1、新兴际华集团新兴际华集团Xinxing Cathay International Group管通四海管通四海 为人民健康引水为人民健康引水新技术助力供水管网改造，实现输水安全球墨铸铁管非开挖修复技术汇报人汇报日期武茂红11月22日目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全05非开挖修复全寿命周期综合分析04球墨铸铁管非开挖修复施工方案03球墨铸铁管非开挖修复技术分析01供水管网现状及存在的问题02球墨铸铁管非开挖修复项目背景目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全05非开挖修复全寿命周期综合分析04球墨铸铁管非开
2、挖修复施工方案03球墨铸铁管非开挖修复技术分析0101供水管网现状及存在的问题供水管网现状及存在的问题02球墨铸铁管非开挖修复项目背景 管网老化 国内大部分市政供水系统建于20世纪末期，很多管网都已经铺设了30余年，随着供水管网的使用，管网的老化程度也变得愈来愈明显，导致管道破裂、漏水、压力波动等问题日益严重。p 供水管网情况供水管道不同年代敷设长度和比重（城市+县城）管道材质：钢管、铸铁管、混凝土管、塑料管 管道规格：DN500以下占80%，DN500以上占20%；漏损严重 管网存在着大量的漏水问题，尤其对于老旧管道，漏水量更为严重。2021年全国城市公共供水漏损水量达到80.4亿立方米，平
3、均漏损率12.8%；县城公共供水漏损水量达到13.6亿立方米，平均漏损率12.2%。比2020年略有下降，但离“十三五”期末的预期性目标10%，存在一定差距。水质污染 管网老化，水污染几率增加。一旦出现水质污染，将会威胁到居民的健康和安全。管网更新改造 开挖更新改造无管位，因阻碍交通、施工扰民、环保等问题相关部门审批难度大。非开挖更新改造修复材料价格高、刚度亟待提高、使用年限有待论证检验、后续运维难度大。现有修复工法没有一劳永逸的解决方案目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全05非开挖修复全寿命周期综合分析04球墨铸铁管非开挖修复施工方案03球墨铸铁
4、管非开挖修复技术分析01供水管网现状及存在的问题0202球墨铸铁管非开挖修复项目背景球墨铸铁管非开挖修复项目背景 市政给水管网待更新管网19.6万公里 截止到2020年，我国城镇供水管网长度100.7万公里，其中灰口铸铁管和混凝土管的使用比例为19.5%，总长度为19.6万公里。两种管材使用年限超过30年，老化问题凸显，影响日常保供和安全运行，严重威胁人民群众生命财产安全，习总书记对管网的指示 随着我国城市化进程不断提高，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入，城市市政管网建设得到快速发展。2021年12月8日习总书记在中央工作会议上
5、批示：要求“十四五”期间，必须把管道改造和建设作为重要的一项基础设施工程来抓。“适度超前开展基础设施投资”写入此次会议文件，明确点出这项任务清单：“包括加快城市管道老化更新改造等。”我国早期受经济和技术的影响，市政供水管道大量使用灰铸铁、混凝土管等。预应力钢筒混凝土管(PCCP)自20世纪80年代引入PCCP生产线，已累计建成近3万 km 的 PCCP 埋地管道。PCCP 管已广泛应用于我国水利、市政给排水等输送水工程。PCCP管结构示意图 PCCP管线现场 混凝土管失效 美国是PCCP管的先行者，美国自来水协会研究基金会(AwwaRF)在2008年发布了“PCCP失效”专题报告,并“希望这个
6、结果将应用于整个世界”。报告指出，失效平均年份是13.95年，严重劣化或结构弱化、服务能力减少失效为16.75年。我国混凝土管使用情况不容乐观，有些管线使用7年左右管线已不能正常运行。甚至频繁发生爆管事故。预应力钢筋混凝土管爆管图片 混凝土管失效 国内很多输水、调水工程输水管材选用PCCP管，如南水北调、广州西江引水、太原引黄等工程。使用十余年后，一些工程也出现爆管事故，甚至出现多次爆管的情况发生。美国PCCP管失效报告发布后，国内工程管理部门委托科研院所对PCCP管破坏模式、缺陷、环境以及运行情况进行研究分析。并对修复加固方法进行研究，以避免预防灾难性的爆管事故放生。从研究结果来看：主要采取
