同其它種類的管道一樣，HDPE管道系統在設計時應綜合考慮埋地條件、流體性質、工作條件、溫度范圍、安裝技術和工程費用等多種設計因素，但其中最重要的設計為強度設計和水力計算兩個部分。
1、強度計算
聚乙烯管道的工作壓力可由下式計算
PN=2σse/(D-e)=22σs/(SDR-1)
其中
σs=MRS/Fd 這里：PN=管材公稱壓力 σs=設計壓力，Mpa D=平均外徑，mm e=最小壁厚，mm SDR=標準尺寸比 MRS=最小要求強度(20℃，50年)，Mpa Fd=設計系數破壞時間圖另附
20℃時，MRS、設計應力σs和設計系數之間的對應關系如下：
設計應力σs （Mpa） | 最小要求強度MRS(Mpa) | ||
10 | 8 | 6.3 | |
設計系數Fd | |||
8 | 1.25 |
|
|
6.3 | 1.6 | 1.25 |
|
5 | 2 | 1.6 | 1.25 |
4 | 2.5 | 2 | 1.6 |
3.2 | 3.2 | 2.5 | 2 |
為供水用HDPE管道系統，設計系數Fd一般選擇1.25，對于PE80級別的HDPE管材，對應的設計應力σs為6.3Mpa。例如-SDR13.6的PE80管道，由上式計算可知，該管道的公稱壓力為PN1.0。
此外，聚乙烯管道的耐壓強度與溫度有關，當管道的工作溫度偏離20℃時，最大工作壓力(Mop)應按下列公式計算：Mop=PN*Ft Ft為溫度折減系數
溫度 | 20℃ | 30℃ | 40℃ |
折減系數 | 1.00 | 0.87 | 0.74 |
2、水力計算
壓力損失計算
管道的壓力可按照達西—威斯巴赫公式進行計算：hf=λ(L/d)(V2/2g) 式中： hf=摩擦損失；L=管段長度；dj=管道計算內徑 g=重力加速度；V=平均流速；λ=摩阻系數
紊流狀態下，摩阻系數λ可由阿里特蘇里公式計算：λ=0.11(K/dj+68/Re)0.25 式中： K=管內壁絕對粗糙度(mm)，對于HDPE管；K=0.01mm Re=雷諾數；dj=管道計算內徑(mm)
管件局部阻力水頭損失按下式計算：h=KV2/2g 式中： h=局部水頭損失：m V=水流速度，m/s g=重力加速度，m/S2 K=各種管件的摩阻系數
常見管件摩阻系數K值如下：
管件類型 | K值 | 管件類型 | K值 |
900彎頭 | 1.00 | 閘閥：開 | 0.12 |
450彎頭 | 0.4 | 閘閥：1/4關閉 | 1.00 |
22.50彎頭 | 0.2 | 閘閥：1/2關閉 | 6.00 |
900正三通(主流管方向) | 0.35 | 閘閥：3/4關閉 | 24.00 |
900正三通(主流管方向) | 1.20 | 蝶閥(開) | 0.30 |
通常在設計過程中，為了簡化設計，局部水頭損失宜按下列管網沒水頭損失的百分數采用：
*生活給水管網25-30%；
*生產給水管網，生活、消防共用給水管網，生活、生產、消防共用給水管網均為20%；
*消火栓系統消防給水管網為10%；
*生產、消防共用給水管網為15%。
流量計算
流量可采用海登—威廉公式計算：Q=0.2785 C dj2.63I0.54 式中： Q=流量 C=海登—威廉摩阻值 dj=管道計算內徑 I=水力坡度
系數C本質上是一個摩擦因子，下表給出了不同類型和使用年限的管道的C值的大小，由下表可知，在相同的設計條件下，HDPE管道的輸送能力大于其它傳統管材。設計人員可根據高駐地流量的要求確定管道的尺寸大小。
海登—威廉議程中的C值
C值 | 管道類型 |
150 | HDPE管道 |
140 | 新的鋼管、玻璃管、石棉管 |
130 | 鋼管、新的鑄鐵管 |
125 | 舊的鋼管 |
120 | 木制扁管、混凝土管、使用4—6年的鑄鐵管 |
110 | 10—12年鑄鐵管、鍍鋅鋼管 |
