城市燃?xì)饩W(wǎng)里,pe管因柔韌、耐腐蝕被大量采用,但同一條管網(wǎng),有人用三十年無(wú)恙,有人十年就脆裂漏氣,差距出在“怎么埋”。我們截取華東三地、五種典型敷設(shè)場(chǎng)景,把同批次PE100 SDR11 dn160管段置于直埋、磚砌管廊、頂管穿越、定向鉆穿越、架空套管五種環(huán)境,連續(xù)八年跟蹤,用氧化誘導(dǎo)時(shí)間(OIT)、拉伸屈服強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度三項(xiàng)核心指標(biāo),量化壽命衰減曲線。
直埋段最先出問(wèn)題。江南稻田地下水位高,夏季30 ℃,冬季5 ℃,酸堿度6.8,含2.3%硫酸鹽。第八年取樣,OIT從初始112 min掉到42 min,拉伸屈服強(qiáng)度下降28%,推算剩余壽命僅12年。罪魁禍?zhǔn)资恰八?氧+微生物”三重夾擊:水膜在管壁形成電解質(zhì),微生物代謝產(chǎn)酸,加速氧化;同時(shí)土壤應(yīng)力讓管壁產(chǎn)生微裂紋,氧擴(kuò)散系數(shù)提高1.7倍,老化速度是干燥土壤的2.4倍。
磚砌管廊看似干爽,卻敗在溫差。管廊內(nèi)夏冬溫差達(dá)25 ℃,PE管熱脹冷縮被混凝土包裹無(wú)法釋放,軸向應(yīng)力峰值達(dá)4.8 MPa,第八年缺口沖擊強(qiáng)度下降35%,脆化溫度從-70 ℃升至-42 ℃。更隱蔽的是管廊內(nèi)汽車尾氣中的臭氧,濃度最高0.08 ppm,與紫外線透過(guò)檢查井縫隙射入,形成光氧老化,OIT年均下降7.5 min,壽命折損比直埋還多5年。
頂管穿越段最“內(nèi)傷”。鋼管外套與PE管之間灌注膨潤(rùn)土,施工時(shí)回拖速度過(guò)快,管壁被石英砂刮出縱向劃痕,深度0.2 mm即可造成應(yīng)力集中。八年后,劃痕底部氧化層厚度達(dá)0.8 mm,是完好區(qū)域的3倍;在0.8 MPa運(yùn)行壓力下,劃痕處應(yīng)力強(qiáng)度因子提高1.9倍,壽命預(yù)測(cè)只剩14年。定向鉆穿越稍好,但回?cái)U(kuò)孔徑比頂管大,泥漿固相含量低,磨損減輕,卻換來(lái)“拉伸蠕變”新難題:回拖拉力峰值12 t,使PE管產(chǎn)生3.5%軸向應(yīng)變,八年后蠕變回縮0.9%,接口應(yīng)力集中,熱熔焊縫出現(xiàn)微裂紋,壽命折損約10%。
架空套管段反而最穩(wěn)。套管為PE100雙壁波紋,內(nèi)外壁溫差僅5 ℃,紫外線被完全屏蔽,臭氧濃度低于0.01 ppm,八年后OIT僅下降12 min,推算壽命可達(dá)45年。但套管造價(jià)高,城市主干道每公里增加造價(jià)120萬(wàn)元,只能局部采用。
把五組數(shù)據(jù)放進(jìn)阿倫尼烏斯模型,再疊加現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力修正,得到一條“環(huán)境加速因子”曲線:直埋2.4,管廊2.9,頂管2.1,定向鉆1.8,架空0.7。簡(jiǎn)單說(shuō),同一條PE管,在管廊里老化最快,直埋次之,架空最慢。若設(shè)計(jì)壽命50年,直埋段需把壁厚從SDR11提到SDR9,管廊段需加裝伸縮節(jié)并刷抗氧涂層,頂管段應(yīng)把回拖速度控制在0.3 m/min以內(nèi),定向鉆段回拖拉力不超過(guò)管材屈服強(qiáng)度50%,并在焊口加裝加強(qiáng)套筒。
給運(yùn)營(yíng)單位的落地清單只有四條:一,新建管網(wǎng)約30%直埋段處于高水位稻田,優(yōu)先換用抗氧層共擠PE管,藍(lán)色示蹤線改為銅包鋼,降低微生物附著;二,管廊內(nèi)每30米設(shè)一只不銹鋼伸縮節(jié),井口加蓋防紫外線板,夏季用工業(yè)風(fēng)扇強(qiáng)制通風(fēng),把臭氧濃度降到0.03 ppm以下;三,頂管、定向鉆施工前,在管外壁預(yù)涂0.2 mm厚環(huán)氧石英粉耐磨層,回拖后立即用CCTV檢測(cè)劃痕,深度超過(guò)0.1 mm即報(bào)廢;四,對(duì)已運(yùn)行十年以上的管網(wǎng),用便攜式OIT儀抽檢,OIT低于50 min的管段列入次年度改造計(jì)劃,避免“帶病服役”。
PE管不是用壞的,是環(huán)境“熬”老的。把敷設(shè)場(chǎng)景拆細(xì),把老化數(shù)據(jù)量化,就能把50年設(shè)計(jì)壽命真正兌現(xiàn)到每一段焊縫、每一米溝槽。
