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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一一一年五月二十八日

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本期主筆:楊耀昇
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

大口徑輸水幹管修復 案例探討

王詠民   技師

一、前言

日前發生既有大口徑自來水輸水幹管施工,因負壓造成施工人員傷亡,引起國人對大口徑輸水幹管施工的關注。目前,台灣自來水管總長度約六萬二千公里,對部分大管徑幹管漏水之處理,若直接以開挖修理或抽換,非但工程龐大、工期長、社會成本更高,且因部分漏水大管徑,在無法直接開挖之時空條件下,如何『因地制宜』?尋求經濟有效率、對環境及供水影響較小之修復新技術及工法,並避免重覆發生漏水,提升管線耐久性及耐震性之可行策略,是本文主要探討課題。

案例,臺北市「直徑∮2,600mm K型延性鑄鐵管(DIP)輸水幹線(幹線)」,新店溪堤防外高灘地段,接頭發生滲漏;暨「直徑∮2,000mm U型延性鑄鐵管(DIP)關渡線」,士北科地段,遭旁側堤防基樁工程挖損。若以傳統思維,將滲漏管線直接以全斷面明挖進行汰換,除了直接成本較高外,因修繕地點位於河川高灘地,施工需於堤防外開挖,且工期跨越防汛期,基於防汛因素修漏之時效性,並不可行。故案例工程,則僅能在『免開挖及更生工法』中,尋求可行之對策。

二、漏水原因探討

一般大管徑輸水幹線漏水原因,包括挖損、材料老舊劣化、施工不良、地質軟弱、地質突變、土壤液化、沖刷掏空、斷層錯動、邊坡滑動等,造成差異沉陷或因地震力等外力作用下造成裂縫或接頭漏水。

案例受損接頭型式,屬CNS10808延性鑄鐵管(DIP)K型柔性接頭型式,DIP管體具有強度高、韌性大、耐衝擊與耐腐蝕之特性,其接頭型式,可區分為柔性接頭、剛性接頭及鎖扣型接頭等三大類(詳見表1,常用接頭容許變形量)

1 延性鑄鐵管常用接頭容許變形量

 

由於延性鑄鐵管線變形能力,主要集中在接頭,若地盤變動造成管體之作用力,會由可伸縮彎曲之接頭吸收;惟,一旦接頭伸縮量或彎曲角度大於容許值,則接頭部分易漏水甚至拉脫。

三、修漏方式評估

目前用於自來水管線工程常見免開挖修繕工法,包括樹脂現場固化內襯工法(Cured In Place Pipe; CIPP)、聚乙烯(PE)內套管工法、改良式聚乙烯(PE)緊貼內套工法、裂管工法等工法。

案例漏水狀況概述:

1.案址位處軟弱地盤,因不均勻沉陷造成K型接頭漏水。

2.漏水點位於臺北市新店溪高灘地,施工期間除了須於堤防外開挖外,復因跨越防汛期,故傳統全斷面開挖修繕舊管方式不可採行。

3.案例工程位於清水幹線並聯供水管網系統內,若停水修繕,並不影響日常供水需求(詳圖1) 

1  臺北市主要清水幹線雙線供水

 

4.既設∮2,600mm DIP管線K型接頭,超過容許變形量致漏水。該K型接頭,一般修繕方式需由管外裝設維修,礙於防汛因素,確定不可行。

5.修繕後接頭之伸縮性及撓曲性能,須能降低軟弱地盤部分不均勻沉陷所造成之損害。

工法選用條件:

1.材料應符合飲用水質國家標準。

2.施工管徑需適用。

3.需能配合舊管所需強度及結構性。

4.工法自身施工及地理條件限制。

5.施工後對斷面的影響、水理分析水頭損失,需在容許範圍內。

6.工法每次施作距離。

7.工法及其施工技術發展的成熟度。

綜上所述,選用組合式內鎖套管,其接頭具較佳伸縮及撓曲性,可降低不均勻沉陷所造成之損害、管徑適用∮2600mm,可由管內進行施工,厥為案例工程管線漏水最佳工法修繕之一(詳圖2)

2  組合式內鎖套管

四、組合式鎖套管接頭特性

經蒐集國內外自來水組合式鎖套管接頭修漏相關資料,並探討修漏套管之相關適用特性,概如下述:

1. 可配合工地條件,由管內或管外進行修漏均可(詳圖3及圖4)

 

3  組合式外鎖套管透視圖

 

4  組合式內鎖套管透視圖

2. 組合式鎖套管學理上與伸縮可撓管具有類似伸縮、撓曲、偏心及扭轉性質(詳圖5),可提高舊管之接頭伸縮及撓曲性,降低不均勻沉陷所造成之損害。

5  組合式鎖套管及伸縮可撓管機能圖

3.由管外修漏時對水頭無損失,由管內修漏時水頭損失有限(詳下節,組合式內鎖套管修漏之水理分析)

組合式鎖套管合金環片,一般可由2至多塊不等金屬環片組裝,案例之組合式內鎖套管為六片合金環片組合,可配合管徑大小、形狀、施工空間及運送條件將合金環片切割組合,施工性佳。

五、組合式內鎖套管修漏水理分析

第二條清水幹線福和橋下堤外高灘地管內徑∮2,600mm,預估日通水量2,450,000m3,裝置組合式內鎖套管圓管內徑∮2,450mm管流突縮之水頭損失:

