真空卸污系统管道施工要点探讨

董大为，马麒，闫凯

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

随着近年来中国高铁建设的不断推进，动车组成为人们中短途出行的首选。动车组列车的卫生间采用密闭式真空卫生间，由于其容量有限，在长途运输过程中需要在中间站进行卸污作业，同时动车组列车的日常检修工作也需要对入库检修的动车组列车进行卸污作业，因此，真空卸污系统在动车所和车站得到了大量的使用。真空卸污系统主要由三部分构成:真空机组、污物接收单元和卸污管道。其中卸污管道起着输送污物、连接各设备单元和储存真空的作用，卸污管道材料的优劣直接关系到整个真空卸污系统的效率。在众多的管道材料中，PE 管材以其耐腐蚀、耐低温、韧性好、强度高、刚柔相济、成本低廉、内壁光滑阻力小适宜真空管道设计的性能较好地解决了传统金属管材存在的易腐蚀、接头易泄露、管材自重大搬运困难等难题。

1 PE 管材的特点

PE 管材作为真空卸污系统的管道材料，它有着金属管材和其他管材所没有的优点:

(1)管材强度高自重轻:和金属管材及其他管材相比，在真空卸污系统中，考虑到设计压力和输送流量两个指标，在设计承压范围内，PE 管材在同管径材料中的承压能力最高且自重最小。

(2)管材耐低温且韧性好:PE 管是一种高韧性的管材，其破坏伸长率一般超过50%，在低温环境下依然有良好的韧性。在真空卸污系统的管道施工中，尤其是车站的卸污管道直埋施工中，由于工期和成本的限制，绝大多数施工单位无法做到卸污管道的管道基础平顺、密实，在卸污管道铺设后管道基础有着大小不均的沉降。PE 管材对管道基础不均匀沉降的适应能力非常强，其良好的挠性可有效地减少不均匀沉降带来的应力集中，提高管道的使用寿命，同时也具有优良的抗震性能。

(3)管材耐腐蚀性能好:PE 管材具有优良的耐腐蚀性，PE 管材的主要材料聚乙烯是一种惰性材料，可耐多种化学介质的侵蚀。PE 管材能很好的抵抗高浓度粪便污水的化学侵蚀，在管道直埋施工中，不需要防腐层，管线可直接敷设在腐蚀性的土壤中，且无电化学腐蚀，使用寿命长达50 a。

2 PE 管材一般熔接技术要点

目前，施工中PE 管材的连接方式主要采用电熔熔接和热熔熔接。电熔熔接原理是采用专用的电熔焊机，通过对电熔管件通电，使其内表面的电热丝发热，使得管件的内表面及管材的外表面分别熔化而产生熔合，再冷却达到熔接目的;热熔熔接原理是将需要熔接的管材加热(一般加热温度在190～240℃之间，不同品牌的熔化温度一般不同)，再将管材两端熔化的部分充分接触，并施加适当的压力，冷却后便可达到熔接目的。

2.1 电熔熔接技术要点［1］

(1)电熔熔接前要先清洁管材熔接面上的污物，使管材表明干燥清洁，再刮除管材的氧化层(一般为0.1mm)，以管材能轻松插入电熔管件内但又不能自动脱离为准。

(2)电熔熔接前要将管材和电熔管件安放在同一个轴线上，并固定牢固。

(3)打开电熔机，观察设备电压波动范围是否符合要求，将电熔机插头插入电熔管件的电极并安装牢固，自动扫描电熔管件的条形码或手工操作输入熔接参数，并确认。

(4)开始熔接，观察“观察孔”的冒料情况，“观察孔”中的物料要完全顶出，待达到规定熔接时间后，电熔机将自动停止，此时不得移动管材和管件，也不能直接回填土方，要等到冷却后才能移动或回填。

(5)在不同季节或不同地区进行电熔焊接时，要考虑环境温度对电熔效果的影响。在低温地区室外施工，要考虑电熔配件在焊接过程中的温度补偿时间。

2.2 热熔熔接技术要点［1］

(1)将两段待熔接管材放置在热熔机的卡槽上同时按管径的不同选择夹具将两段管材夹紧，使两段管材在同一轴线上。

(2)对加热板进行清洁，保证加热板表面干净，无油渍及杂物，然后调节加热板温度，使加热板达到额定熔接温度［一般为(210±10)℃］后备用。

(3)安装旋转刨刀，启动旋转刨刀的同时开动液压开关，将两段待熔管材的端头刨平，保证两段待熔管材的端头接触时紧密无间隙。

(4)拆卸旋转刨刀安装加热板，开动液压开关，使管材两端面和加热板紧贴并施加一定的压力，同时开始计时，时间达到工艺要求时，观察管材翻边情况，翻边和时间达到要求后，开动液压开关将两段管材松开，取出加热板。

(5)取出加热板后迅速开动液压开关，将两段管材对紧熔合并施加压力，同时开始第二阶段的计时，观察管材翻边情况，翻边和时间都达到工艺要求时，停止施加压力，开始冷却计时，冷却结束后，拆卸夹具，熔接结束。