100 | 13—20年的鑄鐵管、超過5年前的鍍鋅鋼管 |
90 | 26—30年的鑄鐵管 |
60 | 波紋鋼管 |
3、其它相關的設計參數
其它關于HDPE管道系統的設計參數見下表：
項目 | 單位 | 參數 |
線膨脹系數 | m/m℃ | 1.4*10-4 |
導熱系數 | W/mk | 0.42 |
彈性模量 | Mpa | 600-900 |
泊松比 | / | 0.45 |
軟化點 | ℃ | 126 |
脆化溫度 | ℃ | -70 |
二、連接技術
大口徑HDPE壓力管道系統主要采用熱熔對接方式進行連接，小口徑采用熱熔承接連接，當與金屬管道等其它管道連接時，必須采用法蘭連接，小口徑管道也可用鋼塑過渡連接。
·熱熔對接
熱熔對接是采用熱熔對焊機來加熱端（熱熔對接溫度為210±10℃），待管端熔化后，迅速將其貼合，保持一定的壓力，經冷卻達到熔接的目的。（下圖為連接剖面圖）
熱熔對接工藝參照下表執行。尺寸大于90mm的HDPE管均勻可采取熱熔對接方式連接，該方法經濟可靠，其接口的承拉和承壓時都比管材本身具有更高的強度。熱熔對接全過程可由下表表示：
HDPE管材熱熔對接參數典型值
公稱壁厚 | 對接工藝 | |||
第一步：預熱 | 第二步：熔融 | 第三步：切換 | 第四步：對接 | |
預熱壓力：0.15Mpa | 壓力：0.01Mpa | 允許最大切換時間(秒) | 焊接壓力0.15Mpa | |
2~3.9 | 0.5 | 30~40 | 4 | 4~5 |
4.3~6.9 | 0.5 | 40~70 | 5 | 6~10 |
7.0~11.4 | 1.0 | 70~120 | 6 | 10~16 |
12.2~18.2 | 1.0 | 120~170 | 8 | 17~24 |
20.1~25.5 | 1.5 | 170~210 | 10 | 25~32 |
28.3~32.3 | 1.5 | 210~250 | 12 | 33~40 |
采用不同型號的焊機時，上述參數應做相應的調整
·電熔焊接
采用專用電熔焊接機，通電后輕松實現連接要求，連接剖面圖如下
·鞍形對接連接
HDPE管道在應用過程中經常會遇到根據實際需要，進行主管分接的問題，傳統的管材必須先切除一段主管然后安裝一個三通來完成分接。
鞍形三通可采用鞍形對接方式連接，即采用鞍形對接焊面，直接在主管上連接一個鞍形三通，然后采用配備的切刀切割主管，這樣就完成了主管的分接，施工非�？焖�。
·鋼塑法蘭連接
HDPE管道和鋼管及閥門連接時宜采用鋼塑法蘭連接：HDPE管端與相應的塑料支撐環之間可采用熱熔對接方式進行連接，鋼管端與金屬法蘭的連接，應符合相應鋼管焊接的規定；然后采用法蘭片即可完成HDPE管道與鋼管的連接。法蘭連接也適用于HDPE管與HDPE管之間的相到連接。一般而言，HDPE支撐環與HDPE支撐環之間不需要密封圈，但在大尺寸、高壓力工作條件下仍需要添加密封圈。當HDPE支撐環與其它材質(鋼管、鍍鋅鐵管等)的管道進行法蘭連接時，必須使用密封圈。（下圖為連接剖面圖）
在各種埋地管道的應用過程中，管道能否達到規定的長期使用壽命的一個關鍵因素就是鋪設的質量。而HDPE管道具有多種獨特性能使管道的鋪設更加安全、快捷，同時正確的施工設計與安裝規程將使管道的這些優越性能得到更大程度的發揮。
（1）施工前的技術準備
A、施工前應熟悉、掌握施工圖；
B、準備好相應的施工機具；
C、對操作工人進行上崗培訓，培訓合格后方可進行施工；
D、按照標準對管材、管件進行驗收。
（2）管溝的開挖
管溝的開挖必須嚴格按照設計圖紙或工程監理指導的開挖路線及開挖深度進行施工，而且在沒有征得相關部門同意的情況下不得擅自進行改動。
HDPE管道的柔性好、重量輕，所以可以在地面上預制較長管線，當地形條件允許時，管線的地面焊接可使管溝的開挖寬度減小。狹窄管溝的開挖可以采用旋轉開挖機、犁或鏟具等開挖機具。一般規定，聚乙烯管道埋設的最小管頂覆土厚度為：
