PVC 模塊內(nèi)襯法在排水管道非開挖修復(fù)中的應(yīng)用

忻少華

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200041）

0 引言

排水管道建成運(yùn)行投入使用數(shù)年后，由于道路上部持續(xù)荷載壓力的影響、管道內(nèi)部酸性氣體對(duì)管壁的腐蝕、接口脫落等原因造成排水管道出現(xiàn)不同程度的破裂、腐蝕、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷，嚴(yán)重的甚至?xí)斐膳潘艿赖乃?。排水管道的破裂滲漏，一方面導(dǎo)致污水外滲進(jìn)入地下對(duì)地下水造成污染；另一方面埋設(shè)在粉性土、砂性土中的排水管道地下水持續(xù)入滲進(jìn)入排水管道，造成管周水土流失導(dǎo)致排水管道的沉陷，進(jìn)而引發(fā)路面沉陷事故，因此需對(duì)存在結(jié)構(gòu)性缺陷的排水管道進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，消除安全隱患。

雖然非開挖修復(fù)的單價(jià)比傳統(tǒng)的開挖修復(fù)價(jià)格高，但是開挖翻排管道會(huì)受到各種復(fù)雜地理環(huán)境因素的影響，不僅妨礙交通、影響周邊居民出行，而且在開挖施工過程中有可能給周邊建筑物及地下管線造成安全隱患，因此非開挖修復(fù)技術(shù)較開挖修復(fù)而言具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。PVC 模塊內(nèi)襯法是一種新型的管道非開挖修復(fù)技術(shù)，本文從其技術(shù)特點(diǎn)、施工要點(diǎn)和應(yīng)用案例等出發(fā)，探討其在排水管道非開挖修復(fù)中的應(yīng)用。

1 PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)概述

1.1 P VC 模塊內(nèi)襯法概述

PVC 模塊內(nèi)襯法是一種現(xiàn)場(chǎng)制管技術(shù)，該技術(shù)既可以對(duì)排水管道進(jìn)行非開挖整體修復(fù)，也可以進(jìn)行非開挖局部修復(fù)。PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)是根據(jù)原排水管道形狀（圓形、矩形、馬蹄形等），將透明、輕質(zhì)的塑料模塊（一般每塊PVC 塑料模塊最大重量不超過4.0 kg）從檢查井處搬入，在原有管道內(nèi)搬運(yùn)，管片模塊之間采用螺栓、螺帽拼裝成圓環(huán)，通過長螺栓、螺帽將管片圓環(huán)拼裝成整段管道，然后在原有管道和管片模塊之間填充特殊灌漿料，使塑料模塊和原有管道最終緊密連成一體的結(jié)構(gòu)性、可承載式筑管技術(shù)。該技術(shù)適用于鋼筋混凝土管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等，使用形狀可包括圓形管道、馬蹄形管道、矩形箱涵等[1]。圓形管道適用管徑范圍一般為：800～4 000 mm；矩形箱涵適用內(nèi)尺寸范圍一般為：1 m×1 m～5m×5 m。圓形管道用塑料模塊見圖1，矩形箱涵用塑料模塊見圖2。

圖1 圓形管道用塑料模塊

圖2 矩形箱涵用塑料模塊

1.2 P VC 模塊內(nèi)襯法的技術(shù)特點(diǎn)

PVC 模塊內(nèi)襯法是一種新型管道非開挖修復(fù)技術(shù)，較之于目前應(yīng)用較為廣泛的熱水固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)等管道非開挖修復(fù)技術(shù)，具有如下的技術(shù)特點(diǎn)。

（1）PVC 模塊內(nèi)襯法是一種結(jié)構(gòu)性修復(fù)技術(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)性損壞嚴(yán)重，無法作為結(jié)構(gòu)受力層的排水管道，采用該技術(shù)可形成與原管道緊密貼合的復(fù)合管結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯管道強(qiáng)度大，修復(fù)后管道的可承受破壞強(qiáng)度甚至高于新管道。

（2）施工過程中無需大型機(jī)械設(shè)備，塑料模塊等材料可以化整為零分批送入施工現(xiàn)場(chǎng)，在管道內(nèi)可根據(jù)管內(nèi)情況靈活拼裝。

（3）適用管徑范圍較廣，可適用于管徑DN800～DN4000 的排水管道，而常規(guī)的熱水固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)和紫外線光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)一般適用于管徑DN150～DN1500，最大也僅能修復(fù)管徑DN1800 的管道，因此PVC 模塊內(nèi)襯法特別適用于大型排水管道的非開挖修復(fù)。

