提升管道抗震防災能力 助推水務行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展

——抗震雙密封管道技術(shù)在水務領(lǐng)域的應用優(yōu)勢

隨著城市韌性建設(shè)目標的推進，水務行業(yè)亟需解決傳統(tǒng)管道系統(tǒng)漏損率高、抗振能力弱等痛點。本文聚焦抗震雙密封（又稱抗震雙密封或環(huán)卡雙密封）不銹鋼管道技術(shù)，通過分析其結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、性能優(yōu)勢及工程實踐，論證該技術(shù)如何破解傳統(tǒng)擠壓技術(shù)和傳統(tǒng)大口徑管道連接難題，助力水務行業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。研究結(jié)果表明，抗震雙密封技術(shù)通過內(nèi)外雙密封、加強筋保護及三道鎖緊環(huán)設(shè)計，顯著提升管道抗震防災能力，降低漏損率，為新質(zhì)生產(chǎn)力在水務領(lǐng)域的應用提供技術(shù)支撐。

1. 引言

水務系統(tǒng)是城市生命線工程的核心，其安全性與可靠性直接影響城市韌性。然而，傳統(tǒng)管道連接技術(shù)（如溝槽式、法蘭式、焊接等）存在抗振性能不足、安裝復雜、漏損率高等問題，尤其在大口徑管道（DN150以上）應用中更為突出。國家對2027年“可復制推廣經(jīng)驗”與2030年“高水平韌性城市”目標的提出，倒逼行業(yè)向高質(zhì)量技術(shù)轉(zhuǎn)型?？拐痣p密封（又稱環(huán)卡密封式或環(huán)卡雙密封）不銹鋼管道技術(shù)憑借其結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與性能突破，成為推動水務新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的關(guān)鍵路徑。

我國建筑行業(yè)在歷經(jīng)二十余年的高速發(fā)展后進入到新的階段，黨的二十大及二十屆三中全會提出建設(shè)“好房子”的新方向，“安全、綠色、低碳、智能”成為未來發(fā)展的主線，其中“安全”要求建筑本體及設(shè)備設(shè)施都能夠結(jié)構(gòu)牢固、防震抗災。目前我國室內(nèi)供水和消防管道都是分段設(shè)計，小口徑管以螺紋和擠壓連接為主，大口徑管以溝槽、法蘭連接為主。擠壓連接屬于一體式接頭具有較好的防震抗災能力，而溝槽式連接屬于拼裝式接頭在防震抗災方面則表現(xiàn)較弱，屬于脆性連接。擠壓連接于上世紀末進入我國，應用已非常廣泛，連接可靠、安裝快捷、經(jīng)濟性好。2022年，在卡壓和環(huán)壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的抗震雙密封連接打破了擠壓技術(shù)只能用于小口徑管的局限，將連接口徑擴展到DN400，不僅解決了一幢大樓不得不采用兩種及兩種以上安裝工藝的問題，通過內(nèi)外雙密封結(jié)構(gòu)大幅度提升了管網(wǎng)的防震抗災能力，成為給排水行業(yè)助力“好房子”建設(shè)的重大貢獻。

一、 大口徑管道溝槽連接

建筑給水和消防用大口徑管道早期采用的是焊接或法蘭連接，但這兩種連接方式對安裝人員有技能要求，施工不方便，綜合造價也高，在溝槽連接進入市場以后逐漸被替代。溝槽連接成為了大口徑管道連接的主流技術(shù)，該連接方式具有簡便、經(jīng)濟、安全、可拆卸等優(yōu)點，但因其屬于拼裝式脆性接頭，需要現(xiàn)場加工管材槽口，對管道中軸的水平度及保持力要求較高，而且加工管材槽口的加工無法做到質(zhì)量受檢閉環(huán)，槽口加工質(zhì)量往往是管道滲漏現(xiàn)象的發(fā)生的重災區(qū)。

溝槽連接施工規(guī)程CECS151《溝槽式連接管道工程技術(shù)規(guī)程》第3.4.1條規(guī)定“溝槽式管接頭采用的平口管件和附件，端部的槽口應在管件生產(chǎn)廠加工成型，不得在施工現(xiàn)場切割開槽。”反映出槽口質(zhì)量對于溝槽連接安裝非常重要。同時該規(guī)程在2017年修編時，修訂內(nèi)容全部是關(guān)于槽口加工的細節(jié)和要點，從側(cè)面印證了溝槽連接現(xiàn)場預制環(huán)節(jié)確實存在較多不確定因素。以南京地鐵一號線南延線共青團路站消防和空調(diào)水管道安裝為例，項目部的QC小組對工程前期安裝的管道進行水壓試驗，發(fā)現(xiàn)卡箍接頭的一次合格率非常不理想，試驗結(jié)果如下：

不合格原因包括：溝槽質(zhì)量不合格、管道不平直、膠墊錯位、膠墊破損。其中溝槽質(zhì)量不合格占到質(zhì)量缺陷的75%，主要由三方面因素造成1、工人質(zhì)量意識不強；2、技術(shù)交底不到位；3、滾槽設(shè)備帶病工作。

