PE管和HDPE实壁管是给排水工程中应用较为广泛的一种塑料管材, 该种管材内壁光滑、抗拉能力强、耐腐蚀、使用年限长, 可用于压力流管和重力流管, 开挖施工和非开挖施工均可。在给排水工程聚乙烯塑料实壁管选用时, 一般按照《给水用聚乙烯 (PE) 管材》 (GB/T 13663-2000) 和《非开挖铺设用高密度聚乙烯排水管》 (CJ/T 358-2010) 2个标准。前者适用于压力管, 一般称为PE管;后者适用于非开挖重力流管, 一般称为HDPE实壁管。

　　 城镇给排水工程中室外给水管用PE管, 非开挖污水管用HDPE实壁管, 在管节连接时普遍采用热熔对接工艺, 该工艺在连接时会形成内翻边和外翻边, 翻边宽度一般约2cm, 厚度1.5~2cm。

　　 在《埋地塑料给水管道工程规程》^[1]中只有外翻边切除检验的要求, 在排水管定向钻试行规范^[2]中有“管道内壁凸缘不大于3 mm”的要求, 但后续的相关正式规范再未提及内翻边处理, 实际工程中内翻边也未被重视和处理。在给水工程中, 内翻边会影响管道的过流能力^[3]、引起微生物滋生;在排水工程中会产生淤积、减小过流断面、影响管道清通, 在CCTV检测时, 该种接口内翻边也被认定为Ⅱ级缺陷。由于管节长度不超过12m, 意味着每隔一个管节长度就有一个内翻边, 因此非常有必要重视管道内翻边的影响及处理。

　　 PE/HDPE管连接方式有热熔连接、电熔连接和机械连接3类。

　　 (1) 热熔连接。热熔连接是用专用加热工具, 在压力下加热聚乙烯管材或管件的待连接部位, 使其熔融后, 移走加热工具, 施压将2个熔融面连在一起, 在稳定的压力下保持一段时间, 直到接头冷却, 如图1所示。热熔连接包括热熔对接连接、热熔承插连接、热熔鞍型连接。热熔承插工艺适用于小口径PE/HDPE管 (dn20~110) , 热熔对接工艺适用于63mm以上大口径管, 热熔鞍型连接适用于dn63~315, 是引接小口径分支管的方式之一。城镇市政工程一般是大口径管道, 热熔对接工艺利用管道本身材料连接, 牢固可靠, 价格便宜, 可以用于非开挖施工, 缺点是会产生内外翻边。

　　 (2) 电熔连接。电熔连接是用内埋电阻丝的专用电熔管件与管材或管件的连接部位紧密接触通电, 通过内埋的电阻丝加热连接部位, 使其熔融连为一体, 直至接头冷却, 如图2。电熔连接可用于与不同类型和不同熔体流动速率的聚乙烯管材或插口管件连接。电熔连接分为电熔承插连接和电熔鞍型连接, 电熔承插连接可以用于管节之间的连接, 电熔鞍形连接用于分支管的引入连接。该种连接方式需要专用套件, 价格较贵, 且易造成虚焊出现渗漏水事故, 一般在不能采用热熔连接时才采用, 其优点是连接部位内壁平滑, 无翻边, 也可以用于拉管。

　　 (3) 机械连接。机械连接有非锁紧型 (dn90~315) 、锁紧型 (dn32~315) 、法兰连接 (dn≥63) 、钢塑过渡连接 (dn≥32) 等, 前两种适宜于小口径配水直管的连接, 后两种适用于不同管材或管材与管件之间的连接。该种方式一般不用于非开挖施工管道的管节连接。

　　 通过以上连接方式介绍可以看出, 在城镇市政工程中热熔对接工艺是PE/HDPE管最经济、可靠、实用的管节连接方式, 缺点就是存在内翻边, 如果能解决内翻边问题, 将很大程度上解决PE/HDPE管应用中的问题。

　　 PE/HDPE管焊接步骤为: (1) 将需安装连接的两根PE/HDPE管材同时放在热熔器夹具上, 每根管材另一端用管支架托起至同一水平面; (2) 用电动铣刀分别将管材断面铣平整, 确保两管材接触面能充分吻合; (3) 将电加热板升温到210℃, 放置两管材端面中间, 操作电动液压装置使两管材端面同时完全与电热板接触加热; (4) 抽调加热板, 再次操作液压装置, 使已熔融的两管材端面充分对接并锁定液压装置 (防止反弹) ; (5) 保持一定冷却时间松开, 操作完毕。