7、预应力加固的方式，缺乏彻底解决问题的方案！郑州管网修复 郑州自来水投资控股有限公司老旧供水管网改造提升工作实施方案实施方案中部分管线采用非开挖修复，郑州水司提出可否采用球墨铸铁管进行修复。通过市场调研及论证，制定采用特种球墨铸铁管进行修复结构性修复方案，得到郑州自水司的认可，在郑州文化路采用球墨铸铁管进行修复，取得成功申请专利。我公司以球墨铸铁管为修复管材，采用穿插施工修复的工法，用于给水管网非结构、半结构和结构性修复，并获得国家专利。以下优点:目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全05非开挖修复全寿命周期综合分析04球墨铸铁管非开挖修复施工方案03
8、03球墨铸铁管非开挖修复技术分析球墨铸铁管非开挖修复技术分析01供水管网现状及存在的问题02球墨铸铁管非开挖修复项目背景 客户期望 使用寿命50年以上 水力计算满足原设计要求 工法满足扩容的需求 管材机械性能优越 管线运行维护便捷 现场开挖对交通无太大影响 施工便捷不扰民 投资少，成本低 球墨铸铁管性能优异-钢的机械性能和铸铁耐腐蚀球化处理改变金相组织和石墨形态性能指标灰铁管球墨铸铁管钢管抗拉强度(MPa)0抗弯强度(MPa)200360590400延伸率(%)0DN80100010DN弹性系数(N/mm2)6104 球墨铸铁管
9、【铁的本质、钢的性能】球墨铸铁管性能优异-钢的机械性能和铸铁耐腐蚀 接口安全性-型式试验保障依据标准：GB/T 13295-2019 水及燃气用球墨铸铁管、管件和附件 球墨铸铁管工作压力-计算方法 根据GB/T13295水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件标准，允许压力按以下方法计算：PFA、PMA和PEA最大值由下列各式计算：1）、允许工作压力（PFA）的计算 3）、允许试验压力（PEA）的计算 2）、最大允许工作压力（PMA）的计算 u 允许工作压力(PFA)部件可长时间安全承受的内部压力，不包括冲击压。u 最大允许工作压力(PMA)部件在使用中可安全承受的最大内压力，包括冲击压。u 允许
10、试验压力(PEA)新安装在地面上或掩埋在地下的部件在短时间内可承受的最大流体静压力，此压力用以检测管线的完整和密封性。球墨铸铁管工作压力-计算方法 。根据允许压力公式计算，球墨铸铁管承压能力强，远高于实际工作压力，修复后相当于敷设一条新的管线。不同的内衬层-满足各种水质输送要求内衬材料适用环境标准内衬硅酸盐水泥内衬大多数的原水和饮用水加强级内衬高铝水泥内衬生活污水、工业污水等抗硫水泥内衬水泥内衬密封层高品质饮用水特殊内衬有机涂料内衬高品质饮用水强腐蚀性水质（工业排水、海淡化水等）内衬聚氨酯涂层水泥砂浆内衬 不同的内衬层-卫生许可证批件 输水能力匹配计算 计算原则和依据 计算原则：等流量，同水力
11、坡降 根据旧管道的水力条件，合理选择新管内衬材料和缩径比例 输水能力匹配：确定涂层选择（针对灰铁管，推荐水泥砂浆内衬或有机涂料内衬；对于混凝土管，推荐有机涂料内衬）水泥砂浆内衬：Ch=130135 有机涂层内衬：Ch=140150聚氨酯涂层水泥砂浆环氧密封层 水头损失对比 预应力混凝土管规格管材材质海森威廉系数沿程水头损失（m/Km)缩径量（mm)缩径比（%）0.60.81.0 1.21.41.6DN600砼管1100.7962 1.3565 2.0506 2.8743 3.8240 4.8969 6210.30 球铁管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球铁管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 球铁管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 球铁管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球铁管1400.1897 0.3231 0.4885 0.6847 0.9109 1.1665 水力计算海森-威廉系数选择依据GB 50013水利水电行业球铁管技术导则11日本久保田铁工株式会社出版的球墨铸铁管手册（第185页）水力计算国外海森威廉系数选择1 管径（DN）安装时间试验时管线年龄（年）海澄-威廉系数Ch当量粗糙度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美国水行业协会编制的M41球墨铸铁管道和管件第9.2.1条款：球墨铸铁管研究协会在试验后建议，带有水泥内衬的球墨铸铁管海澄-威廉系数Ch合理取值为140。p 使用年限越短，Ch越大。p Ch值基本不随时间变化p 水泥涂衬工艺对Ch有影响（早期采用喷射工艺，之后采用离心涂衬工艺
