給排水管道的非開挖修復(fù)技術(shù)

楊 墨 周 航 郝學(xué)凱 田 俊 胡駿嵩

(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010； 2.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023)

給排水管道的非開挖修復(fù)技術(shù)

楊 墨1周 航1郝學(xué)凱2田 俊1胡駿嵩1

(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010； 2.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023)

指出在經(jīng)濟與環(huán)保要求日益激烈的影響下，給排水管道的非開挖修復(fù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，介紹了管道非開挖修復(fù)技術(shù)的主要方法，從管理體制、技術(shù)水平、人員素質(zhì)方面分析了該技術(shù)在推行過程中存在的問題，并對其今后的發(fā)展方向進行了展望。

給排水管道，非開挖修復(fù)，污水

隨著我國城市發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，城市的地下管線系統(tǒng)日趨復(fù)雜。由于年久失修或地質(zhì)不均勻沉降等原因，給排水管網(wǎng)有了不同程度的銹蝕與損壞。但由于市政管理混亂，給排水系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、光纖系統(tǒng)等各種管線的敷設(shè)錯綜復(fù)雜；加上繁華地段對環(huán)境和交通的要求較高，都給挖開路面進行管網(wǎng)修復(fù)的工作帶來了難度，于是采用非開挖方法進行管道修復(fù)的技術(shù)應(yīng)運而生。與開挖施工技術(shù)相比，非開挖施工技術(shù)具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、施工安全性好、社會效益顯著等特點，適用于各類無法或不宜進行開挖作業(yè)的地區(qū)。

1 管道非開挖修復(fù)技術(shù)

考慮到施工費用，對地面交通、周圍環(huán)境及地下管線影響等諸多因素，除管道嚴(yán)重錯口或下沉等必須開挖重埋的情況外，管道修復(fù)一般均為非開挖技術(shù)。

非開挖修復(fù)技術(shù)目前就修復(fù)特性主要可分為以下幾大類。

1.1 涂層內(nèi)襯法

涂層內(nèi)襯法，即為使噴涂材料在原管內(nèi)形成加固層的方法。修復(fù)前，需要將管道封堵并清洗干凈，并由攜帶CCTV的機器人進入管道，確保原管內(nèi)壁干燥且無殘留物。然后通過旋轉(zhuǎn)噴頭或人工方法，將水泥砂漿、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧玻璃鱗片等材料依照合理的順序在原管內(nèi)進行噴涂。一般環(huán)氧樹脂的噴涂厚度為1 mm，而水泥砂漿的噴涂厚度為4 mm。若應(yīng)用于給水管道的修復(fù)，考慮到對水質(zhì)的保證，須對噴涂材料進行謹(jǐn)慎選擇。該方法的優(yōu)點：1)尤其適用于小管徑管道，并可提高其過流能力；2)適用于長距離施工；3)工作坑面積?。?)可適應(yīng)管道斷面的變化；5)無需在支管連接處開口。該方法的缺點：1)施工速度慢；2)對原管道的修復(fù)能力有限。

1.2 翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法

翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法，又稱CIPP法(Cured In Place Pipe，原位固化法)。修復(fù)前，也需要將管道封堵并用高壓水清洗干凈，然后由攜帶CCTV的機器人進入管道了解其破損情況，填堵內(nèi)壁漏水點。然后將粘合劑與固化劑拌勻，并調(diào)整好固化時間初凝為3 h，終凝為12 h[1]。接下來將高強防滲纖維軟管單面飽和浸漬環(huán)氧樹脂，利用水壓或氣壓將其全部翻轉(zhuǎn)至原管內(nèi)，直至軟管膨脹延伸并緊貼原管管壁。之后采用循環(huán)加熱的原理使軟管固化，冷卻后將連接處處理好，即在舊管道里形成一條光滑的高強新管。

該方法的優(yōu)點：1)施工速度快：從材料加工、現(xiàn)場準(zhǔn)備，到翻轉(zhuǎn)、加熱、固化，僅需15 h左右時間；2)無需灌漿；3)可適應(yīng)管道斷面的變化，能應(yīng)用于蛋形、矩形、馬蹄形等各種復(fù)雜管段；4)可適應(yīng)大角度彎管；5)新管道的厚度可根據(jù)原管的受損程度及過流要求進行適當(dāng)調(diào)節(jié)；6)工作坑面積小，開挖量極少；7)不受土質(zhì)條件的限制；8)新管道整體性好，防腐、耐壓效果顯著；9)新管道為非剛性材料，故管道修復(fù)后仍允許一定程度的不均勻沉降[2]；10)雖然管道面積會減小約10%，但摩阻系數(shù)變小，且輸送壓力可提高3%～5%，故過流能力可提高10%左右[3]；11)適用于長距離施工。該方法的缺點：1)施工技術(shù)水平要求高；2)對支管接口處理要求較高；3)樹脂的選擇范圍較為狹?。?)施工時水流要更換線路；5)環(huán)境、氣溫對固化影響較大。

