3、均漏損率12.8%；縣城公共供水漏損水量達到13.6億立方米，平均漏損率12.2%。比2020年略有下降，但離“十三五”期末的預期性目標10%，存在一定差距。水質污染 管網老化，水污染幾率增加。一旦出現水質污染，將會威脅到居民的健康和安全。管網更新改造 開挖更新改造無管位，因阻礙交通、施工擾民、環保等問題相關部門審批難度大。非開挖更新改造修復材料價格高、剛度亟待提高、使用年限有待論證檢驗、后續運維難度大?，F有修復工法沒有一勞永逸的解決方案目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全05非開挖修復全壽命周期綜合分析04球墨鑄鐵管非開挖修復施工方案03球墨鑄鐵

4、管非開挖修復技術分析01供水管網現狀及存在的問題0202球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景 市政給水管網待更新管網19.6萬公里 截止到2020年，我國城鎮供水管網長度100.7萬公里，其中灰口鑄鐵管和混凝土管的使用比例為19.5%，總長度為19.6萬公里。兩種管材使用年限超過30年，老化問題凸顯，影響日常保供和安全運行，嚴重威脅人民群眾生命財產安全，習總書記對管網的指示 隨著我國城市化進程不斷提高，面對人口、資源和環境的巨大壓力，為確保國民經濟的可持續發展，我國政府在逐年加大對城市基礎設施的投入，城市市政管網建設得到快速發展。2021年12月8日習總書記在中央工作會議上

5、批示：要求“十四五”期間，必須把管道改造和建設作為重要的一項基礎設施工程來抓?！斑m度超前開展基礎設施投資”寫入此次會議文件，明確點出這項任務清單：“包括加快城市管道老化更新改造等?！蔽覈缙谑芙洕图夹g的影響，市政供水管道大量使用灰鑄鐵、混凝土管等。預應力鋼筒混凝土管(PCCP)自20世紀80年代引入PCCP生產線，已累計建成近3萬 km 的 PCCP 埋地管道。PCCP 管已廣泛應用于我國水利、市政給排水等輸送水工程。PCCP管結構示意圖 PCCP管線現場 混凝土管失效 美國是PCCP管的先行者，美國自來水協會研究基金會(AwwaRF)在2008年發布了“PCCP失效”專題報告,并“希望這個

6、結果將應用于整個世界”。報告指出，失效平均年份是13.95年，嚴重劣化或結構弱化、服務能力減少失效為16.75年。我國混凝土管使用情況不容樂觀，有些管線使用7年左右管線已不能正常運行。甚至頻繁發生爆管事故。預應力鋼筋混凝土管爆管圖片 混凝土管失效 國內很多輸水、調水工程輸水管材選用PCCP管，如南水北調、廣州西江引水、太原引黃等工程。使用十余年后，一些工程也出現爆管事故，甚至出現多次爆管的情況發生。美國PCCP管失效報告發布后，國內工程管理部門委托科研院所對PCCP管破壞模式、缺陷、環境以及運行情況進行研究分析。并對修復加固方法進行研究，以避免預防災難性的爆管事故放生。從研究結果來看：主要采取

7、預應力加固的方式，缺乏徹底解決問題的方案！鄭州管網修復 鄭州自來水投資控股有限公司老舊供水管網改造提升工作實施方案實施方案中部分管線采用非開挖修復，鄭州水司提出可否采用球墨鑄鐵管進行修復。通過市場調研及論證，制定采用特種球墨鑄鐵管進行修復結構性修復方案，得到鄭州自水司的認可，在鄭州文化路采用球墨鑄鐵管進行修復，取得成功申請專利。我公司以球墨鑄鐵管為修復管材，采用穿插施工修復的工法，用于給水管網非結構、半結構和結構性修復，并獲得國家專利。以下優點:目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全05非開挖修復全壽命周期綜合分析04球墨鑄鐵管非開挖修復施工方案03

8、03球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析01供水管網現狀及存在的問題02球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景 客戶期望 使用壽命50年以上 水力計算滿足原設計要求 工法滿足擴容的需求 管材機械性能優越 管線運行維護便捷 現場開挖對交通無太大影響 施工便捷不擾民 投資少，成本低 球墨鑄鐵管性能優異-鋼的機械性能和鑄鐵耐腐蝕球化處理改變金相組織和石墨形態性能指標灰鐵管球墨鑄鐵管鋼管抗拉強度(MPa)150260420400抗彎強度(MPa)200360590400延伸率(%)0DN80100010DN11002600718彈性系數(N/mm2)111041710416104 球墨鑄鐵管