15、，当前采用离心涂衬+内磨工艺）水力计算国外海森威廉系数选择 球墨铸铁管非开挖修复工法 胀管法穿管法目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全05非开挖修复全寿命周期综合分析0404球墨铸铁管非开挖修复施工方案球墨铸铁管非开挖修复施工方案03球墨铸铁管非开挖修复技术分析01供水管网现状及存在的问题02球墨铸铁管非开挖修复项目背景 非开挖修复过程03040102 穿管法-DN8003000mm1.现场踏勘、全景检测仪、陀螺仪检测p 旧管材质、埋深，内径尺寸、管道偏转引起的错台、偏转角度内壁腐蚀情况、周边施工环境等；管道缺陷分析及定性、管段整体状况建模分析评估
16、，并作为轴线校正依据。穿管法-DN8003000mm2.管道预处理p 针对管道的材质规格、检测出的错台、接口环缝、管内凸起异物选择相应的预处理工艺。3.轴线矫正、扩径 根据CJJ244-2016城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程6.2内衬设计规定：穿插法内衬管道外径宜取原有管道内径的90-95%。我穿管修复工法是一种硬管修复工法，需对原管道轴线进行矫正和扩径。4.轴线矫正、扩径穿管施工 穿管采用牵引、顶拉的方式进行施工。球墨铸铁管进入原管道，穿插过程中，应匀速穿插，采取减阻措施减少管壁之间的摩擦阻力。采用牵引方案施工，采用自锚式球墨铸铁管，牵引力不超过球墨铸铁管最大允许拖拉力。注：穿管时，
17、两端管口采用软性材料防止球墨铸铁管进入管道时与操作坑壁、管道端口发生摩擦。球墨铸铁管穿插法的优势 置换后管道过水能力与原有管道过流能力等效。胀管法p 1、胀管过程 1.1 牵引设备安装在牵引坑，钢索或液压牵引装置穿过管道在工作坑内与胀管头连接，胀管头在施工管道中通过膨胀功能将原有管道胀碎后挤压进周边土壤，然后胀管头收缩，接着在牵引系统的拉力作用和顶进系统的推力作用下，带动替换新管向前移动，重复此过程，完成对整段旧管道的替换。1.2 在工作坑内，以顶推方式实现球铁管的的连接。在顶推过程中，注意顶管的顶推力、顶推速度等值。胀管法p 2、修复管选用柔性承插式自锚接口。接口允许偏转1.23，曲率半径小
18、，适应性强，安全性强。DN壁厚级别承口外径PFA接口允许拖拉力mmMPaKN300K94054.0400500K96313.0800600K97383.01140700K98482.51283800K99742.51670900k910722.520381000K911802.525871200K914142.02968自锚式接口允许最大拖拉力 胀管法修复典型胀管头新兴设计胀管头可破碎脆性管道（混凝土管）可破碎柔性管道（双壁波纹管、钢管等）目 录CONTENTS球墨铸铁管非开挖修复技术新技术助力供水管网改造，实现输水安全0505非开挖修复全寿命周期综合分析非开挖修复全寿命周期综合分析04球墨铸
19、铁管非开挖修复施工方案03球墨铸铁管非开挖修复技术分析01供水管网现状及存在的问题02球墨铸铁管非开挖修复项目背景非开挖修复全寿命周期综合分析 修复技术的选择非开挖修复全寿命周期综合分析 管材的全生命周期ISO 21053-2019输水用球墨铸铁管寿命周期分析和循环利用 非开挖修复全寿命周期综合分析内容管材性能比较表球墨铸铁管 （环氧密封层）钢管翻转法（CIPP）管径DN950DN920DN1000防腐能力强较弱强承受内、外压可埋深能承受较大内压可埋深能承受较大内压受外压较差易变形施工难易方便方便难，对施工人员要求高施工方法开挖、顶管开挖、顶管开挖、热固化接口形式承插式、橡胶止水现场焊接、刚性
20、接口粗糙度（n值）水头损失0.0080.00950.0130.0080.009重量管材运输重量较小、运输方便重量较小，运输方便重量较小，运输方便管道综合造价300使用寿命（年）503030全寿命周期费用（元/年）279.2307410 管材的全生命周期购置成本比较非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 国内漏损情况 2021年全国城市公共供水漏损水量达到80.4亿立方米，平均漏损率12.8%；县城公共供水漏损水量达到13.6亿立方米，平均漏损率12.2%。比2020年略有下降，但离“十三五”期末的预期性目标10%，存在一定差距。2021年，城市公共供水漏损率低于10%的