A、埋設在車行道下管頂埋深不得小于0.9米；
B、埋設在人行道下或管道支管不得小于0.75米；
C、綠化帶下或居住區支管不得小于0.6米；
D、在永久性凍土或季節性凍土地層，管頂埋深應在冰凍線以下。
在結實、穩固的溝底，管溝的寬度由施工所需要的操作空間決定，空間大小必須允許能夠正常進行管溝底部的正確準備及管溝填埋材料的填埋及夯實等工作，而且還要考慮到管溝開挖費用以及購買填埋材料等費用的經濟性。管溝的寬度值一般要考慮到管道的規格及所用的夯實工具。下表給出了相應的最小寬度值：
管道公稱直徑，毫米最小管溝寬度，米
75-400D+0.3＞400D+0.5
一般規定，當在地面連接時，開溝寬度為D+0.3，當在溝內安裝或開溝回填有困難，不能滿足回填土密實度要求時，開溝寬度為D+0.5，且總寬度不小于0.7米。
在沙土或淤泥的管溝內，如果不易作出一個直立的管溝側壁，那么可以做一個45°或能夠支撐溝壁材料的一個坡度。如果管溝較寬，那么為了支撐最終的填埋層重量，初填埋材料必須被夯實。
（3）管溝底的準備
對于像供水、排污或長距離輸送管線的壓力系統，除非設計圖紙有特殊要求，一般來說，管溝底的水平精度要求并不是很高。而對于重力排水系統，坡度的等級必須達到規定的要求。
如果管溝底部相當平直，而且土壤內基本上沒有大的石塊，那么就沒有必要再進行平整。當然，如果是一個沒有受到擾動的管溝底層，那就更好。但如果管溝底已經被擾動或在開挖的過程中必須被擾動，那么其密實度至少應該達到其周圍填埋材料的密實度，開挖的管溝底部一般要用直徑不超過50mm的沒有尖銳棱角的小石頭再混和一些沙土和粘土等材料墊平。所有規格的HDPE管道一般都可以適應少量局部的管溝底的不平坦，但如果在回填材料中含有帶尖棱的石頭或堅硬的頁巖，那么就可能會在管道表面產生應力集中區以致損傷管道。
對于在頁巖及松散的巖石土壤中的開挖，為了避免與松散的巖石接觸，必須為HDPE管道提供一個均一的溝床，一般的做法是開控管溝底時應比規定的等級挖深至少150mm，然后用適當的填埋材料回填至規定高度，并夯實到90%或更高的密實度。
對于支撐強度較小的濕粘土或沙土等類似的不穩定土壤，管溝的開挖的深度要比規定的值深100-150mm。然后用指定的或原開挖的材料進行回填，這樣即可保證為HDPE管提供一個均一的支撐。在不穩定的有機土壤中，如果安裝地點的地下水位較高以致于淹沒了管道，可以在管道上增加額外的重量來抵抗管道受到的浮力，但這個額外的設計重量不應該超過基礎層的支撐強度。
（4）管溝內管道的敷設
在管道被放入管溝之前，首先應該對管道進行全面檢查，在沒有發現任何缺陷的情況下，管道才被允許吊入或滾入管溝內。
管道通常會在地面預先連接好，有時管道可能會被預先連接成大約150米長的許多管段，貯存在某一個地方，當需要下放及連接時，再被運到安裝地點，然后采用熱熔連接或機械連接的方式連接這些管段。
公稱直徑小于20mm的管道可以手工拖入管溝內；對所有的大管道、管件、閥門、消防栓及配件，應該采用適當的工具仔細將它們放到管溝內；對于長距離的管道的吊裝，推薦采用尼龍繩索。
（5）最終的管道連接與裝配
管溝內管道的熱熔連接同地面上管道的熱熔連接方式相同，但必須保證所連接的管道在連接前必須冷卻到土壤的環境溫度。
HDPE管道與金屬管道、水箱或水泵相連時，一般采用法蘭連接。對于HDPE管材之間，當不便于采用熱熔方式連接時，也可采用法蘭連接。法蘭連接時，螺栓應預先均勻擰緊，待8小時以后，再重新緊固。
（6）HDPE管道的壓力測試
HDPE管道系統在投入運行之前應進行壓力試驗。壓力試驗包括強度試驗和水密性試驗兩項內容。測試時一般推薦采用水作為試驗介質。
強度試驗
