排水管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用淺析

許銀，陶善勇，劉錦戍

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

排水管道是城市建設(shè)過(guò)程中不可或缺的一部分，隨著城市化的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模也在擴(kuò)大，相應(yīng)的管網(wǎng)也在迅速發(fā)展。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷擴(kuò)大和人類活動(dòng)的逐步增加，城市排水系統(tǒng)的壓力也隨之增加。城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中及排水管道的使用過(guò)程中都會(huì)造成排水管道的損壞，隨著管網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)間增加，其老化程度也有相應(yīng)的變化。如果有排水管道出現(xiàn)損壞，就需要進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式主要分為兩大類，一是開(kāi)挖修復(fù)，二是非開(kāi)挖修復(fù)。開(kāi)挖修復(fù)首先需要對(duì)周邊管道進(jìn)行開(kāi)挖并取出，對(duì)相鄰管道進(jìn)行更換再填埋，此過(guò)程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還有可能對(duì)周邊其他管線造成不必要的損壞。所以，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)在排水管道修復(fù)中起到了舉足輕重的作用，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：在修復(fù)過(guò)程中不會(huì)造成二次損壞，不會(huì)破壞周邊的設(shè)備設(shè)施，不會(huì)因?yàn)槭┕び绊懙匠鞘芯用竦纳?；最重要的是非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)施工快，綜合成本低且效益高，受到了廣大修復(fù)者的青睞。在相同條件下，非開(kāi)挖施工法(鋪設(shè)、更換和修復(fù))的綜合施工成本均低于開(kāi)挖施工法的成本，且當(dāng)管徑和埋深越大時(shí)越明顯。

1 管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)分類

管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)總體分為局部修復(fù)和整體修復(fù)。局部修復(fù)主要是針對(duì)排水管道產(chǎn)生部分漏點(diǎn)或者輕微表面損壞，其修復(fù)方法主要包括嵌補(bǔ)法、注漿法和套管法；整體修復(fù)則為對(duì)有損壞的排水管道進(jìn)行全面修復(fù)，所以也稱為線狀修復(fù)，主要包括PE(PE管)內(nèi)襯法、CIPP法、不銹鋼內(nèi)襯法、碎管法、螺旋纏繞法、涂層法、短管內(nèi)襯法等方法。其中PE內(nèi)襯法分為直插法、U型折疊法、O型縮徑法。CIPP按施工方式分為拉入法和翻轉(zhuǎn)法，按固化方式分為熱固化和UV光固化，具有施工時(shí)間短，施工設(shè)備占地面積小，耐磨損，耐腐蝕和對(duì)交通影響小，不受外界環(huán)境的影響等特點(diǎn)。其中U型折疊PE內(nèi)襯技術(shù)和熱固化CIPP內(nèi)襯技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的工藝。

2 非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)介紹及應(yīng)用

2.1 PE內(nèi)襯法

PE管(聚乙烯管)的材料是惰性材料，除某些氧化劑外，可免受各種化學(xué)物質(zhì)的侵害，不會(huì)引起電化學(xué)腐蝕，并且不需要腐蝕保護(hù)層。PE管道主要采用熱熔和電熔兩種方法施工，并僅有一個(gè)管道接口以確保接頭的緊密性。它是一種高韌性管道，其斷裂伸長(zhǎng)率通?？梢猿^(guò)500%，在周圍環(huán)境中具有很高的適應(yīng)能力，并且具有出色的抗震性能。損壞的排水管修復(fù)方法主要是傳統(tǒng)的內(nèi)襯法和改進(jìn)的內(nèi)襯法。

傳統(tǒng)內(nèi)襯法是早期存在的一種無(wú)需挖掘即可修復(fù)舊管道功能的方法。在施工過(guò)程中，將較小直徑的新管插入或拉入舊管，并且通常通過(guò)灌漿固化新舊管之間的環(huán)形空間。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但由于直徑較小且管道流量較小，因此，必須使用流體摩擦系數(shù)比舊管道低的管道，如插入舊混凝土管道中的PE管道，此方法適用于沒(méi)有過(guò)度損壞的管道，舊管道無(wú)障礙且其形狀完好無(wú)損。此方法不需要特殊的設(shè)備，但是可能需要在新管上添加金屬或塑料定位支架或集中環(huán)，以確保新管的傾斜和對(duì)中要求。PE管可以焊接到工作坑中的長(zhǎng)管上，也可以對(duì)接連續(xù)管，該方法可廣泛用于重力下水道、水管和煤氣管。適用于此方法的PE管可以小到25.4mm，通常最大到1000mm。

改進(jìn)的內(nèi)襯法通常被稱為緊密結(jié)合內(nèi)襯法，主要包括冷軋法、熱拔法和變形法。通過(guò)使用PE或PVC管的性能，可先將管的直徑暫時(shí)減小或重塑，然后再將其插入舊管中，而后對(duì)插入的新管產(chǎn)生膨脹效果，緊密貼合并避免在新舊管道上結(jié)環(huán)時(shí)需要在環(huán)空中灌漿。其中，可以通過(guò)機(jī)械冷軋或在縮徑模具之后進(jìn)行拉伸來(lái)獲得冷軋法和熱拉伸法的暫時(shí)的直徑減小。擠出后，管子迅速變形并折疊，纏繞在鼓上并插入舊管子中，在蒸汽的作用下膨脹，關(guān)閉舊管道的接頭。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要長(zhǎng)距離修補(bǔ)和注漿，施工速度快，過(guò)流截面損失小，可用于曲率半徑大的彎管。

