大庆市水务集团有限公司
现代社会城市化建设速度相当迅猛，在城市当中，大口径以及超大口径输水管起着不可替代的重要作用，这对供水的安全性与可靠性提出越来越高的要求。在供水工作中，科学应用气囊堵水技术，是顺应时代发展潮流的直观体现。在城市中维修以及安装大口径或者超大口径输水管道时，科学应用气囊堵水技术，不仅可节约施工时间，也可通过优化施工环境的方式，将对社会的负面影响控制在最小范围。帮助施工企业获得更为理想的经济效益与社会效益。
一、项目概况
某水务集团于2009年为配合铁路进行的供水干管（DN2000）迁改工程，其中遇到新排管道和原供水干管的镶接及对迁改原管道进行截断封堵。如果沿用传统的停水施工，长达39km，直径2m的原供水干管内剩水超过12万m3。单抽完管道内的剩水需用大量的抽水泵，抽水时间达几十个小时。完成整个镶接、迁改施工最少需要停水3d以上。这根DN2000供水干管是陆地输向原水的大动脉、自身的蓄水量只能维持岛上居民用水不足2d，一旦停水时间超过2d，124万常住人口、大量企事业单位将面临断水，后果不堪想象。
二、气囊堵水技术应用现状
通过对充气气囊管道封堵施工进行分析后可以发现。在管径不断增加的同时，气囊受到的水压力也呈现出不断上升的状态，例如水头的直径为6m，300mm直径管道在这一过程当中受到的推力为0.42t。而2200mm的直径管道推力高达22.8t，增长至58倍，导致其出现的原因有以下两种，首先是因管径的增加，气囊受到水压力呈现出几何级数增长的状态。其次，大口径气囊在承受水头压力时呈现出不断下降的状态，所以说在管道口径不断升高的同时，气囊堵水施工的危险性也会有所增加。现阶段工程最常使用的管道封堵气囊为300mm以下。还未有大口径的管道，真正用于封堵气囊施工当中。
三、气囊堵水施工顺序
1.设计外形
首先是借助先进的手段，重新设计线有堵水气囊，进而保障其符合施工要求与标准。保持气囊外形尺寸与堵水管道内壁直径的匹配性，是开展设计工作时必须满足的条件。原始气囊如果出现直径过小的问题，需要利用充气膨胀的方式保障其紧贴管道内壁，但是受到张力不足的影响，气囊和管道接合的摩擦力不断下降，因水压作用而出现移位与渗漏的问题。可通过加大气囊内部压力的方式来改善上述问题，但是却能在受到较大的作用力后，容易出现损坏问题。原始气囊可能会出现直径过大的问题。在充气膨胀后，气囊壁与管壁之间呈现出紧贴的状态，但会有褶皱问题出现，因密封不良而引发渗漏。
2.设计气囊壁的材料和构造
面对DN2000供水干管封堵施工时产生对气囊巨大的水头压力，我们对气囊的耐压要求非常高。经过对现有充气堵水气囊材料的研究、比对，我们最终采用尼龙橡胶布作为气囊的主体材料。经过测试，1.2mm厚度的尼龙橡胶布抗拉强度为40kN/m。气囊由4层1.2mm厚的尼龙橡胶布按90°交叉重叠粘合而成。粘接剂粘接抗剪强度大于100kN/m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆总厚度5mm的尼龙橡胶气囊耐压为0.5kg/cm2，可以达到施工需求。
3.设计气囊附加设施
对工程施用需求，我们还对气囊附加设施进行了设计为了便于对体积达14.65m3的气囊进行充气，并实时掌控气囊内的压力情况，我们在气囊的主受力一端设计了2根胶管，一根较粗用于气囊充气、排气；一根较细用于安装压力表。我们还在气囊两端各设计了4个拉攀。主拉攀沿气囊本体纵向均匀分布于气囊本体的侧壁上，主拉攀与拉绳连接的端部位于与所述气阀相同的半球端面上；主拉攀为长条形，埋设于气囊壁内或气囊壁内表面，其一部分贯穿所述的圆柱体长度的50%以上。辅拉攀设在另一端面半球上。
四、技术要点
1.气囊设计
气囊设计总长L=4000mm，园柱体直径D=2000mm，球体半径R=1000mm，壁厚T=5mm；DN2000气囊由4层尼龙橡胶布按纹路90°交叉粘接而成；每层尼龙橡胶布厚度为1.2mm，抗拉强度为40kN/m，复合胶布强度≥120kN/m，拼缝强度大于胶布强度；粘接剂粘接抗剪强度大于100kN/m；DN2000气囊两端各有4个拉攀，供索引气囊用；主受力一端的每个拉攀受作用力不小于10kN。
2.气囊堵水实验
通过模拟DN2000管道、气囊、空压机、吸风机、压力表等设备对DN2000管道气囊堵水进行模拟实验，实验结果表明，该DN2000堵水气囊在内压达到0.4kg/cm2时，其堵水状态最经济，继续对气囊加压对提高气囊封堵能力边际效用下降；但可以通过增加气囊内气体压力，继续增大封堵能力。该气囊的有效堵水压力为，来水方管道顶部水压压力0.2kg/cm2、管道底部水压压力0.4kg/cm2，此时气囊需要靠挡物阻止其移位，有少许水渗漏，但符合施工条件。
本项目气囊堵水技术在实际应用中要注意以下几点：
（1）气囊的设计尺寸必须和被堵水的管道内径尺寸相当匹配。要详细地核对资料；查核被堵水点的管道内径，还要考虑内防腐层（水泥沙浆涂层）对管道内径尺寸变化。
（2）气囊壁厚尺寸选择要合理只要能够满足堵水水头压力需要，越薄越好，这样方便操作使用。过厚的壁厚，会使气囊减少柔软性和变形度。使气囊僵硬，不便安装和拆卸。壁厚增大会增加气囊重量，增加气囊造价。
结语：在技术难关的影响下，国内堵水气囊技术主要应用于小口径管道上。在大力发展与研究的基础上，城市供水干管拆迁工程对队气囊堵水技术的应用是在技术上实现重大突破。该项技术拥有广阔的发展空间与前景。因此，需要在原有基础上加大对气囊堵水技术的研究力度。在大口径油路管道封堵中，对其进行恰当使用。尤其是要在不断深化的同时，扩大其应用范围，促使其充分发挥自身优势与价值，为社会与经济发展贡献应有力量。
参考文献：
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[2]宁冉,吴国权.气水脉冲技术在大口径供水管道清洗中的应用[J].西南给排水,2013(4):24-28.
论文作者:刘光宇
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/22
标签：气囊论文; 管道论文; 技术论文; 水压论文; 直径论文; 橡胶论文; 压力论文; 《中国西部科技》2019年第10期论文;