裝設每組內鎖套管,估計水頭損失約 0.09 m。裝設組合式內鎖套管環13組時,估計水頭損失約0.09*13≒1.17 m

修漏通水後,於二清幹線末端之大同加壓站前壓力表管內,所量測得水壓為2.2kgf/cm2,尚符合原設計水理需求。

六、挖損法律處理程序

有關挖損案例的法律處理程序,臺北自來水事業處法務吳家安律師,以1085月臺北市北投區關渡自來水管線挖損案例,進行綜整,建議應以程序透明公開、創造雙贏互惠為原則,讓各方得以達成共識,不打訴訟,共同解決爭議。在發生挖損案時,第一時間應蒐集有利證據丶促使雙方和解為目標。相關行動建議,應儘速列出案件的關鍵事實,蒐集相關證據,主動積極蒐集相關有利證據,縱使日後雙方無法和解,也會對後續的訴訟有幫助。處理過程,應積極溝通,突破障礙,分析各方立場,力求互惠雙贏。關鍵時點應果斷決策,降低及避免風險,避免後續求償無門。

又,挖損爭議金額超過新臺幣1百萬的爭議案件,一般因為後續訴訟的機會高,相關作為都要以訴訟為前提,蒐集相關證據。分析各方的利害關係,找到雙贏互惠的切入點,合理的計算賠償金額,較易促成雙方和解減訟,避免冗長的訴訟程序。

七、結語

既有大口徑自來水輸水幹管施工,因負壓造成傷亡實屬罕見。明挖切管類似案件日後施工時,應可先行開孔較小孔洞等,避免施工人員掉入的平衡管內負壓措施,可降低或避免相似職災再度發生。

大管徑管線接頭修漏工法,並無一定之形式,隨著材料及技術日新月異,工法之選擇,亦隨著時空轉變而因地制宜。在修漏材料符合飲用水質標準及工法可行性下,於符合使用需求及可增加既有管線耐久性及耐震性之眾多修漏工法中,在使用性、成本與工期之間尋求最佳化之修漏工法,進而達成整體供水系統穩定性及安全性之效益,便是大管徑輸水幹線接頭修漏的最佳策略。

目前國內大口徑管線修復技術已臻成熟,且對通水斷面影響小。隨著誤差標準20cm內的精確測量的平價化、普及與法規化,各單位開挖工程規劃設計時或施工前地下管線圖資調查的落實施行,未來發生大口徑管線遭挖損意外機率已大幅降低。

若不幸發生管線挖損意外時,透過程序透明公開及合理的計算賠償金額,讓各方達成共識,在公平合法及創造雙方雙贏互惠原則下,儘量朝減訟及和解方向解決相關爭議。

八、建議

有鑑於臺灣921大地震及東日本311大地震等管線損壞情況,與案例工程管線修復之執行經驗,筆者提出下列建議事項:

管線工程規劃及設計觀念調整,與新管材及新技術研發採行:由案例工程延性鑄鐵管K型及U型接頭漏水情形可了解,雖然延性鑄鐵管(DIP)管體具有強度高、韌性大、耐衝擊與耐腐蝕之特性,且K型及U型接頭可伸縮彎曲吸收地盤變動造成管體之作用力;惟實際上,仍不足避免案例工程軟弱地盤不均勻沉陷所引起的損害。

另,西元2011年東日本3111大地震時,自來水管線所受損害之統計,延性鑄鐵管之A型、K型及T型接頭損壞多處,損壞情況以接頭脫落為多;而延性鑄鐵管之耐震性較佳之NS型、S型及SⅡ型接頭,甚至在新填土造地區域及地質變化地區,依官方統計資料,幾乎均仍完好,未有損害產生。

GX型、NS型、S型及SⅡ型接頭,除了有與一般柔性接頭類似的伸縮特性外,其插口端增加一防止鬆脫卡榫裝置,藉由突出之卡榫部,在拉拔範圍過大時卡住鎖環,防止接頭脫開。

綜上所述,管線接頭採用耐震性較佳之GX型、NS型、S型及SⅡ型接頭等鎖扣型耐震防脫接頭,並於差異沉陷及接頭撓曲大之地點,設置伸縮可撓管,且在極軟弱地層及可能產生差異沉陷處,增設基樁,應是類似案例工程避免重蹈漏水覆轍的治本最佳方案之一(詳圖6)

6  伸縮可撓管及基樁運用示意圖

又,考量產業界供給能量,建議現階段大管徑管線,於軟弱地盤、地質突然變化、斷層帶、邊坡滑動、高土壤液化潛能區及地盤與管體間可能產生相對運動而衍生出之額外應力或者應變集中處等狀況,應考慮優先採用耐震性接頭及設置伸縮可撓管等管線耐震化設計及施工。

另,中長期而言,因台灣地屬環太平洋地震帶,地震之侵襲實難避免,大管徑管線設計及施工,仍應儘速全面性採用耐震接頭等耐震化設計原則。雖採用耐震接頭等管線耐震設計施工,預估將增加總工程經費約15%,但是考量供水穩定性及安全性等整體效益,以長久、可行、且具經濟效益而言,其實仍是提升供水管網耐久性及耐震性之可行策略。

 

參考文獻

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11.臺北自來水事業處,吳家安,關渡自來水管線挖損案-市府如何不打訴訟,取得369萬賠償,https://www.youtube.com/watch?v=aHKfqQttozg,民國11011月。

12.倍立強實業有限公司,http://www.plct.com.tw/

13.建翔富實業股份有限公司,http://www.csfttc.com/page/about/index.aspx?kind=50

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