龔存燕

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518008)

1 應(yīng)用背景

玻璃鋼夾砂管是以樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，石英砂為填充材料而制成的新型復(fù)合材料。相比較其它供水工程管道，玻璃鋼夾砂管具有內(nèi)壁光滑，水頭損失小，節(jié)能效果優(yōu)異，不易長螺；質(zhì)量輕、承插式連接、單節(jié)管達(dá)12m，安裝方便，適于快速化施工等特點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于供水工程中。深圳是一個本地水資源嚴(yán)重缺乏的城市，70%左右的水源需從境外引入，為推廣新材料應(yīng)用，深圳某大型供水工程也考慮在外界干擾較少管段采用該種管材。

某大型供水工程設(shè)計(jì)輸水規(guī)模120萬m3/d，通過泵站提取原水，經(jīng)管道和隧洞輸水至水庫進(jìn)行調(diào)蓄，工程線路總長19.9km，其中隧洞工程長1.3km，管道工程長18.6km，管材為鋼管、PCCP管和玻璃鋼夾砂管。上游段采用單管線運(yùn)行，長9.6km，由鋼管和玻璃鋼夾砂管組成，其中DN3400鋼管長7.8km，DN3000玻璃鋼夾砂管長1.8km；下游段采用雙管線運(yùn)行，長9.0km左右，由鋼管、玻璃鋼夾砂管和PCCP管組成，其中一條線路DN2800鋼管長2.1km，DN2600玻璃鋼夾砂管長6.9km；另一條線路DN2200鋼管長1.8km，DN2200PCCP管長4.1km，DN2000玻璃鋼夾砂管長3.4km。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該工程玻璃鋼夾砂管占管道總長度的43%左右。該工程玻璃鋼夾砂管生產(chǎn)工藝為定長纏繞，管道結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層三層組成，管道工作壓力為0.6MPa。工程分兩期進(jìn)行建設(shè)，其中下游雙管線中的DN2200/DN2000管線段于2004年11月建成運(yùn)行，其余管段于2010年5月建成運(yùn)行。

2 工程運(yùn)行情況及問題

為確保工程的正常運(yùn)行，從2004年工程運(yùn)行開始，工程管理單位注重管道日常維護(hù)及停水檢修。在工程日常維護(hù)中，隨時處理工程缺陷，確保工程處于良好狀態(tài)。工程自2006年開始實(shí)行每年一次的停水檢修制度，重點(diǎn)修補(bǔ)可能對工程正常運(yùn)行有影響的缺陷，重點(diǎn)解決需要在停水條件下才能處理的問題，通過停水檢修消除各種工程缺陷和安全隱患，確保工程順利運(yùn)行。

雖然工程管理單位注重管道日常維護(hù)及停水檢修，但工程運(yùn)行過程中還是暴露出輸水管線安全性不足的問題，主要集中在玻璃鋼夾砂管段，主要表現(xiàn)為管壁出現(xiàn)氣泡和裂縫、管身變形量大，同時漏水和爆管相對頻繁。

沿線玻璃鋼夾砂管2015年停水檢修檢查缺陷統(tǒng)計(jì)見表1。由表1可知，截至2015年統(tǒng)計(jì)的缺陷問題如下：

(1)DN2000玻璃鋼夾砂管在運(yùn)行10年之后，變形量超過3%的管節(jié)為153節(jié)，占總管節(jié)的44.5%；缺陷管節(jié)數(shù)量為299節(jié)，占總管節(jié)的86.9%，主要缺陷為氣泡，裂縫管節(jié)相對較少。

(2)DN2600玻璃鋼夾砂管在運(yùn)行5年之后，變形量超3%的管節(jié)為94節(jié)，占總管節(jié)的12.4%；缺陷管節(jié)數(shù)量為476節(jié)，占總管節(jié)的63.0%，裂縫管節(jié)相對較多。

(3)DN3000玻璃鋼夾砂管在運(yùn)行5年之后，變形量超3%的管節(jié)為6節(jié)，占總管節(jié)的2.5%；缺陷管節(jié)數(shù)量為80節(jié)，占總管節(jié)的32.9%，裂縫管節(jié)占比較多。

(4)工程玻璃鋼夾砂管變形量超3%的管節(jié)為253節(jié)，占總管節(jié)的18.8%；缺陷管節(jié)數(shù)量為855節(jié)，占總管節(jié)的63.7%。

截至2015年(DN2600玻璃鋼夾砂管運(yùn)行僅5年左右)玻璃鋼夾砂管段已發(fā)生5次漏水和4次爆管。

表1 玻璃鋼夾砂管停水檢修缺陷統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)歷年停水檢修統(tǒng)計(jì)，三種管徑管道管頂覆土深度接近，周邊地質(zhì)條件接近，地下水埋深接近，同時下游并行DN2000玻璃鋼夾砂管和DN2600玻璃鋼夾砂管并行鋪設(shè)，兩管中心距離僅7.5m左右，地下水分布情況基本相同，但兩次建設(shè)管道缺陷側(cè)重點(diǎn)不一樣，具體為：