（4）是一種可以帶水作業(yè)的非開挖修復(fù)技術(shù)，排水管道內(nèi)水位低于40～50 cm 時(shí)即能滿足工人進(jìn)入管內(nèi)施工，可根據(jù)管道運(yùn)營情況中斷施工，適用于無法封堵上游管道或臨時(shí)排水有困難的施工條件。

表1 對(duì)PVC 模塊內(nèi)襯法與其他非開挖修復(fù)技術(shù)的工藝特點(diǎn)進(jìn)行比較。

通過表1 的技術(shù)分析，PVC 模塊內(nèi)襯法具有施工速度快，修復(fù)后管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，對(duì)臨時(shí)排水要求較低，可適用于各種管道損壞缺陷及各種形狀的大型排水管涵。

表1 非開挖修復(fù)工藝技術(shù)比較表

2 PVC 模塊內(nèi)襯法施工要點(diǎn)及技術(shù)要求

2.1 施工要點(diǎn)

PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)需按照如下的流程進(jìn)行施工：（1）確定需要修復(fù)的管段→（2）管道預(yù)處理（管道清淤、內(nèi)部清洗、目視檢查）→（3）模塊運(yùn)送（模塊吊入、管道內(nèi)運(yùn)送）→（4）模塊拼裝→（5）灌漿（設(shè)置支護(hù)、管內(nèi)注漿、拆除支護(hù)）→（6）管口處理。

PVC 模塊內(nèi)襯法施工過程中，應(yīng)注意在管片模塊運(yùn)送進(jìn)入檢查井及在原有管道運(yùn)送過程中，不得對(duì)管片模塊造成損傷，也不得對(duì)擬進(jìn)行修復(fù)的原有管道造成進(jìn)一步的損壞。管片拼裝完成后應(yīng)與原管道形成一個(gè)整體，內(nèi)襯管兩端與原有管道間的環(huán)狀空隙應(yīng)進(jìn)行密封處理，防止管片模塊與原有管道之間脫離影響整體的受力結(jié)構(gòu)。

2.2 管片模塊的材料要求

PVC 模塊內(nèi)襯法內(nèi)襯材料的主材材質(zhì)采用硬質(zhì)鹽化聚氯乙烯樹脂。PVC 管片模塊置入原有管道后，管道的過水?dāng)嗝鏁?huì)有所減小，因此需控制好置入模塊的厚度，避免造成原有管道過流能力的下降。一般對(duì)于圓形管道可采用如表2 的管片分割數(shù)及置入模塊尺寸。

表2 圓形管模塊分割數(shù)和修復(fù)后管道的內(nèi)徑

2.3 灌漿填充技術(shù)要求

PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)工藝中使用的灌漿填充料應(yīng)采用在水中不易分離的材料，灌漿時(shí)流動(dòng)性好，即使在狹小的縫隙中也能進(jìn)行灌注。灌漿填充料的配比可按表3，混合料的成分可采用表4。

表3 灌漿填充料的配制

表4 混合料可采用的成分

在灌漿填充過程中，應(yīng)注意在管道兩側(cè)對(duì)稱注入，防止注漿時(shí)管道單側(cè)的側(cè)向壓力過大，導(dǎo)致管道和模塊之間的偏移；另外灌漿時(shí)需控制灌漿填充液的流量不大于15 L/min，灌漿的壓力不應(yīng)大于0.02 MPa；灌漿完成后應(yīng)對(duì)注漿孔及管道端口進(jìn)行處理，使修復(fù)后的排水管道平整[2]。

3 修復(fù)管道后過流能力復(fù)核

修復(fù)后排水管道的過流能力與修復(fù)前排水管道的過流能力的比值可采用下式進(jìn)行比較分析[3]：

式中：B 為管道修復(fù)前后過流能力比；ne為原有管道的粗糙系數(shù)；n1為內(nèi)襯管的粗糙系數(shù)；DE為原有管道的平均內(nèi)徑，mm；DI為內(nèi)襯管道的平均內(nèi)徑，mm。

根據(jù)式（1），對(duì)各種不同管徑條件下采用PVC 模塊內(nèi)襯法進(jìn)行修復(fù)的排水管道修復(fù)后與修復(fù)前過流能力進(jìn)行分析比較，見表5。修復(fù)前管道粗糙系數(shù)按鋼筋混凝土管取0.013，修復(fù)后管道粗糙系數(shù)按PVC管取0.009。