　　 在焊接过程中两个管节靠液压装置挤压连接, 翻边就是在管道挤压焊接过程中形成, 左右对称凸起, 呈ω状。由于焊接管道时外侧有卡箍固定而内侧无支撑, 内翻边会略大于外翻边, 会有缩径影响。按内翻边厚度1.5~2cm计算, 内径将缩小30~40mm。

　　 在以往的材料宣传、标准规范和工程设计施工中都忽视了内翻边的存在。目前能够查到的只有一个内翻边切除技术, 是某塑料制品公司拥有的内翻边切除专利。它采用带有1个刀头和2个支撑臂的旋转切割机, 先折叠刀头, 通过长杆或加长杆将切割机推进到管道焊接处, 然后旋转长杆打开刀头, 继续旋转带动刀头及支撑臂整体转动, 切割内翻边。刀头打开后与2个支撑臂形成3点支撑, 刀头有限位轮, 避免切割到管体。待焊接完成, 采用加长杆推送到管道内部焊接处, 打开刀头卡住翻边, 然后在管道外边旋转长杆端头, 带动切割机旋转切割内翻边, 见图3。

　　 管道焊接后2 min左右翻边就冷却变硬, 这时人工用长杆伸到6m及以上的管节内部, 旋转带动切除机切除管道内翻边很难实现, 该技术在实际工程中未见应用。由于缺少方便可靠的内翻边切除技术, 在以往的工程中基本都未切除接口内翻边。

　　 针对现有技术存在的问题和当前PE/HDPE管热熔对接内翻边切除亟需解决的难点, 笔者构想了一种PE/HDPE管道热熔对接内翻边切除工具, 原理示意见图4。

　　 该内翻边切除机由管内移动切割设备及管外操控手柄组成, 两者通过磁力耦合定位连接。管内移动切割设备由支架、切割器及磁铁底座组成;支架可调节适应不同管径管道, 支架与管内壁接触部位安装万向轮或滚珠, 可在管内前后移动或旋转;切割器由电动机及刀头组成, 刀头前锥后圆, 便于切入后切割打磨;刀头刀片有一定倾斜, 使切割碎屑落入另外一侧;切割器与配重磁铁吸座对置安装于支架上, 配重磁铁与切割器质量相当, 便于管内移动切割设备旋转移动;管外操控手柄主要由手柄基座、遥控发射器、耦合定位电磁铁、刀头位置示意棒组成, 遥控发射器用于遥控管内电机开关, 耦合定位电磁铁在开关闭合后, 通电产生强磁性, 与管内磁性底座对应吸附;刀头位置示意棒便于形象理解刀头在管内的位置。

　　 该种新型内翻边切除机具有如下优点: (1) 操控方便, 强磁耦合定位连接, 可以在外部控制切割机移动切割; (2) 切割快速省力, 电动切割, 外部手动操纵移位, 切割快速; (3) 在管道焊接完成后, 可以随时移动切割; (4) 可以在手柄遥控控制电机启停; (5) 切割机可以在管道内自由移动。

　　 中山市在以往的污水管拖拉管施工工艺中采用的都是HDPE实壁管, CCTV检测中普遍存在接口Ⅱ级缺陷的问题。为了解决该问题, 根据上述原理制作了原型机, 并在中山市在沙朗片区暂缓段污水管新工艺试验时首次应用。污水管是采用D560HDPE实壁管导浆拉管施工, 采用原型机对管道焊接接口内翻边切除, 实际应用顺利, 切除一个接口内翻边需时约5min, 相对原焊接工艺增加时间约10min。切除后翻边残余不足1mm。原型切除机工作时照片见图5。内翻边切除工序与焊接工序相结合, 具体实施工序如下: (1) 待焊接管道上架; (2) 将切除机从待焊口置于管道内部, 线缆拖至下个焊口; (3) 焊接工序完成后, 用手柄移动切除机至接口处; (4) 启动切除机, 绕管周移动手柄, 带动切除机切除内翻边; (5) 完成后用线缆拉出切除机; (6) 下个焊口重复上述流程。

　　 对于翻边切除后是否对管道接口强度产生影响这个问题, 理论上来说, 在管材质量达标的前提下, 聚乙烯材料的温度在180~210℃正常塑化, 热熔焊接就是利用加温塑化结合的模式使两管材热熔平面塑化结合, 压力挤出来的翻边对两平面结合处不构成影响, 在实际拉管工程中切除管道内翻边也未观察到不良影响。