21、，仅有山西、浙江、陕西、甘肃、青海5个省份，吉林21.8%、黑龙江21.0%；县城公共供水漏损率低于10%的，仅有山东、河南、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、新疆8个省份，辽宁30.6%、吉林20.9%。住房和城乡建设部办公厅 国家发展改革委办公厅关于加强公共供水管网漏损控制的通知(建办城20222号)：到2025年，全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内。非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 国内漏损情况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%200018中国城市中国城市75mm75mm以上供水管材使用比例以上供水管材使用比例球墨铸铁管钢管灰口铸铁管预应力钢筋砼管其他管材数据来源：城市供水统计年鉴非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 国内漏
23、损情况绍兴市历年供水管网漏损量、产销差率和漏损率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%万立方米漏损量产销差率漏水率非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 国内漏损情况绍兴水司管材使用：DN100及以上，主要采用球墨铸铁管；DN100以下，主要采用不锈钢复合管。非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 日本漏损情况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%0520102015比比例例年份年份日本球管、钢管和硬日本球管、钢管和硬PVC管使用比例管使用比例球管钢管硬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%02000201020
25、15日本供水效率日本供水效率有效供水率计量供水率未计量供水率非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 日本漏损情况 日本东京市供水管网：1980至2013年，球墨铸铁管使用率由50%提高到了96%；漏损率由15%下降到了2.3%。通过预防漏损率的各种措施，与2000财政年度相比，2013财政年度东京事业局节省使用电量45百万度/年，相当于总电量的6%。非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 运行中破算情况 数据展示了日本172家供水公司2004年至 2007年发生的5679起漏水事件。根据管道自铺设以来的使用年限，对管道破损事故率进行了分类，因此可以清楚地展示球墨铸铁管的耐久性。即使使用了5
26、0年，球墨铸铁管的破损事故率也不到0.03/年/公里。铺设后管龄0 56 1011 1516202125破损事故率（次数/年/公里）0.0020.0030.0020.0050.007铺设后管龄2630346 to 50破损事故率（次数/年/公里）0.0140.0220.0260.0220.023非开挖修复全寿命周期综合分析 漏损情况p 运行中破损情况 2000至2003年，德国供水分会对德国供水管网破损事故率进行了研究。下表显示了管道总长约3万公里的球墨铸铁管的破损事故率。这项研究区分了使用外涂防腐层球墨铸铁管和没有外涂防腐层的球墨铸铁管（只有一层薄的终饰层）。20世纪7
27、0年代，德国开始使用外涂防腐层管道。使用外防腐涂层球墨铸铁的平均破损事故率率非常低，为0.03次/年/公里（根据管径范围在0.04至0.02之间），与法国情况类似。同时可以看到，破损事故率随管径增大而减小。德国球墨铸铁管的破损事故率产品破损事故率（次/年/公里）DN200均值无外涂层球墨铸铁管0.080.070.050.07带外部涂层的球墨铸铁管0.040.030.020.03非开挖修复全寿命周期综合分析 球墨铸铁管全生命周期低泄漏率材料：高强度，高耐冲击性，长期稳定性管道：接口柔韧性好，能吸收地面沉降长期耐用性材料本身的高防腐性能，管线服役寿命长最佳输水能力内径比相同公称直径的其他管材大可回收性可回收的原材料使用寿命长维护成本低运营成本低报废成本低感谢聆听感谢聆听THANKSTHANKS管通四海管通四海 为人民健康引水为人民健康引水
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