表5 不同管徑條件下P VC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)前后過流能力分析對(duì)比

從上述計(jì)算結(jié)果可見，不同管徑條件下采用PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)后管道過流斷面雖然有所減小，但是采用的內(nèi)襯管片為PVC 材質(zhì)，其粗糙系數(shù)較之于鋼筋混凝土管小，因此修復(fù)完成后管道過流能力比均大于1，即修復(fù)完成后排水管道具有比修復(fù)前更好的過流能力，能滿足管道修復(fù)完成后疏通養(yǎng)護(hù)的要求。

4 工程應(yīng)用案例

以上海市某路段排水管道修復(fù)工程為例，該項(xiàng)目擬修復(fù)的排水管道總長471.5 m，現(xiàn)狀敷設(shè)有DN1 200～DN2 000 雨水管道，管道建設(shè)于上世紀(jì)90 年代，管材為鋼筋混凝土管，橡膠圈柔性接口，開槽埋管法施工，管道埋深3.98～5.80 m。其中管徑DN2 000 的雨水管道總長39.3 m?，F(xiàn)狀雨水管道位于道路中心線北側(cè)2.0 m 的機(jī)動(dòng)車道上，該路段日常車流量較大。根據(jù)CCTV 檢測(cè)資料分析，該DN2 000雨水管道存在滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷，包括多處1級(jí)滲漏、2 處2 級(jí)滲漏，整段管道1 級(jí)腐蝕。對(duì)于管道損壞原因進(jìn)行分析，雖然該段管道是雨水管道，但由于初期雨水含有一定濃度的污染物以及可能存在的雨污混接現(xiàn)象，導(dǎo)致雨水管道內(nèi)產(chǎn)生H2S 等腐蝕性氣體，對(duì)管道造成腐蝕。

該項(xiàng)目采用非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行整體修復(fù)，經(jīng)修復(fù)方案比選，DN2 000 雨水管采用PVC 模塊內(nèi)襯法進(jìn)行非開挖整體修復(fù)。該段DN2 000 雨水管非開挖修復(fù)的臨時(shí)排水措施與DN1 200 雨水管非開挖修復(fù)一起考慮，修復(fù)施工前預(yù)先對(duì)擬修復(fù)雨水管的上下游管道進(jìn)行臨時(shí)封堵。施工期間臨時(shí)占用一根車行道，并確保道路雙向各有1 根車行道滿足周邊居民的交通出行要求。施工過程中將輕質(zhì)的PVC 塑料管片模塊從檢查井口搬入管道，檢查井井室尺寸1 100 mm×2 500 mm，通過螺栓、螺帽等工具將送入的PVC 管片模塊在管道內(nèi)部進(jìn)行拼裝，然后在既有管道和塑料模塊之間注入高流動(dòng)性微膨脹的特殊灌漿液，使模塊和既有管道形成一體。本項(xiàng)目DN2 000 雨水管修復(fù)的模塊分割數(shù)為8 段，管片模塊高度48 mm，修復(fù)完成后管道內(nèi)徑1 840 mm。

該項(xiàng)目已經(jīng)全部竣工順利通水，DN 2 000 雨水管道采用PVC 模塊內(nèi)襯法非開挖整體修復(fù)后，管道內(nèi)壁光滑，內(nèi)襯管片與原管道貼合緊密，管片模塊之間拼接處理完好，管道無滲漏、破損等情況，滿足排水管道過流能力的要求。圖3 為修復(fù)完成后的管道內(nèi)部效果。

圖3 采用P VC 模塊內(nèi)襯法管道修復(fù)后效果

5 結(jié)語

隨著城市排水管道長時(shí)間的服務(wù)運(yùn)行，管道老化、流沙地區(qū)管道等引起的結(jié)構(gòu)性損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，影響排水安全運(yùn)行，每年都有大量的排水管道需要進(jìn)行維修更新。管道非開挖修復(fù)技術(shù)相較于開挖修復(fù)而言整體優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)地面交通、周圍環(huán)境以及周邊地下市政管線等的負(fù)面影響小。PVC 模塊內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)在排水管道非開挖修復(fù)領(lǐng)域提供了一種新技術(shù)，具有操作靈活、修復(fù)后管道強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)排水管道非開挖修復(fù)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。