內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)在排水管道修復(fù)中的應(yīng)用

施琦 徐春蕾

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司 200092)

引言

隨著城市的發(fā)展和人口的增長,城市生活污水的排放量也在不斷增加,對于城市排水管網(wǎng)的運營壓力也不斷上升。完善的排水管網(wǎng)對于提升城市雨污水導(dǎo)排處理效率、保障城市排水系統(tǒng)正常運營起著關(guān)鍵性作用。

然而,隨著早期的排水管道使用年限的增加,再加上早期規(guī)范要求的管材等級較低以及止水帶老化,城市排水管道在受到腐蝕、不均勻沉降及過大附加荷載等情況下,逐漸出現(xiàn)了不同程度的滲漏水情況,極大地影響了排水系統(tǒng)的正常運行;同時,滲漏的生活污水又對周邊環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。如何快速有效地對排水管道各類損壞情況進行針對性修復(fù)是相關(guān)部門的研究重點。

位于城市中的排水管道,周邊環(huán)境復(fù)雜,當管道出現(xiàn)損壞需要修復(fù)時,往往沒有條件進行開挖修復(fù);而管道非開挖修復(fù)方式極大地解決了這一問題,在修復(fù)管道的同時,不占用周邊場地,不影響交通。

現(xiàn)階段,管道非開挖修復(fù)方式越來越多,如固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、管片內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、U 型薄壁HDPE 管修復(fù)技術(shù)、CIPP 翻轉(zhuǎn)修復(fù)技術(shù)、內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)等。在工程應(yīng)用中,需根據(jù)管道不同的損壞形式選用合理的修復(fù)方式。本文所述的內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)主要針對于未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞,僅出現(xiàn)裂縫或管節(jié)錯位情況的圓形管道。該修復(fù)技術(shù)操作簡便、造價低,對裂縫或管節(jié)錯位等損壞情況具有針對性,其修復(fù)效果較好。

1 內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)簡介

本修復(fù)技術(shù)通過不銹鋼內(nèi)脹環(huán)自身的環(huán)向張力將氯丁橡膠板緊貼于管道內(nèi)壁如圖1 所示,柔性的橡膠板和剛性的內(nèi)脹環(huán)可以更好地解決止水帶老化、管道裂縫或管節(jié)錯位導(dǎo)致的管道滲漏水情況;同時,可視受損管道周邊土體受污水影響松動情況,采取注漿加固、旋噴樁加固等方式對土體加固以確保管道正常運營。本修復(fù)技術(shù)操作簡便、工期較短,并對管道結(jié)構(gòu)沒有造成破壞。

圖1 內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)示意Fig.1 Schematic diagram of deformation joint repair technology by internal expanding ring

1.1 工藝原理

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)主要材料為雙組份聚硫密封膠、環(huán)形氯丁橡膠板、兩組不銹鋼內(nèi)脹環(huán)(4個半圓)以及擴脹板等。

主要安裝步驟如下: 首先將雙組份聚硫密封膠嵌于待修復(fù)溝縫內(nèi);之后將環(huán)形氯丁橡膠板定位于待修復(fù)區(qū)域;再將半圓不銹鋼內(nèi)脹環(huán)上下分別壓于橡膠板上,并通過內(nèi)脹環(huán)凸點與橡膠板凹槽將其準確定位,定位點位于內(nèi)脹環(huán)上下兩處,如圖2 所示;之后將兩個半圓不銹鋼內(nèi)脹環(huán)一側(cè)通過卡扣一連接;最后,在卡扣二處通過擴脹器給內(nèi)脹環(huán)初始擴脹力F,使內(nèi)脹環(huán)擴大,并將擴脹板插入內(nèi)脹環(huán)卡扣二使內(nèi)脹環(huán)保持該狀態(tài)即完成安裝,如圖3 所示。