总体上来说，热熔成本低于电熔成本，按标准进行的热熔和电熔熔接在质量上基本相当。

3 铁路真空卸污系统管道施工的要点

我国铁路真空卸污系统主要应用在动车所和车站，卸污管道在这两个场所施工时有着各自的特点，同时真空卸污管道的铺设也有着和其他市政管道铺设不同的特点，这些特点也就成为真空卸污系统管道施工要关注的要点。

(1)在动车所内的卸污管道施工时，大部分动车运用都具有综合管沟，卸污管道在综合管沟内排列铺设，综合管沟内有空间可以将热熔机具安装施工，可以在综合管沟内进行卸污管道的热熔施工。在实际施工过程中在管道施工时虽然综合管沟已经建好，但是整个动车所的排水系统尚未形成，降雨无法顺利排除，综合管沟内经常有较深的积水，体积较大、熔接程序较复杂的热熔机很难适应现场的施工需要，且存在极大的用电安全隐患，因此在实际管道施工中，通常在综合管沟外按照图纸将管材和管件热熔成一个个半成品预制件，然后再将预制件抬入综合管沟进行电熔连接。电熔机的体积小巧且熔接程序简单，适合在复杂的环境中使用，应注意在电熔时应将电源线牢固的固定在综合管沟的沟顶。综合管沟内的卸污管道施工可以将管道标高准确的放线放到沟壁上，管道支架按照墨线安装，管道的坡度能够得到保证，有利于管道施工质量，另外综合管沟内温度四季变化比室外管沟温度变化小，可减少管道伸缩节的使用量。

(2)在车站真空卸污系统管道施工时，施工分为直埋施工和在排水沟内铺设两种。

直埋施工时，由于受到沟槽旁边成型的路基及雨棚基础的影响，卸污管道开挖沟槽的宽度受限，热熔机很难在沟槽内使用，通常在沟槽外按照图纸将管材和管件热熔成一个个半成品预制件，然后再将预制件抬入沟槽进行电熔连接。直埋施工的沟槽一般由挖掘机开挖，沟槽的底部标高不能得到保证，在进行卸污管道铺设前必须先进行人工清底和填沙夯实再找标高，保证沟底的密实及坡度。

在排水沟内施工的要点与在综合管沟内的管道铺设相同，但排水沟在室外，管材受温度影响大，热胀冷缩现象明显，要对在排水沟内的管材进行保温处理，减小温度应力的作用，同时增加伸缩节的使用量。

(3)真空卸污系统的卸污主管道一般采用dn160 的PE100 管材，采用热熔熔接时管材的翻边相对于管径尺寸很小，对管道内液体的通过能力几乎没有影响，因此卸污主管道的熔接可以采用电熔熔接或热熔熔接。与卸污单元设备连接的卸污支管一般采用dn63 的PE100 管材，若采用热熔熔接，管材热熔时的翻边相对于管径尺寸较大，会产生缩颈现象，影响支管内液体的通过能力，容易被污物堵塞，因此卸污支管道的熔接宜采用电熔熔接。

(4)真空卸污系统的卸污主管道与卸污支管道采用Y 型连接，两管道之间的夹角不宜大于45°。卸污主管道的坡度根据实际需要确定，宜为0.1%;卸污主管道水平方向遇到障碍物需要绕避时，宜采用不大于45°的弯头对接绕避，不得采用90°弯头绕避［2］。

(5)真空卸污管道纵向遇到障碍物需要提升跨越时，管道要先做U 型存水弯再垂直提升，这样可保证在提升过程中管道内的气、液不会产生分离，防止在提升中只有质量较轻气体被吸走，质量较重的液体在管道内产生漩涡回流，能极大地提高卸污作业效率［2］。

4 建议

(1)目前在PE 管材的施工作业中，施工现场使用最多的是半自动或手动电熔、热熔焊机，焊接管材的同轴性和对接压力等技术指标主要靠操作人员根据经验和观察来进行调节，焊接质量波动不定，人为因素的影响较大。真空卸污管道所在的环境苛刻，施工过后返工检修的条件几乎没有，因此真空卸污管道的焊接质量必须100%合格，管道施工宜采用全自动焊机进行施工。

(2)真空卸污管道为负压管道，有着不同于正压管道施工的技术要求，尤其在平面绕避障碍物和纵向提升跨越障碍物时有其特殊的要求，因此在施工时必须严格执行。

(3)真空卸污管道铺设完成后要进行负压气密性试验，在实际工程中，很多时候卸污管沟是分段开挖，卸污管道铺设后马上就进行回填，因此，卸污管道在施工过程中要根据铺设进度，分段进行负压气密性试验，在所有管道完全贯通后再进行整体负压气密性试验。试验压力要在(-70 ±5)kPa 之间，并且至少保持30 min，在保压1 h 后真空损失小于5%［2］。

［1］赵建青.PE 管熔接技术探讨［J］.上海煤气，2008(5):5 -8.

［2］TB/T 3163—2007，铁路站段真空卸污系统技术条件［S］.