1.3 拉入襯裝法

拉入襯裝法，即將新的HDPE管拉入原管道的方法。首先將HDPE管焊接，然后在其前段裝錐形擴孔頭來克服管道被牽引時的阻力，同時加裝保護圈防止其被劃傷。接下來用卷揚機將HDPE管道拉入原有管道。由于新管道比原管道內(nèi)徑稍小，故用水泥砂漿灌注二者間縫隙，以起固定作用。雖然拉入PE管后過流斷面面積會縮小，但新管道的摩阻系數(shù)也會變小，綜合考慮兩者的作用，管道的過流能力會下降5%～30%。該方法的優(yōu)點：1)施工速度快；2)施工技術(shù)水平要求較低；3)可適應(yīng)大角度彎管；4)適用于管徑在100 mm～2 000 mm的管道，適用范圍廣；5)內(nèi)襯管與原管道整體性好，可避免原管繼續(xù)錯位、滲漏、沉降[4]。該方法的缺點：1)成本較高；2)管道斷面減少10%～30%，減少量較大；3)只能在支管連接處選擇工作坑位置;4)施工時水流要更換線路。

1.4 無縫襯裝法

無縫襯裝法，即將管徑不小于原管徑的HDPE管穿插進原管道的技術(shù)。首先借助機械將HDPE管的直徑縮小，然后外加牽引力將其拉入原管道，最后注入高溫高壓介質(zhì)或使其自行恢復(fù)原管徑。此時新舊兩管結(jié)合緊密，無需灌漿。由于HDPE管會發(fā)生形變，故要求其有一定的熱塑性。在襯管安裝完成后加裝其他配件時，應(yīng)環(huán)向均勻用力，避免襯管因受力不均勻而受到破壞；另外，管道配件間距最好在200 m～240 m范圍內(nèi)，如管道配件過多也不宜采用該技術(shù)[5]。該法與拉入襯裝法的區(qū)別在于，在將新管拖入舊管前，要進行縮徑處理。根據(jù)處理方法的不同，可將該方法再細(xì)分為均勻縮徑法與U形穿管法[1]。1)均勻縮徑法。在壁厚維持恒定的情況下，先將HDPE管均勻拉長，減小其管徑至原管的75%～85%，進入原管后使其復(fù)原即可。完成擠壓后HDPE管會瞬間回彈原管徑的1%～2%，此后的回彈速度將十分緩慢。但高溫會加速HDPE管的恢復(fù)，整個過程約為2 d～7 d；若因工程需要，可采用2.5 MPa左右的水壓加速恢復(fù)進程。2)U形穿管法(疊管法)。先通過專業(yè)設(shè)備將管道橫截面壓為“U”形，減小其面積至原來的70%左右，然后捆扎定型，拉入原管后再使其復(fù)原。由于變形較大，復(fù)原時一般需要借助高溫水、高壓水或高壓蒸汽。使用該方法時應(yīng)考慮地下水的影響，在原管道與內(nèi)襯HDPE管的夾層中安裝排水排氣裝置，防止因氣水滲入產(chǎn)生的壓力使有記憶性的HDPE管道恢復(fù)U形，影響襯管與原管的貼合；同時應(yīng)注意，在始運行階段應(yīng)逐步提升壓力與流量，避免夾層中壓力激增而破壞襯管[6]。該方法的優(yōu)點：1)施工速度快，為23 d/km，優(yōu)于傳統(tǒng)開挖修復(fù)的35 d/km[7]；2)無需灌漿；3)雖然管道斷面減少5%～15%，但摩阻系數(shù)變小會提高過流能力；4)新管道兼具了原管道抗沖擊、承壓力與襯管耐腐蝕、耐磨損、不結(jié)垢的優(yōu)點；5)開挖量少；6)費用低，約為傳統(tǒng)開挖的55%[7]。該方法的缺點：1)只能修復(fù)較直的管線；2)對施工技術(shù)水平和機械要求較高；3)只能在支管連接處選擇工作坑位置；4)施工設(shè)備需要較大的存放空間；5)施工時水流要更換線路；6)襯管毀壞后水會沿夾層流動，損壞點難被發(fā)現(xiàn)，維修困難[7]。