9、【鐵的本質、鋼的性能】球墨鑄鐵管性能優異-鋼的機械性能和鑄鐵耐腐蝕 接口安全性-型式試驗保障依據標準：GB/T 13295-2019 水及燃氣用球墨鑄鐵管、管件和附件 球墨鑄鐵管工作壓力-計算方法 根據GB/T13295水及燃氣管道用球墨鑄鐵管、管件和附件標準，允許壓力按以下方法計算：PFA、PMA和PEA最大值由下列各式計算：1）、允許工作壓力（PFA）的計算 3）、允許試驗壓力（PEA）的計算 2）、最大允許工作壓力（PMA）的計算 u 允許工作壓力(PFA)部件可長時間安全承受的內部壓力，不包括沖擊壓。u 最大允許工作壓力(PMA)部件在使用中可安全承受的最大內壓力，包括沖擊壓。u 允許

10、試驗壓力(PEA)新安裝在地面上或掩埋在地下的部件在短時間內可承受的最大流體靜壓力，此壓力用以檢測管線的完整和密封性。球墨鑄鐵管工作壓力-計算方法 。根據允許壓力公式計算，球墨鑄鐵管承壓能力強，遠高于實際工作壓力，修復后相當于敷設一條新的管線。不同的內襯層-滿足各種水質輸送要求內襯材料適用環境標準內襯硅酸鹽水泥內襯大多數的原水和飲用水加強級內襯高鋁水泥內襯生活污水、工業污水等抗硫水泥內襯水泥內襯密封層高品質飲用水特殊內襯有機涂料內襯高品質飲用水強腐蝕性水質（工業排水、海淡化水等）內襯聚氨酯涂層水泥砂漿內襯 不同的內襯層-衛生許可證批件 輸水能力匹配計算 計算原則和依據 計算原則：等流量，同水力

11、坡降 根據舊管道的水力條件，合理選擇新管內襯材料和縮徑比例 輸水能力匹配：確定涂層選擇（針對灰鐵管，推薦水泥砂漿內襯或有機涂料內襯；對于混凝土管，推薦有機涂料內襯）水泥砂漿內襯：Ch=130135 有機涂層內襯：Ch=140150聚氨酯涂層水泥砂漿環氧密封層 水頭損失對比 預應力混凝土管規格管材材質海森威廉系數沿程水頭損失（m/Km)縮徑量（mm)縮徑比（%）0.60.81.0 1.21.41.6DN600砼管1100.7962 1.3565 2.0506 2.8743 3.8240 4.8969 6210.30 球鐵管1400.5094 0.8678 1.3120 1.8389 2.4465

12、 3.1329 DN800砼管1100.5693 0.9699 1.4663 2.0552 2.7342 3.5014 789.87球鐵管1400.3642 0.6205 0.9381 1.3149 1.7493 2.2401 DN1000砼管1100.4389 0.7477 1.1303 1.5844 2.1079 2.6992 949.40 球鐵管1400.2808 0.4784 0.7232 1.0136 1.3486 1.7269 DN1200砼管1100.3548 0.6045 0.9139 1.2809 1.7042 2.1823 1089.00 球鐵管1400.2270 0.38

13、68 0.5847 0.8195 1.0903 1.3962 DN1400砼管1100.2965 0.5051 0.7635 1.0702 1.4238 1.8233 1369.71球鐵管1400.1897 0.3231 0.4885 0.6847 0.9109 1.1665 水力計算海森-威廉系數選擇依據GB 50013水利水電行業球鐵管技術導則11日本久保田鐵工株式會社出版的球墨鑄鐵管手冊（第185頁）水力計算國外海森威廉系數選擇1 管徑（DN）安裝時間試驗時管線年齡（年）海澄-威廉系數Ch當量粗糙度1501941年01450.025121460.019161430.0602501925年

14、161340.148321350.135391380.0983001928年131340.160291370.119361460.0303001928年131430.054291400.075361400.0757001939年191480.027251460.0467001944年131480.027201460.046美國水行業協會編制的M41球墨鑄鐵管道和管件第9.2.1條款：球墨鑄鐵管研究協會在試驗后建議，帶有水泥內襯的球墨鑄鐵管海澄-威廉系數Ch合理取值為140。p 使用年限越短，Ch越大。p Ch值基本不隨時間變化p 水泥涂襯工藝對Ch有影響（早期采用噴射工藝，之后采用離心涂襯工藝