(1)先行建設(shè)的DN2000玻璃鋼夾砂管缺陷主要表現(xiàn)為變形量大，同時管內(nèi)壁氣泡較多，在雙管段空間有限，新管DN2600玻璃鋼夾砂管建設(shè)時已建DN2000玻璃鋼夾砂管管頂還承受車輛碾壓和堆載，但爆管現(xiàn)象相對較小，僅在2012年5月19日發(fā)生兩條線路均爆管現(xiàn)象和2次漏水事故。

(2)后期建設(shè)的DN2600玻璃鋼夾砂管缺陷主要表現(xiàn)為氣泡和裂縫管節(jié)相對較多，變形量較小，但爆管相對頻繁，該工程建成后管頂基本為草地和菜地，周邊干擾相對較少，但仍然在2012年5月19日、2012年9月14日、2013年11月11日、2016年7月29日發(fā)生爆管現(xiàn)象和1次漏水事故。

(3)后期建設(shè)的DN3000玻璃鋼夾砂管缺陷相對較少，未發(fā)生爆管現(xiàn)象，但發(fā)生2次漏水事故。

同時根據(jù)歷年停水檢修和管線運(yùn)行發(fā)現(xiàn)如下情況：

(1)無論是DN2000玻璃鋼夾砂管還是DN2600和DN3000玻璃鋼夾砂管在運(yùn)行1～2年缺陷均較少，僅局部管節(jié)出現(xiàn)氣泡，裂縫管節(jié)很少，同時零星分布。

(2)2012年發(fā)生雙爆管后，管道缺陷急劇發(fā)展，并且近年來缺陷惡化速度加快，歷年停水檢修缺陷嚴(yán)重位置通過采用手糊玻璃纖維布修補(bǔ)管段在后期也會出現(xiàn)新的缺陷，管內(nèi)玻璃纖維布修補(bǔ)無法根本解決缺陷問題，同時通過對嚴(yán)重缺陷管節(jié)的修補(bǔ)也無法延緩其它管節(jié)缺陷的發(fā)展。

(3)爆管基本是在無外界干擾情況下發(fā)生，往往發(fā)生在裂縫管節(jié)，并且爆管會加重周邊管節(jié)缺陷的發(fā)生和發(fā)展。

(4)管線運(yùn)行存在重大安全隱患，管線周邊城市化進(jìn)程加速，嚴(yán)重威脅沿線鐵路、學(xué)校、居民區(qū)、工廠及道路等公共安全。

3 原因分析

經(jīng)多方研究認(rèn)為，玻璃鋼夾砂管的缺陷產(chǎn)生和爆管是由多方面原因造成的，外部原因主要為管道沿線水文地質(zhì)條件復(fù)雜、施工過程中局部的回填壓實(shí)度難以達(dá)到規(guī)范要求。根本原因還是玻璃鋼夾砂管本身管材質(zhì)量的問題，管道在運(yùn)行過程中大量管節(jié)表面存在氣泡或裂縫，表明管道存在一定的質(zhì)量缺陷，缺陷發(fā)展到一定程度時發(fā)生漏水甚至爆管。

4 解決方案

為確保工程的安全運(yùn)行，每年停水檢修時管理單位不得不對沿線玻璃鋼夾砂管進(jìn)行詳細(xì)檢查，并針對檢查出的問題對管道進(jìn)行及時修補(bǔ)，耗費(fèi)大量的人力物力，同時也加大停水檢修成本。受停水時間限制，對玻璃鋼夾砂管停水檢修修補(bǔ)主要采用手糊玻璃布和碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)，缺陷特別嚴(yán)重的管段才考慮更換為鋼管，根據(jù)停水檢修檢查，手糊玻璃布和碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)管段在后期也會出現(xiàn)新的缺陷，僅能作為一種臨時處理措施。

另外管理單位也多次通過試驗(yàn)、技術(shù)研究等方式尋求徹底解決玻璃鋼夾砂管安全性不足的問題的方案，但終因各種原因沒有找到一種有效的玻璃鋼夾砂管加固補(bǔ)強(qiáng)方案，為盡快徹底消除隱患，最終采取將全部玻璃鋼夾砂管更換為鋼管的換管方案，耗費(fèi)大量資金。

5 結(jié)論

(1)玻璃鋼夾砂管作為一種新型材料具有內(nèi)壁光滑水頭損失小并適于快速化施工等特點(diǎn)，較傳統(tǒng)管材運(yùn)用于供水工程中具有較明顯的優(yōu)勢。

(2)在管道周邊環(huán)境基本相近情況下，不同管徑表現(xiàn)出的缺陷現(xiàn)象側(cè)重點(diǎn)明顯不同，DN2000玻璃鋼夾砂管主要為變形明顯，爆管較少，而DN2600和DN3000玻璃鋼夾砂管變形量不明顯，但爆管較多。

(3)某大型供水工程玻璃鋼夾砂管在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題表明玻璃鋼夾砂管管材本身存在質(zhì)量缺陷。

(4)考慮到大管徑玻璃鋼夾砂管本身質(zhì)量缺陷，并且目前沒有有效解決其安全性不足的方案，因此在供水工程中應(yīng)慎用。