1.5 螺旋管內(nèi)襯法

螺旋管內(nèi)襯法，即用制管機把PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等材料的帶狀管在井內(nèi)繞制成有固定口徑的螺旋管后拉入原管的方法。型材兩邊各有公母鎖扣，可在螺旋纏繞中互鎖，在原管中型材連續(xù)無縫的結(jié)構(gòu)性新管[8]，具體可分為4種：1)膨脹螺旋管[9]。進入原管的螺旋管會自發(fā)膨脹后與原管緊密貼合，無需注漿。2)鋼帶螺旋管[9]。外表面布滿鋼制T型肋板以提高結(jié)構(gòu)剛度，新舊兩管之間需灌注水泥砂漿。3)前置螺旋管[9]。管道頭部在前，可繞制矩形管，新舊兩管之間也需要灌注水泥砂漿。4)PVC-U雙平壁纏繞管[10]。方孔、雙壁封閉式機構(gòu)的基材提高了螺旋管的環(huán)剛度，迷宮式封閉理論的應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)粘合劑提高了螺旋管的抗?jié)B性。新舊兩管之間需要灌注水泥砂漿。螺旋纏繞結(jié)構(gòu)賦予管道軸線方向的仿脊椎體機構(gòu)，可補償管線因溫度變化和地基不均勻沉降引起的伸縮變形[10]。該方法在水深30%時仍可正常作業(yè)，適用于長距離的管道修復(fù)，且原管修復(fù)后過流能力有所提高，現(xiàn)已發(fā)展成為排水管道非開挖修復(fù)中一種較為完善的方法。

1.6 國際最新非開挖管道修復(fù)技術(shù)[11]

隨著材料科學(xué)的進步與機械化程度的提高，國外的非開挖技術(shù)也在同步高速發(fā)展。如Fyfe有限公司研發(fā)的TYFO FIBERWRAP修復(fù)技術(shù)，可為預(yù)應(yīng)力鋼筋折斷處提供全結(jié)構(gòu)修復(fù)；PMP公司研發(fā)的Amex-10型修復(fù)技術(shù)可修復(fù)管道接頭及管道周圍裂紋；約翰斯頓公司開發(fā)的PERMAFORM專利技術(shù)可在不斷流的情況下修復(fù)井壁；特別是NEOPOXY公司開發(fā)的一系列“一步到位”封裝技術(shù)，已將各種成分提前精確按配比稱量封裝好，現(xiàn)場只需攪拌均勻即可使用，大大簡化了工人的培訓(xùn)過程，也提高了工程的質(zhì)量。這些最新的方法在技術(shù)上并沒有太大的突破，很多都是考慮了實際應(yīng)用中的弊端后將原有的技術(shù)進行了改進，對我國非開挖管道修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向有很大的啟發(fā)。

2 非開挖管道修復(fù)技術(shù)存在的問題

雖然非開挖管道修復(fù)技術(shù)具有較好的綜合性經(jīng)濟和環(huán)境效益，但在推行的過程中仍存在很多問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 缺乏科學(xué)的行業(yè)管理體制

1)沒有鮮明的政策導(dǎo)向。非開挖管道修復(fù)作為一項愈加成熟的技術(shù)受到越來越廣泛的關(guān)注，但相對較高的直接成本對其發(fā)展產(chǎn)生了一定的不利影響。除與施工相關(guān)的直接成本外，總成本還包括社會和環(huán)境成本，即交通延誤損失、商業(yè)損失、環(huán)境污染造成的損失等[12]。此時其發(fā)展就需要越來越多的政策支持，如采用該技術(shù)的施工企業(yè)在競標(biāo)時可獲得一定優(yōu)先權(quán)，政府以減免部分稅收等方式給予一定的財政補貼等。在缺乏優(yōu)先政策時，很多企業(yè)就會在市場的自然競爭機制下選擇當(dāng)前最為經(jīng)濟的施工手段，但與可持續(xù)發(fā)展的大目標(biāo)背道而馳，不利于實現(xiàn)長遠(yuǎn)利益的最大化。2)缺少統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。我國的非開挖管道修復(fù)技術(shù)的發(fā)展相對滯后，還沒有制定科學(xué)、完整、細(xì)致的行業(yè)規(guī)范。這就使得在非開挖工程的前期設(shè)計、中期施工、后期質(zhì)量檢驗和驗收，以及預(yù)算定額編制等重要環(huán)節(jié)中缺乏有效依據(jù)，不僅給企業(yè)操作帶來很大難度，而且易造成肆意壓低價格的不良競爭使工程質(zhì)量難以保證，也使政府的監(jiān)管陷入困境[13]。而非開挖技術(shù)發(fā)展較成熟的發(fā)達(dá)國家，如美國已編制了ASTMF1216-03規(guī)范，對我國有一定的借鑒意義。我國相關(guān)部門可參照其中的相應(yīng)內(nèi)容，結(jié)合我國具體國情和經(jīng)濟發(fā)展水平，制定出有利于推動行業(yè)發(fā)展的規(guī)范。

