汪庆祥
北京市自来水集团禹通市政工程有限公司 北京市 100142
摘要：近年来，社会进步迅速，针对球墨铸铁硬度低、耐磨性不足的问题，对其进行了激光强化试验研究，摸索工艺参数对强化硬度的影响，并利用金相显微镜、X射线应力仪及磨损试验机，重点研究了激光强化后淬硬层金相组织、残余应力与耐磨性的变化。结果表明，激光强化后，球墨铸铁表面硬度显著提高，淬硬层组织为隐针马氏体+珠光体+重构碳化物+少量残余奥氏体，残余应力为压应力，整体耐磨性和抗疲劳能力显著提升。
关键词：冰浆清洗技术；小口径球墨铸铁给水管道；清洗效果
引言
目前，给水管道清洗是提高管网水质的最有效途径之一，常见的清洗方法主要有单向水冲洗法、高压水射流冲洗法、机械刮管法、化学清洗法和气水脉冲清洗法等。单向水冲洗法适用于给水管道内壁仅有松软的积垢，对较坚硬的“生长环”冲洗效果不佳，此外，流速是影响水力冲洗效率最重要的参数，对于大口径管道，提高流速较为困难，水力冲洗效果不理想，而且耗水量大。高压水射流冲洗法适用于各类容器与管道内外壁的清洗除锈，一次清洗长度有限，而且清洗工作需要使用超高压设备，操作要求高。机械刮管法通常应用于管径＜450mm的管道，一般每次可刮管100～150m，对于较长距离的管道要分成若干个清洗段分别断开、逐段实施，从而增加人工开挖工程量和施工停水时间，遇有管道附件时，施工比较困难。当积垢的主要成分为碳酸盐或铁锈时，可以用酸洗法清除，但该法在给水管道清洗中的适用场景很少。气水脉冲技术清洗管道，对水压、气压、气量的控制比较重要，水量过大，无法形成湍流，不能形成喷砂效果;水量过小，易造成气水分离，清洗失败;气量越大效果越明显，但是气量越大，压力越高，易造成管线破裂，需提前测试，寻找最佳水量、气压配合。
1冰浆清洗作业流程
前期准备工作:①提前24h发布停水通知，停水时间暂定为09:00—17:00，并告知小区物业此次停水原因为小区管道清洗，清洗作业期间会有噪声等。②排查小区内各单元阀及梯口阀，将无法关死的阀门进行更换，并将9#、11#消火栓水表表芯及滤网取出，用旧水表表盘封堵。冰浆清洗作业流程如下:①于清洗当天上午09:00关闭小区1#进水总阀，之后关闭6#、7#、8#梯口阀以及受清洗工作直接影响的楼栋单元阀和3#腰阀。②冰浆运输车辆到达现场后，使用消防水带连接水泵与9#消火栓并开启消火栓，同时使用消防水带连接11#消火栓至水质检测车(水质检测车另一端用消防水带连至污水井)并开启消火栓。③于09:45进行第一次冰浆灌注，首先开启电源，约持续7．5min，搅拌桶水位约下降60cm，然后关闭电源，紧接着关闭5#梯口阀，开启1#进水总阀进行第一次清洗，控制清洗水的排放，观测清洗废水的浊度变化，当浊度显著上升时开始取样，取样频率为每30s取样一次，待浊度降低并趋于稳定后关闭1#进水总阀、4#腰阀，开启3#腰阀，第一次清洗结束。④于10:15进行第二次冰浆灌注，首先开启电源，约持续7min，搅拌桶水位约下降55cm，然后关闭电源，紧接着关闭9#消火栓阀门，开启1#进水总阀和5#梯口阀进行第二次清洗，后续步骤同第一次清洗。⑤清洗作业结束后拆卸消防水带，开启2#落水阀进行管网水冲，直至排放水浊度满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求，并再次取干净水样带回实验室进行水质检测，对比分析冰浆清洗前后管网水质。⑥清洗完成后，恢复小区内阀门，开启6#、7#、8#梯口阀和楼栋单元阀，确保小区用户正常用水;并将9#、11#消火栓水表拆出的表芯重新安装回去，确保表芯与水表匹配且表芯方向正确，安装完成后开启9#、11#消火栓阀门。
2管道安装现状调查及原因分析
利用项目部现有的仪器分别在桩号K1+000-K1+060、K2+000-K2+060、K5+000-K5+060、K8+000-K8+060、K11+000-K11+060设置试验段进行球墨铸铁管道承插对接相应施工工序时长调查分析。目前管道承插口安装工序时间平均为14.0min/节，结合市场调查信息，与类似项目进行横向对比，青龙河河道综合整治工程项目及兰陵县会宝岭水库城乡供水项目中，管道设计管径，长度及重量等管道参数大于第二水源输水管道项目，平均单节球墨铸铁管道安装时间最小为15.82min/节，管道承插口安装工序时间最小为8.9min/节。通过管道承插对接相应施工工序时间偏差排列图可以看出，球墨铸铁管道承插对接施工工序时长累计偏差最大6.9min，其中管道承插口安装工序时间偏差值为5.1min，占管道安装总时间偏差值的73.91%。管道承插口安装工序时间长是影响大口径承插式球墨铸铁管道单节安装时间主要症结。