15、，當前采用離心涂襯+內磨工藝）水力計算國外海森威廉系數選擇 球墨鑄鐵管非開挖修復工法 脹管法穿管法目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全05非開挖修復全壽命周期綜合分析0404球墨鑄鐵管非開挖修復施工方案球墨鑄鐵管非開挖修復施工方案03球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析01供水管網現狀及存在的問題02球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景 非開挖修復過程03040102 穿管法-DN8003000mm1.現場踏勘、全景檢測儀、陀螺儀檢測p 舊管材質、埋深，內徑尺寸、管道偏轉引起的錯臺、偏轉角度內壁腐蝕情況、周邊施工環境等；管道缺陷分析及定性、管段整體狀況建模分析評估

16、，并作為軸線校正依據。穿管法-DN8003000mm2.管道預處理p 針對管道的材質規格、檢測出的錯臺、接口環縫、管內凸起異物選擇相應的預處理工藝。3.軸線矯正、擴徑 根據CJJ244-2016城鎮給水管道非開挖修復更新工程技術規程6.2內襯設計規定：穿插法內襯管道外徑宜取原有管道內徑的90-95%。我穿管修復工法是一種硬管修復工法，需對原管道軸線進行矯正和擴徑。4.軸線矯正、擴徑穿管施工 穿管采用牽引、頂拉的方式進行施工。球墨鑄鐵管進入原管道，穿插過程中，應勻速穿插，采取減阻措施減少管壁之間的摩擦阻力。采用牽引方案施工，采用自錨式球墨鑄鐵管，牽引力不超過球墨鑄鐵管最大允許拖拉力。注：穿管時，

17、兩端管口采用軟性材料防止球墨鑄鐵管進入管道時與操作坑壁、管道端口發生摩擦。球墨鑄鐵管穿插法的優勢 置換后管道過水能力與原有管道過流能力等效。脹管法p 1、脹管過程 1.1 牽引設備安裝在牽引坑，鋼索或液壓牽引裝置穿過管道在工作坑內與脹管頭連接，脹管頭在施工管道中通過膨脹功能將原有管道脹碎后擠壓進周邊土壤，然后脹管頭收縮，接著在牽引系統的拉力作用和頂進系統的推力作用下，帶動替換新管向前移動，重復此過程，完成對整段舊管道的替換。1.2 在工作坑內，以頂推方式實現球鐵管的的連接。在頂推過程中，注意頂管的頂推力、頂推速度等值。脹管法p 2、修復管選用柔性承插式自錨接口。接口允許偏轉1.23，曲率半徑小

18、，適應性強，安全性強。DN壁厚級別承口外徑PFA接口允許拖拉力mmMPaKN300K94054.0400500K96313.0800600K97383.01140700K98482.51283800K99742.51670900k910722.520381000K911802.525871200K914142.02968自錨式接口允許最大拖拉力 脹管法修復典型脹管頭新興設計脹管頭可破碎脆性管道（混凝土管）可破碎柔性管道（雙壁波紋管、鋼管等）目 錄CONTENTS球墨鑄鐵管非開挖修復技術新技術助力供水管網改造，實現輸水安全0505非開挖修復全壽命周期綜合分析非開挖修復全壽命周期綜合分析04球墨鑄

19、鐵管非開挖修復施工方案03球墨鑄鐵管非開挖修復技術分析01供水管網現狀及存在的問題02球墨鑄鐵管非開挖修復項目背景非開挖修復全壽命周期綜合分析 修復技術的選擇非開挖修復全壽命周期綜合分析 管材的全生命周期ISO 21053-2019輸水用球墨鑄鐵管壽命周期分析和循環利用 非開挖修復全壽命周期綜合分析內容管材性能比較表球墨鑄鐵管 （環氧密封層）鋼管翻轉法（CIPP）管徑DN950DN920DN1000防腐能力強較弱強承受內、外壓可埋深能承受較大內壓可埋深能承受較大內壓受外壓較差易變形施工難易方便方便難，對施工人員要求高施工方法開挖、頂管開挖、頂管開挖、熱固化接口形式承插式、橡膠止水現場焊接、剛性

20、接口粗糙度（n值）水頭損失0.0080.00950.0130.0080.009重量管材運輸重量較小、運輸方便重量較小，運輸方便重量較小，運輸方便管道綜合造價13960920012300使用壽命（年）503030全壽命周期費用（元/年）279.2307410 管材的全生命周期購置成本比較非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 國內漏損情況 2021年全國城市公共供水漏損水量達到80.4億立方米，平均漏損率12.8%；縣城公共供水漏損水量達到13.6億立方米，平均漏損率12.2%。比2020年略有下降，但離“十三五”期末的預期性目標10%，存在一定差距。2021年，城市公共供水漏損率低于10%的