2.2 相關(guān)科技水平有待提高

1)材料還未大規(guī)模實現(xiàn)國產(chǎn)化。在我國的非開挖修復(fù)工程中，大量材料都依賴進口或是引進國外技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)，一些基料的配方也不具有自主知識產(chǎn)權(quán)，這在很大程度上增加了工程的不必要成本。若能通過研發(fā)掌握核心材料技術(shù)，必將極大降低成本，推動非開挖管道修復(fù)事業(yè)的發(fā)展。2)機電一體化水平有待提高。先進的機械是給排水管道非開挖修復(fù)的強力技術(shù)保障。而當(dāng)前我國的實際情況是雖有很多尖端設(shè)備，卻不能很好地物盡其用。只有提高機電一體化的水平，使所有的機械作業(yè)達(dá)到一體化、流程化、規(guī)范化的要求，并保障在復(fù)雜環(huán)境條件下的多工況中順利運行，才能使機械的作用達(dá)到新的高度，同時促進非開挖管道修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。

2.3 工作人員的素質(zhì)良莠不齊

無論是現(xiàn)場決策還是操作機器，工作人員的素質(zhì)均會對施工效果造成不可忽視的影響。但是目前高級建設(shè)人才大多從事設(shè)計工作，真正參與現(xiàn)場施工的工作人員的素質(zhì)往往不能達(dá)到高水平施工的嚴(yán)格要求。為使工程在提高效率、提高材料利用率、延長設(shè)備壽命等各方面獲得收益，全面提高工作人員的素質(zhì)刻不容緩。

2.4 工程項目管理水平有待提高

管道的非開挖修復(fù)每一次現(xiàn)場作業(yè)都是一項具體工程，需要在工程進度、工程質(zhì)量、運營成本和投資風(fēng)險等多方面進行全面控制。當(dāng)前我國略顯混亂的工程管理現(xiàn)狀在一定程度上制約了管道非開挖修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。只有采用科學(xué)的體系與方法，提高工程項目管理水平，從全局的角度對工程進行把握，才能提高整體收益。

3 結(jié)論及展望

從根本上提高我國的給排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)水平，還需要從上到下的一致努力。首先，國家應(yīng)設(shè)立強有力的主管部門，協(xié)調(diào)所有地下管線的規(guī)劃設(shè)計、施工、修復(fù)等問題，切實提高地下市政的管理水平；具體到給排水管網(wǎng)的非開挖修復(fù)，應(yīng)給予一定的政策支持，并盡快制定出科學(xué)具體的行業(yè)規(guī)范。其次，整個產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)，都應(yīng)加大科研投入力度，努力早日實現(xiàn)工程中的材料國產(chǎn)化與機電一體化；也要加強入職后教育與新技術(shù)培訓(xùn)，全面提高工作人員的理論與實踐水平。同時，施工企業(yè)自身要多學(xué)習(xí)總結(jié)，并積極與工程項目管理公司尋求合作，提高工程項目管理水平，促進管道非開挖修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。

管道非開挖修復(fù)技術(shù)作為非開挖技術(shù)的一個重要分支，以其強有力的經(jīng)濟及環(huán)境優(yōu)勢和不斷完善的技術(shù)，必將在解決現(xiàn)有管道存在的問題方面發(fā)揮更加重要作用。

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Trenchless repair technology of water and wastewater pipeline

YANG Mo1ZHOU Hang1HAO Xue-kai2TIAN Jun1HU Jun-song1

(1.CentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China;2.WuhanMunicipalEngineeringDesignandReasearchInstituteCo.,Ltd,Wuhan430023,China)

The paper points out the non-excavation maintenance technique in the water-supply pipeline in the fierce influence of economy and environment protection, introduces the main methods for the non-excavation maintenance technique of pipelines, analyzes some problems in the implementation process of the technique from the management system, the technique and the personnel quality and provides the prospect of the technique in following years.

water-supply and wastewater pipeline, non-excavation maintenance, sewage

1009-6825(2014)11-0124-03

2014-02-02

楊 墨(1987- )，女，助理工程師; 周 航(1987- )，男，助理工程師; 郝學(xué)凱(1988- )，男； 田 俊(1989- )，男，助理工程師； 胡駿嵩(1987- )，男，助理工程師

TU990.3

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