管道不平直除了是試壓不合格的第二大因素，更是管接頭后期漏水的主要誘因。拼裝式脆性接頭是靠各部件的緊密配合實現(xiàn)的抱緊和密封，一旦發(fā)生配合錯位就會帶來功能失效。在GB5135.11《自動噴水滅火系統(tǒng) 第11部分：溝槽式管接件》標準中，嚴格限制接頭錯位，如DN200管道要求偏轉(zhuǎn)角小于1°

為保證管中軸水平，CECS151《溝槽式連接管道工程技術(shù)規(guī)程》加強了溝槽管道支吊架的設(shè)置量和質(zhì)量要求，該規(guī)程2019版相比2003版將支架的布設(shè)從施工章節(jié)提到了設(shè)計章節(jié)。盡管如此，溝槽連接管道仍然無法避免因地下震動、沉降、水錘、支架松馳等原因?qū)е陆宇^滲漏水，這種現(xiàn)象在地鐵沿線物業(yè)更為普遍。

二、不銹鋼擠壓連接技術(shù)的研發(fā)歷程

上世紀中期擠壓連接技術(shù)已在歐洲和美國大范圍應用，于上世紀末傳入我國。最早生產(chǎn)卡壓產(chǎn)品的是為單卡壓連接，隨后引進了雙卡壓產(chǎn)品，但均只能連接≤DN100口徑的管道；同期產(chǎn)生了環(huán)壓連接方式，將單卡壓的O形密封腔改為更寬幅度的圓筒狀密封腔，通過增大密封功能強化連接部位的密封性能，實現(xiàn)了DN150管道的環(huán)壓連接，但該技術(shù)犧牲了凸環(huán)加強筋的抗擾強度。上述連接方式進入市場已二十余年，始終未能解決更大口徑及更好密封管道的連接。

同期，國內(nèi)其他新型管道企業(yè)也紛紛開展研發(fā)攻關(guān)，希望能將擠壓連接技術(shù)應用于更大口徑的管道。最早出現(xiàn)的雙O形圈卡壓，其在管件頭設(shè)置兩個O形圈，但由于O形圈是靠密封材料的過盈量實現(xiàn)密封，兩個O形圈的摩阻力使得管材在插入時變得困難，甚至可能造成密封件的損壞，這種連接方式現(xiàn)在僅用于DN50以下管道。隨后出現(xiàn)的承插壓合連接技術(shù)是將管接頭的承口做成了雙層的夾層結(jié)構(gòu)，安裝時在管材端涂抹厭氧密封膠后插入管件承口再用工具進行壓接，該技術(shù)因采用涂抹厭氧液體膠密封而使用戶望爾卻步。

2022年抗震雙密封式管接頭面市，把擠壓連接的適用口徑提高到了DN400，該技術(shù)的誕生實現(xiàn)了建筑人“一棟樓一種安裝工藝”的夙愿。

三、抗震雙密封連接的技術(shù)特點

抗震雙密封連接是將卡壓和環(huán)壓優(yōu)點結(jié)合在一起的組合型創(chuàng)新?？▔悍胖肙型圈的凸環(huán)除了是管件的密封腔外也是管件承口的加強筋，有利于增強接頭的剛性以及均勻分布來自外界的沖擊力；環(huán)壓是圓筒狀密封腔，其通過增大密封功能區(qū)實現(xiàn)更好的密封效果，但接頭的剛性強度比卡壓有所降低。抗震雙密封連接通過在卡壓O型環(huán)的外沿再增加一道環(huán)壓密封腔，把卡壓接頭剛性足和環(huán)壓接頭密封好的優(yōu)點融為一體，大大增強了連接部位的強度和密封性能。

抗震雙密封連接的技術(shù)特點如圖：

1、內(nèi)外雙密封。抗震雙密封管件內(nèi)側(cè)O形圈（彈性密封圈）起主力密封作用，外側(cè)密封圈（填充式密封圈）起保護內(nèi)側(cè)密封圈及輔助備份作用。當管道出現(xiàn)水壓異?；蚪宇^遭受外力沖擊時即使內(nèi)側(cè)密封圈不能封住水流，但其已大幅消減水流的沖擊力，加之外側(cè)密封圈的功能區(qū)更大，封堵溢出的水流綽綽有余。

2、三道鎖緊環(huán)。壓接時管材管件在安裝工具的作用下發(fā)生形變，在凸環(huán)的兩側(cè)和管件的外沿壓出三道鎖緊環(huán)，每道環(huán)的下嵌是1.2個管材的壁厚，由此管材管件互嵌咬合產(chǎn)生強大的抱緊力。

3、加強筋保護。抗震雙密封管件的加強筋增加了接頭的結(jié)構(gòu)剛性，同時凸環(huán)外側(cè)的環(huán)壓密封腔又是對加強筋的保護，起到緩沖外力沖擊的作用，只要加強筋不被擾動和破壞里面的O形圈就能穩(wěn)定工作。

通過數(shù)據(jù)分析，管道失效90%發(fā)生在接頭處，而其中又有90%是密封出現(xiàn)問題，抗震雙密封連接最顯著特點是接頭的雙密封結(jié)構(gòu)。