圖2 內(nèi)脹環(huán)定位點示意Fig.2 Schematic diagram of locating point

圖3 內(nèi)脹環(huán)卡扣Fig.3 Bayonet of internal expanding ring

通過插入擴脹板擴大不銹鋼內(nèi)脹環(huán)內(nèi)徑,使不銹鋼內(nèi)脹環(huán)與氯丁橡膠板緊密貼于待修復(fù)管道內(nèi)壁,以到達止水的目的。同時,由于氯丁橡膠板拉伸率比較好,接縫處仍為柔性接口,在管道損壞處再次開裂也不會漏水。

橡膠板凹槽沿環(huán)向略大于不銹鋼內(nèi)脹環(huán)凸點的目的是在精確定位內(nèi)脹環(huán)于橡膠板的同時,擴大內(nèi)脹板內(nèi)徑時不會將橡膠板拉壞,保證其性能。擴脹板工作原理如圖4 所示,通過齒狀卡槽,使內(nèi)脹環(huán)緊貼于管道內(nèi)壁。擴脹板設(shè)計成梯形的目的是使內(nèi)脹環(huán)內(nèi)徑可根據(jù)需求調(diào)節(jié),方便在后期橡膠板老化等因素導(dǎo)致其無法緊貼于管道內(nèi)壁時,進一步擴大內(nèi)徑以恢復(fù)其作用,提高經(jīng)濟性。

圖4 擴脹板工作原理Fig.4 Functional diagram of expanding plate

由于受到污水外溢的影響,受損管道周邊土體可能已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的松動,若不采取加固措施,該處管道仍會產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致再次損壞。因此,在管道內(nèi)部修復(fù)完成后,需視土體情況對管道周邊土體采取注漿加固、旋噴樁加固等方式進行加固以確保管道后續(xù)正常運行。

1.2 工藝特點

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)是一種針對圓形管道因止水帶老化、管道裂縫或管節(jié)錯位導(dǎo)致滲漏水情況的修復(fù)方式。該方法操作簡便,對結(jié)構(gòu)無影響。其主要具有以下幾個特點:

1.施工工期短

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)所采用的修復(fù)材料在廠家生產(chǎn)完畢后運至現(xiàn)場安裝,施工完成后無需其他養(yǎng)護工作即可恢復(fù)運行;

2.施工占地少

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)為非開挖修復(fù)技術(shù),由施工員在管道內(nèi)部進行操作施工,不會對管道沿線路面造成破壞,保護環(huán)境,若需對土體進行加固,影響范圍也較小;

3.施工簡便

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)施工過程中無需操作大型施工設(shè)備,僅需使用鋼板將橡膠板固定即可。

1.3 適用范圍

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)適用于圓形管道因止水帶老化、管道裂縫或管節(jié)錯位導(dǎo)致的管道滲漏水情況,且需滿足以下條件:

(1)管道未出現(xiàn)較嚴重的結(jié)構(gòu)性破壞;

(2)管節(jié)錯位情況較輕,且并無進一步加劇的趨勢;

(3)該修復(fù)方案需在管道內(nèi)部施工,排水管道需滿足停運要求。

2 工程應(yīng)用實例

2.1 工程概況

根據(jù)對上海市中山南二路292 地塊部分污水管道(污水二期D2200 管道)內(nèi)部采用CCTV影像資料綜合檢測情況進行分析。發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)的防腐層環(huán)向0903 位置,縱向整段基本脫落,且部分接口存在滲漏、錯位現(xiàn)象,見圖5。管道承載力下降,給管道運行帶來很大安全隱患。經(jīng)對管道評估計算,該損壞情況較為嚴重。根據(jù)以上檢測結(jié)果,急需選擇合適的修復(fù)方法及時進行搶修,確保管道的正常運營及社會公共設(shè)施安全。