在排除待測試的管道內的空氣之后，以穩定的升壓速度將壓力提高到要求的壓力值，壓力表應盡可能放置在該段管道的最低處。
壓力測試可以在管線回填之前或之后進行，管道應以一定的間隔覆土，尤其對于蛇行管道，壓力試驗時，應將管道固定在原位。法蘭連接部位應暴露以便于檢查是否泄漏。
壓力試驗的測試壓力不應超過管材壓力等級或系統中最低壓力等級的配件的壓力等級的1.5倍，開始時，應將壓力上升到規定的測試壓力值并停留足夠的時間保證管子充分膨脹，這一過程需要2-3小時，當系統穩定后，將壓力上升到工作壓力的1.5倍，穩壓1小時，仔細觀察壓力表，并沿線巡視，如果在測試過程中并無肉眼可見的泄漏或發生明顯的壓力降，則管道通過壓力測試。
在壓力測試過程中，由于管子的連續膨脹將會導致壓力降產生，測試過程中產生一定的壓, 力降是正常的，并不能因此來證明管道系統肯定發生泄漏或破壞。
水密性試驗
HDPE管道采用電熱熔方式連接，使得HDPE管道具有較傳統管材更為優越的水密性能。
水密性試驗的測試壓力不應超過管材壓力等級或系統中最低壓力等級的配件的壓力等級的1.15倍，當管道壓力達到試驗壓力后，應保持一定時間使管道內試驗介質溫度與管道環境溫度達到一致，待溫度、壓力均穩定后，開始計時，一般情況下，水密性試驗應穩壓24小時，試驗結束后，如果沒有明顯的泄露或壓力降，則通過水密性試驗
（7）回填與夯實
一般情況下，可以采用以下三類材料作為HDPE管道的回填材料；
第一類：5-40mm的棱角石頭，包括大量當地容易取得的材料，如珊瑚、碎礦渣、碎石及碎貝殼；
第二類：最大直徑40mm的粗沙及砂礫，包括含有少量粉末的不同等級的沙子或砂礫，一般是粒狀的且是不粘的，可以是濕的也可以是干的；
第三類：優良的沙子與粘土砂礫，包括細沙，粘沙及粘土砂礫的混和物。
一般情況下，腋角及初回填要求至少要達到90%以上，夯實層應該至少達到距管頂150mm的地方，對于距管道頂部少于300mm的地方應該避免直接搗實。
最終回填可能會采用原開挖土壤或其它材料，但其中不得含有凍土、結塊粘土及最大直徑不得超過200mm的石塊。
四、維修技術
1、對小口徑管道，可以開控足夠的空間，切除破損管道換上一段新的管道進行維修；
2、大口徑管道的維修可以采用法蘭連接的方法完成：先切除破壞的管道，然后將對接焊機放入溝中，將支撐環熔接到管道的每端，然后用法蘭連接替換的管道，法蘭連接段的長度必須經過預先計算適合管道之間的間距大小，
3、此外、可以使用快速管堵節或修補器進行修補，但該修補方法與法蘭或熔接修補不同，不發球永久性修補。這種類型的修補一般適用于埋地應用領域，因為壓實的土壤會限制管道熱膨脹運動和因內壓作用導致的拉力。當管道擦拭干凈，清除所有異物以后，將管道插入其中，緊固螺絲，試壓通過后，進行回填壓實。
4、管道系統中的破壞管件一般采用法蘭連接的方式換上一個新的管件，不推薦采用熱空氣或擠出焊接的方法進行修補。此外，在某些特定場所，可采用熱收縮套或電熔修補管件去修補一個管道刺孔或泄漏點。
五、注意事項、
盡管目前HDPE管道已經成功應用于許多領域，但在使用過程中仍需要注意以下幾個事項：
1、熔接：熱熔連接時，溫度必須到210±10℃，應注意避免過火燒焦。2、埋地：在管溝內工作時，必須考慮必要的安全措施。
3、測試：推薦以水為壓力測試介質，在測試時，應采取措施防止管道運動或損壞。
4、定位：聚乙烯材料不能被磁性定位設備所控制，可采用其它方法檢測聚乙烯管線，包括示蹤線、標示帶、檢測帶、畫線標示、電子標示系統和聲控管線示蹤方法進行探測。
5、氣壓：HDPE管道不能應用于高壓氣體輸送領域。
6、應用范圍：有些場合不推薦使用HDPE管道，請向供貨商咨詢其耐化學腐蝕性能。
7、靜電：HDPE管道拌有高的靜電，在易燃易爆氣體場合，應采取相應的消除靜電的措施。
8、沖擊性能：HDPE管道抗沖性好，用錘子去敲打管道，應注意管道會產生一定的回彈力。
