引言  ▼  

 

       水務系統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，傳統管道連接技術（如溝槽式、卡壓式）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“可復制推廣經驗”與2030年“高水平韌性城市”目標的提出，倒逼行業向高質量技術轉型。抗震雙密封（又稱環卡密封式或環卡雙密封）不銹鋼管道技術憑借其結構創新與性能突破，成為推動水務新質生產力發展的關鍵路徑。

 

        我國建筑行業在歷經二十余年的高速發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“好房子”的新方向，“安全、綠色、低碳、智能”成為未來發展的主線，其中“安全”要求建筑本體及設備設施都能夠結構牢固、防震抗災。目前我國室內供水和消防管道都是分段設計，小口徑管以螺紋和擠壓連接為主，大口徑管以溝槽連接為主。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較弱。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、經濟性好。2022年，在卡壓和環壓基礎上發展起來的抗震雙密封連接打破了擠壓技術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，更大幅度提升了管網的防震抗災能力，成為給排水行業助力“好房子”建設的重大貢獻。

 

  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，該連接方式具有簡便、經濟、安全、可拆卸等優點，但因其屬于拼裝式接頭，需要現場加工管材槽口，對管道中軸的水平度及保持力要求較高，在使用時有微滲漏現象的發生。

 

 

 

        溝槽連接施工規程CECS151《溝槽式連接管道工程技術規程》第3.4.1條規定“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廠加工成型，不得在施工現場切割開槽。”反映出槽口質量對于溝槽連接安裝非常重要。同時該規程在2017年修編時，修訂內容全部是關于槽口加工的細節和要點，從側面印證了溝槽連接現場預制環節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，發現卡箍接頭的一次合格率非常不理想，試驗結果如下：

 

 

不合格原因包括：溝槽質量不合格、管道不平直、膠墊錯位、膠墊破損。其中溝槽質量不合格占到質量缺陷的75%，主要由三方面因素造成

 

1、工人質量意識不強；

 

2、技術交底不到位；

 

3、滾槽設備帶病工作。

 

 

 

         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。拼裝式接頭是靠各部件的緊密配合實現的抱緊和密封，一旦發生配合錯位就會帶來功能失效。在GB5135.11《自動噴水滅火系統 第11部分：溝槽式管接件》標準中，嚴格限制接頭錯位，如DN200管道要求偏轉角小于1°

 

        為保證管中軸水平，CECS151《溝槽式連接管道工程技術規程》加強了溝槽管道支吊架的設置量和質量要求，該規程2019版相比2003版將支架的布設從施工章節提到了設計章節。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、支架松馳等原因導致接頭滲漏水，這種現象在地鐵沿線物業更為普遍。

 

 二、不銹鋼擠壓連接技術的研發歷程  ▼  

 

        上世紀中期擠壓連接技術已在歐洲和美國大范圍應用，于上世紀末傳入我國。最早生產卡壓產品的是無錫金羊為單卡壓連接，隨后深圳雅昌引進了雙卡壓產品，但均只能連接≤DN100口徑的管道；同期成都共同創立了環壓連接方式，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，實現了DN150管道的環壓連接。但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，國內其他新型管道企業也紛紛開展研發攻關，希望能將擠壓連接技術應用于更大口徑的管道。最早出現的雙O形圈卡壓，其在管件頭設置兩個O形圈，但由于O形圈是靠密封材料的過盈量實現密封，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，這種連接方式現在僅用于DN50以下管道。隨后出現的承插壓合連接技術是將管接頭的承口做成了雙層的夾層結構，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，該技術采用涂抹厭氧液體膠密封。

 

         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，該技術的誕生實現了建筑人“一棟樓一種安裝工藝”的夙愿。

 

  三、抗震雙密封連接的技術特點  ▼  

 

       抗震雙密封連接是將卡壓和環壓優點結合在一起的組合型創新。卡壓放置O型圈的凸環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；環壓是圓筒狀密封腔，其通過增大密封功能區實現更好的密封效果，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型環的外沿再增加一道環壓密封腔，把卡壓接頭剛性足和環壓接頭密封好的優點融為一體，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特點如圖：         

 

1、內外雙密封。抗震雙密封管件內側O形圈起主力密封作用，外側密封圈起輔助和備份作用。當管道出現水壓異常或接頭遭受外力沖擊時即使內側密封圈不能封住水流，但其已大幅消減水流的沖擊力，加之外側密封圈的功能區更大，封堵溢出的水流綽綽有余。

 

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

 

3、加強筋保護。抗震雙密封管件的加強筋增加了接頭的結構剛性，同時凸環外側的環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形圈就能穩定工作。

 

 

 

通過數據分析，管道失效90%發生在接頭處，而其中又有90%是密封出現問題，抗震雙密封連接最顯著特點是接頭的雙密封結構。

 

 

 

       從密封設計原理來講，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、管件的內徑、凸環的深度、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松動，使得壓縮率又變為不達標從而產生漏水、滲水的現象。

 

 

 

       為了保證管道在O形圈密封失效后仍能穩定工作，抗震雙密封管件在O形圈的外側增加了環壓密封腔。該結構解決了管道密封的四個問題，首先雙密封設計是借鑒消防的“一用一備”邏輯，在管道遭遇突發意外時如果內側密封圈封不住時，由外側密封圈可以及時補位；其次外側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為月牙形，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且呈線性關系；第四外側密封腔矩形密封圈的體積相比O形圈的體積增加數倍使得壓縮率的基數變大，基數越大對結構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構特點，抗震雙密封連接實現了擠壓連接技術在大口徑管的突破，并能滿足2.5MPa的使用要求，同時提升了管網防震抗災的能力。

 

        在抗震雙密封連接的偏轉角實驗中，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，打入水壓2.75MPa，用吊車對連接部位上拉，當偏轉角＞10°拉力3064kg時穩壓30分鐘，系統未出現滲水。

 

 

  四、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及大口徑管道傳統連接方式的不足。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場加工，接頭質量沒有隱患，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基本能夠滿足室內給排水及消防管道的需求。

 

 

 

        第三省工節材經濟性能更優。擠壓連接的最大優勢就是施工方便快捷，對操作工無專業技能要求，不需要現場預制加工，相比傳統工藝大幅節省工時。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。

 

 

 

        第四根據住建部的部署，未來的好房子建設要求結構牢固、防震抗災。特別是供水及消防管網需要在特殊時刻為人民群眾的生命財產安全保駕護航，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、經濟性好的特點。

 

 

 

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