小组从人机料法环测6个方面分析，对相关末端原因进行验证后得出导致“球墨铸铁管道承插口安装工序时间低”的主要原因是：人工手拉链条用力不均；胶圈材质硬度大、摩擦力大；管道起吊点位置不准确。未改进前，在手拉链条的内侧有一个棘轮棘爪机构，人工手拉链条带动齿轮旋转，很容易因为不同施工人员操作造成导向轮挤压链条打结、卡链，改进后由两对平滑自锁的夹钳，像两只钢爪一样交替夹紧，代替原来棘轮棘爪，直线运动达到牵引作用。通过带动结构由手拉链条改为夹钳、增加旋转手柄措施，倒链拉进平均时间提高了3.42min/节，球墨铸铁管道承插口安装工序中手拉葫芦拉进平均时间3.24min/节，缩短球墨铸铁管道承插口安装工序时间为10.58min/节。
3技术性能及经济效益
①本项目研究开发的冰浆清洗技术及设备已累计清洗管道长度约5km，性能及效果稳定;清洗出管道沉积物的质量一般在10～30kg/km;清洗废水浊度最高超过9999NTU;单次清洗水耗不超过清洗管道的2倍体积。②与其他管道清洗方法相比，冰浆清洗技术可节省冲洗用水50%以上、节省冲洗用时50%以上，对管道内沉积物和附着物的去除效率较高，操作简便，且不会对管道造成损伤。③在达到同等清洗效果的前提下，冰浆清洗的成本为其他清洗技术的1/5～1/2，具有十分显著的经济效益。
4冰浆清洗效果
4.1清洗废水水样
清洗过程中采集的水样颜色较深且浑浊。对比还可以看出，第二次清洗水样的颜色较第一次清洗水样的颜色更深，也更浑浊，而且第二次清洗时排出口收集到冰浆，第一次清洗却没有收集到冰浆。分析认为，第一次冰浆注入量不足且冰浆浓度低，外加气温较高，形成的有效冰柱较短，所以未到排出口冰浆已经全部融化，管道未能全部清洗，清洗效果不佳;第二次清洗时，在排出口收集到冰浆，表明冰浆注入量充足，形成的有效冰柱较长，能持续清洗到排出口，所以清洗效果较好。引起管网二次污染的原因主要有两方面:一方面是内部原因，给水管道在常年的运行中，经过物理、化学、生物等作用，沿管道内壁形成不规则的“生长环”，其形成机理包括金属管材的电化学腐蚀、微生物腐蚀、沉淀结垢等。另一方面，国内城市的供水管网规模普遍较大，管道建设和更新速度较快，管道施工和抢维修作业频繁，然而国内的管道施工不够规范，管理有缺位，管道保护不足，清洗不到位，容易导致泥沙、碎石等积留于管道内。而冰浆清洗技术可以冲出这些污染物，从实际收集到的水样也可以看出，清洗出来的沉积物主要为泥土、沙子、铁渣、管垢等。
4.2清洗废水浊度变化
两次清洗废水的浊度均会陡升至最大值，然后再陡降，浊度陡升的过程就是冰浆清洗的过程。第一次冰浆清洗时，废水浊度陡升至最大值1445NTU用时3．5min(取样时间间隔为30s)，第二次清洗时废水浊度陡升至最大值(超过了浊度仪的量程9999NTU)仅用时1min，较短时间内浊度迅速下降、水质迅速提高，很快满足清洗管道水质要求。清洗废水的浊度高，表明冰浆清洗下来的管道沉积物量多，通过经验公式计算得到第一次、第二次冰浆清洗出的沉积物量分别为1．16、6．85kg，折算为6．4、35kg/km，这充分说明，在注冰量充足的情况下，采用冰浆清洗给水管道效果良好，能将大量沉积物冲出管道。需要说明的是，注冰量充足并不是指冰浆充满整个管道，总结多次清洗经验以及参考国外相关研究成果，认为单次注冰量控制在清洗管道容积的30%左右较佳。
结语
结合现场实际，通过采用新型STD型胶圈及改变手拉葫芦支配系统结构等措施，将缩短大口径承插式球墨铸铁管道单节安装时间，在保证管道安装质量的同时，大幅提高了球墨铸铁管道安装效率。将本次球墨铸铁管道安装施工所采取的多方面措施以及方法归纳总结，作为项目长期管理措施写入项目管理计划，为今后同类工程项目的施工提供参考和指导。
参考文献
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