9、盤卷：盤卷的小口徑HDPE管道象彈簧一樣儲存有能量，如果切開包裝帶，會產生較大的回彈力。
10、儲存：如果管材必須堆積儲存，那么應避免過高堆積，并且應直排堆放，如果管道的堆放不適當，管材可能會發生變形。
11、重量：盡管HDPE管道較其它傳統管材輕，但仍具有一定的重量，因此在搬運和施工時應小心謹慎。
12、卸貨：必須使用正確的卸貨設施，應檢查所有用于搬運的工具是否符合要求。
六、非開挖技術
我國在50年代初期就已采用不開槽施工技術敷設給水、排水管道，當時主要采用人工挖土的頂管法施工穿越鐵路、公路和城市道路。到90年代，隨著石油工業和城市燃氣工業發展，已先后開發引進各種不開槽施工的鉆進技術和設備，并在各種管道工程中廣泛應用。目前我國市政給水行業面臨的突出問題是50年代開始修建的給水、排水管道，至今應用已有40余年，其中不少管道已被腐蝕或不能滿足使用要求，因此老管道的修復和更新已成為當前迫切需用要解決的問題。
HDPE管道常見的不開槽施工方法的種類及應用
工程類型 | 施工方法 | 應用范圍 | 適用管徑（mm） | 單位施工長度（m） |
鋪設新管線 | 水平定向鉆進 | 長距離跨越孔，水平環境井 | 350-1500 | 1500 |
導向鉆進 | 壓力管道，電纜溝，短距離跨越 | 50-350 | 300 | |
更新舊管線 | 碎管法 | 各種壓力和重力管道 | 100-600 | 230 |
脹管法 | 各種壓力和重力管道 | 150-90 | 200 | |
修復舊管線 | 傳統內襯法 | 各種壓力和重力管道 | 100-2500 | 300 |
改進內襯法 | 各種壓力和重力管道 | 50-600 | 450 |
●水平定向鉆進與導向鉆進
水平定向鉆進施工法主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障礙鋪設大口徑、長距離的輸送石油和給水排水管道。施工時，按照設計的鉆孔軌跡（一般為弧形），采用定向鉆進技術鉆出一個近似水平的先導孔，隨后在鉆桿柱端部換接大直徑的擴大鉆頭和待鋪管線，在回拉擴孔的同時，將待鋪設管線拉入鉆孔。
鉆孔軌跡的監測和調控是水平定向鉆進技術的重要環節。水平鉆進需要使用泥漿，其主要作用是穩定鉆孔孔壁，潤滑鉆桿等。水平定向鉆進施工法的主要優點為施工速度快，且鋪管方向控制準備，適應各種地層�？捎糜诰垡蚁┕艿氖┕�，管徑為300-1500mm，管線最大長度可達1500m。
●內襯法
內襯法是指早期的一種不開挖修復舊管道使用功能的方法。施工時將—直徑較小的新管插入或拉入舊管內，新管和舊管之間的環空間通常無需灌漿固結。這種方法優點是施工簡單，施工成本相對較低。然而由于直徑減小，減小管道流量，因此必須采用水力摩阻系數比舊管道小的管材，如在舊混凝土管內襯入聚乙烯管。該種方法適用于沒有過工損壞的管道，舊管內無障礙，形狀完好。該種方法不需要專門的設備，但有時需在新管上加金屬或塑料制的定位架或扶正環，以保證新管的坡度和居中要求�？稍诠ぷ骺觾葘⒕垡蚁┤劢映晒芩腿牖蛴帽P管連接送入。該方法可廣泛用于重力排污管，水管和燃氣管等。該方法適用的聚乙烯管材可小到25mm，通常大到1000mm以內。
●原位更換
裂管法可采用氣動錘或液壓脹管器從舊管的內部將其破碎，并用擴張器將舊管的碎片壓入周圍的土層，同時將新管拉入，完成管線的更換。新管的直徑可與舊管道相同或更大。施工前，先在舊管內空一根鋼絲繩，并由纜車向氣動錘或液壓脹管器提供恒定的張力，以保證施工時方向的穩定性。該法適用管徑范圍為50-600mm，長度一般為100m，適用于由脆性材料制成的管（陶土管、混凝土管、鑄鐵管、PVC管的更換，對于舊鋼管的更換需要特殊的切割刀片）
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