21、，僅有山西、浙江、陜西、甘肅、青海5個省份，吉林21.8%、黑龍江21.0%；縣城公共供水漏損率低于10%的，僅有山東、河南、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、新疆8個省份，遼寧30.6%、吉林20.9%。住房和城鄉建設部辦公廳 國家發展改革委辦公廳關于加強公共供水管網漏損控制的通知(建辦城20222號)：到2025年，全國城市公共供水管網漏損率力爭控制在9%以內。非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 國內漏損情況34.50%37.71%39.04%40.17%40.30%44.15%43.36%12.41%11.73%11.32%12.17%11.89%12.42%12.61%24.73%2

22、1.80%21.26%20.19%19.11%13.09%14.74%7.68%6.30%6.79%6.11%5.86%5.18%4.82%20.68%22.46%21.60%21.35%22.85%25.15%24.48%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%50.00%2010201220132014201520172018中國城市中國城市75mm75mm以上供水管材使用比例以上供水管材使用比例球墨鑄鐵管鋼管灰口鑄鐵管預應力鋼筋砼管其他管材數據來源：城市供水統計年鑒非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 國內漏

23、損情況紹興市歷年供水管網漏損量、產銷差率和漏損率0.005.0010.0015.0020.0025.000.00200.00400.00600.00800.001000.001200.002001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012%萬立方米漏損量產銷差率漏水率非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 國內漏損情況紹興水司管材使用：DN100及以上，主要采用球墨鑄鐵管；DN100以下，主要采用不銹鋼復合管。非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 日本漏損情況日本供水管材比例和供水效率41.5%45.1%39.3%47.

24、5%52.2%54.9%56.3%56.6%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%19801985199019952000200520102015比比例例年份年份日本球管、鋼管和硬日本球管、鋼管和硬PVC管使用比例管使用比例球管鋼管硬PVC管77.4%83.8%89.0%91.7%92.9%92.6%73.8%79.9%85.7%88.6%90.2%90.0%22.6%16.2%11.0%8.3%7.1%7.4%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%1970198019902000201020

25、15日本供水效率日本供水效率有效供水率計量供水率未計量供水率非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 日本漏損情況 日本東京市供水管網：1980至2013年，球墨鑄鐵管使用率由50%提高到了96%；漏損率由15%下降到了2.3%。通過預防漏損率的各種措施，與2000財政年度相比，2013財政年度東京事業局節省使用電量45百萬度/年，相當于總電量的6%。非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 運行中破算情況 數據展示了日本172家供水公司2004年至 2007年發生的5679起漏水事件。根據管道自鋪設以來的使用年限，對管道破損事故率進行了分類，因此可以清楚地展示球墨鑄鐵管的耐久性。即使使用了5

26、0年，球墨鑄鐵管的破損事故率也不到0.03/年/公里。鋪設后管齡0 56 1011 1516202125破損事故率（次數/年/公里）0.0020.0030.0020.0050.007鋪設后管齡263031353640414546 to 50破損事故率（次數/年/公里）0.0140.0220.0260.0220.023非開挖修復全壽命周期綜合分析 漏損情況p 運行中破損情況 2000至2003年，德國供水分會對德國供水管網破損事故率進行了研究。下表顯示了管道總長約3萬公里的球墨鑄鐵管的破損事故率。這項研究區分了使用外涂防腐層球墨鑄鐵管和沒有外涂防腐層的球墨鑄鐵管（只有一層薄的終飾層）。20世紀7

27、0年代，德國開始使用外涂防腐層管道。使用外防腐涂層球墨鑄鐵的平均破損事故率率非常低，為0.03次/年/公里（根據管徑范圍在0.04至0.02之間），與法國情況類似。同時可以看到，破損事故率隨管徑增大而減小。德國球墨鑄鐵管的破損事故率產品破損事故率（次/年/公里）DN200均值無外涂層球墨鑄鐵管0.080.070.050.07帶外部涂層的球墨鑄鐵管0.040.030.020.03非開挖修復全壽命周期綜合分析 球墨鑄鐵管全生命周期低泄漏率材料：高強度，高耐沖擊性，長期穩定性管道：接口柔韌性好，能吸收地面沉降長期耐用性材料本身的高防腐性能，管線服役壽命長最佳輸水能力內徑比相同公稱直徑的其他管材大可回收性可回收的原材料使用壽命長維護成本低運營成本低報廢成本低感謝聆聽感謝聆聽THANKSTHANKS管通四海管通四海 為人民健康引水為人民健康引水