從密封設(shè)計原理來講，當密封材料硬度值為70、壓縮率達到15%時最大接觸壓力可達2Mpa，通常情況下管道密封設(shè)置一道O型圈已沒有問題。但由于O形圈的壓縮率是由管材的外徑、管件的內(nèi)徑、凸環(huán)的深度、O形圈的直徑、壓接模塊的磨損程度等多個因素共同決定，加之民用產(chǎn)品的公差一般放得比較大，導致安裝后每個接頭的壓縮率并不恒定，如若再遇到插管時劃傷密封圈必然造成管接頭漏水。已投入使用的管道也存在原本壓縮率剛好達標，后期使用中因接頭受外力沖擊出現(xiàn)松動，使得壓縮率又變?yōu)椴贿_標從而產(chǎn)生漏水、滲水的現(xiàn)象。

為了保證管道在O形圈密封失效后仍能穩(wěn)定工作，抗震雙密封管件在O形圈的外側(cè)增加了環(huán)壓密封腔。該結(jié)構(gòu)解決了管道密封的四個問題，首先雙密封設(shè)計是借鑒消防的“一用一備”邏輯，在管道遭遇突發(fā)意外時如果內(nèi)側(cè)密封圈封不住時，由外側(cè)密封圈可以及時補位；其次外側(cè)密封腔是在安裝過程中加套矩形密封圈，避免了管材插入管件刺破密封圈的問題；第三外側(cè)密封腔的壓縮率不是靠預緊力而是通過壓接工具將橡膠圈由矩形變?yōu)樵卵佬?，壓縮率為18%左右，在硬度不變的前提下，密封圈的最大接觸壓力與壓縮率密切相關(guān)且呈線性關(guān)系；第四外側(cè)密封腔矩形密封圈的體積相比O形圈的體積增加數(shù)倍使得壓縮率的基數(shù)變大，基數(shù)越大對結(jié)構(gòu)的細小變化越不敏感，承接外力沖擊和擾動的能力也就越強。

正是基于雙密封的結(jié)構(gòu)特點，抗震雙密封連接實現(xiàn)了擠壓連接技術(shù)在大口徑管的突破，并能滿足2.5MPa的使用要求，同時提升了管網(wǎng)防震抗災的能力。在抗震雙密封連接的偏轉(zhuǎn)角實驗中，模擬管道遭遇大沖擊大變形的場景，選取兩段管徑為DN300、長度為3米的管和一個直接管件壓接為一套系統(tǒng)，打入水壓2.75MPa，用吊車對連接部位上拉，當偏轉(zhuǎn)角＞10°拉力3064kg時穩(wěn)壓30分鐘，系統(tǒng)未出現(xiàn)滲水。

四、抗震雙密封式與卡壓、環(huán)壓的比較

五、抗震雙密封連接的社會價值

首先彌補了第一代和第二代擠壓技術(shù)及大口徑管道傳統(tǒng)連接方式的不足。相比焊接、法蘭連接金屬管擠壓連接的工藝更簡單、快捷、成本更低；相比溝槽連接無需現(xiàn)場加工，接頭質(zhì)量沒有隱患，杜絕了溝槽接頭后期錯位滲水的問題。

其次解決了一棟大樓多種連接方式的問題。簡單化、一致性是機電設(shè)備裝配的終極方向，一棟大樓多種連接方式既不方便施工的組織管理也不利于物業(yè)的后期運營維修，抗震雙密封連接從DN15連到DN400基本能夠滿足室內(nèi)給排水及消防管道的需求。

第三省工節(jié)材經(jīng)濟性能更優(yōu)。擠壓連接的最大優(yōu)勢就是施工方便快捷，對操作工無專業(yè)技能要求，不需要現(xiàn)場預制加工，相比傳統(tǒng)工藝大幅節(jié)省工時。同時由于管材不需要套絲、開槽所需厚度，抗震雙密封連接的管材壁厚降低經(jīng)濟性更好。此外，溝槽連接為了保證管道中軸水平一個管件需要設(shè)置兩個支架，而抗震雙密封的接頭一體性好一個接頭只需要一個支架，在支架單項省材省工40%以上。

第四根據(jù)住建部的部署，未來的好房子建設(shè)要求結(jié)構(gòu)牢固、防震抗災。特別是供水及消防管網(wǎng)需要在特殊時刻為人民群眾的生命財產(chǎn)安全保駕護航，抗震雙密封管道的防震抗災能力遠超其它安裝工藝，還具有安裝方便、經(jīng)濟性好的特點。

綜上所述，擠壓連接技術(shù)在歐洲已成熟應用70余年，抗震雙密封連接是在卡壓和環(huán)壓基礎(chǔ)上創(chuàng)新的技術(shù)，其將二者的優(yōu)點融為一體把連接的口徑擴大到DN400，其內(nèi)外雙密封、三道鎖緊環(huán)、加強筋保護的技術(shù)特點大幅提升了管網(wǎng)防震抗災的能力，對推動未來好房子建設(shè)具有重大意義。