圖5 管道損壞Fig.5 Pipelines’ damage

本次搶修管道位于漕溪路內(nèi)環(huán)立交東側(cè),內(nèi)環(huán)高架南側(cè),附近有上海旅游集散中心總站、上海體育場,漕溪路內(nèi)環(huán)立交、上海游泳館站、漕溪路地鐵站等,人流量較大。若采用明挖修復(fù)方案,將對周邊環(huán)境造成較大的影響,因此選擇非開挖局部修理方法進行修復(fù),以確保管道的正常運營及社會公共設(shè)施安全。

2.2 內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)

本次搶修的排水管道無結(jié)構(gòu)性損壞,主要表現(xiàn)為滲漏水及管節(jié)錯位。因此,本工程采用較為針對性的內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)作為修復(fù)方案。具體方案如下:

(1)與上游泵站進行協(xié)調(diào),施工期間應(yīng)嚴格控制泵站的水泵運行;之后,對管道內(nèi)部進行垃圾清理;最后,對待修復(fù)管道進行檢查,確認需修復(fù)的滲漏點和錯位處。

(2)對滲漏裂縫處進行割擴裂縫,并對裂縫進行清理;之后,在溝縫內(nèi)預(yù)埋尼龍增強注漿管,并用瞬凝水泥對管口裂縫進行嵌實抹平;最后,通過注漿專業(yè)高壓泵加壓,將注漿材料(水溶性聚氨酯)壓入溝縫內(nèi)。若待修復(fù)處為管節(jié)錯位,無需進行此步操作。

(3)對管道待修復(fù)區(qū)域進行清理,確?；姹３指蓛羝秸?之后,使用灰刀將雙組份聚硫密封膠嵌入溝縫中,并達到規(guī)定厚度。

(4)在待修復(fù)區(qū)域安裝氯丁橡膠板(400mm×10mm),橡膠板與溝縫居中對齊;之后,在橡膠板兩側(cè)設(shè)置不銹鋼內(nèi)脹環(huán),通過擴脹器及擴脹板,將內(nèi)脹環(huán)與橡膠板緊貼于管道內(nèi)壁,如圖6所示。

圖6 擴脹板安裝Fig.6 Installing of expanding plate

3 初始擴脹力F的確定方法

假定擴脹器給內(nèi)脹環(huán)一個擴脹力,大小為F(kN),則內(nèi)脹環(huán)與管道內(nèi)壁間產(chǎn)生一組作用力q1(kN/m)。通過定積分,可求得q1與F間的關(guān)系。取1/4 圓進行計算,如圖7 所示?？芍猶1與F的關(guān)系為:

式中:R為內(nèi)脹環(huán)半徑。

圖7 q1與F的積分示意Fig.7 Integral diagram ofq1andF

根據(jù)文獻[4]的結(jié)論,鋼板與混凝土界面的靜摩擦系數(shù)為0.7～1.0,按照最不利工況0.7 考慮,則內(nèi)脹環(huán)對管道內(nèi)壁的壓力所產(chǎn)生的摩擦力f為0.7q1。為保障內(nèi)脹環(huán)修復(fù)的可靠性,該摩擦力應(yīng)大于內(nèi)脹環(huán)迎水面所受到的水流沖力q2(kN/m)。

根據(jù)以上內(nèi)容可知,為保證內(nèi)脹環(huán)不被水流沖擊影響其正常工作,可根據(jù)管道內(nèi)水流對內(nèi)脹環(huán)的沖力q2確定初始所需施加的最小擴脹力F,即:

4 結(jié)語

內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)可以快速簡便地對管道進行修復(fù),適用于環(huán)境復(fù)雜,不宜明挖修復(fù)的城市排水管道。但仍需注意以下幾點限制條件:(1)該修復(fù)方法僅適用于尚未產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的圓形管道;(2)由于需要進入管道內(nèi)部修復(fù),需與上游泵站進行協(xié)調(diào)臨時停排。

本文介紹的內(nèi)脹環(huán)接縫修復(fù)技術(shù)為今后類似管道修復(fù)工程提供參考及借鑒。