U型折疊內(nèi)襯法是使用可變形的HDPE作為管道材料，施工前在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)先通過(guò)改變襯管的幾何形狀來(lái)減少其斷面。變形管在舊管內(nèi)就位后，利用加熱或加壓使其膨脹，并恢復(fù)到原來(lái)的大小和形狀，以確保與舊管形成緊密的配合。有時(shí)，還可以用一個(gè)機(jī)械成形裝置使其恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

2.2 螺旋纏繞法

螺旋纏繞是將具有鎖扣功能的PVC、PE或UPVC條帶螺旋纏繞在舊管道或檢查井中，將其螺旋纏繞成管道形狀，然后將漿液注入到纏繞管道和舊管道之間的環(huán)空中，以實(shí)現(xiàn)舊管道修復(fù)的一種方法。根據(jù)機(jī)器布局，它可以分為固定纏繞類型和活動(dòng)纏繞類型。在固定纏繞方法中，將纏繞機(jī)降到人井中，在人井中進(jìn)行作業(yè)以從地面降低纏繞帶，并將新管直接推入舊管中；活動(dòng)纏繞法是將纏繞機(jī)放入舊管內(nèi)并在纏繞時(shí)向前移動(dòng)，這種方法適用于修復(fù)壓力和重力管道的結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性損壞，并且一次可以修復(fù)長(zhǎng)達(dá)200m的管道。

鄭仙彪[1]將廣州六二三路排水管道的改造采用無(wú)開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)的螺旋纏繞法進(jìn)行施工，以免影響周圍商業(yè)區(qū)的交通和正常運(yùn)行。六二三路污水管道工程位于廣州市黃沙水產(chǎn)批發(fā)市場(chǎng)主干道上，整個(gè)工程維修管線為476m，管徑為800mm～1000mm。編號(hào)按原始設(shè)計(jì)圖的要求，6號(hào)和3號(hào)管道的重建是通過(guò)采用大型明挖法支撐的Larson鋼板樁完成的。這些需要維修的管道位于主要的交通道路下，周圍是繁華的商業(yè)區(qū)，因此，開(kāi)挖工程不可避免地會(huì)導(dǎo)致交通擁堵，破壞綠地、花園甚至管道和電纜，可能還會(huì)損壞其他地下公共設(shè)施。這將影響周圍商業(yè)區(qū)的運(yùn)作。為了保障道路交通和周圍商業(yè)區(qū)的正常運(yùn)行，通過(guò)與業(yè)主、主管設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和其他相關(guān)單位協(xié)商，采用非開(kāi)挖管道維修技術(shù)進(jìn)行管道修復(fù)。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)采用兩個(gè)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)是螺旋纏繞管制造小組，另一個(gè)是灌漿小組，整個(gè)項(xiàng)目的管道修復(fù)建設(shè)期為30d，比原計(jì)劃提前30d完成。無(wú)需破壞路面，對(duì)交通、環(huán)境和周圍地下管線的影響非常微弱。減少了對(duì)管道基坑的鉆探和回填的支持成本，并且總體工程成本比Larsen鋼板樁支持的成本低20%～30%。

2.3 涂覆法

涂覆法是指通過(guò)內(nèi)部擠壓涂覆技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行清洗和除垢，將管道金屬主體暴露，然后使用空氣作為動(dòng)力推動(dòng)擠壓涂覆機(jī)完成涂層覆蓋。經(jīng)過(guò)越來(lái)越多的迭代，最終達(dá)到設(shè)計(jì)層的厚度，從而達(dá)到修復(fù)和保護(hù)舊管道的目的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是溫度范圍寬，長(zhǎng)期使用溫度為0～100℃，一次恢復(fù)距離可達(dá)到1000m以上，適用范圍廣，可用于污水、自來(lái)水和原油管道的修復(fù)。

2.4 不銹鋼薄板內(nèi)襯修復(fù)法

不銹鋼薄板內(nèi)襯修復(fù)法是指將薄鋼板采用卷板形式在管道內(nèi)部進(jìn)行焊接，以達(dá)到對(duì)舊管道修復(fù)的目的。該方法可以增強(qiáng)管道的整體抗壓性，且具有防滲效果，由于不銹鋼內(nèi)襯可以阻止管道內(nèi)部被化學(xué)物質(zhì)腐蝕，增加了管壁的光滑度，增加了過(guò)流量，可以使內(nèi)襯后的管道更加安全，更加輕便，更經(jīng)濟(jì)，使用壽命更長(zhǎng)。該方法主要具備耐高溫，防腐蝕特性，但部分接口需要進(jìn)行人工焊接，焊接質(zhì)量會(huì)有所波動(dòng)，從而影響工程質(zhì)量。

2.5 軟管內(nèi)襯法

軟管內(nèi)襯法主要是基于不挖地面和現(xiàn)有的管道三通、閥門等地面開(kāi)孔，利用纖維增強(qiáng)復(fù)合軟管防滲透、防腐的方法。使用準(zhǔn)備好的帶薄膜的復(fù)合軟管，浸漬了高分子樹(shù)脂后，載體用特定的驅(qū)動(dòng)力將軟管插入表面處理管中進(jìn)行修復(fù)，并在常溫水、溫水、水蒸氣和紫外線等的作用下使樹(shù)脂固化，制成堅(jiān)硬而柔軟的彈性體。成型襯套粘附在舊管上，形成光滑的管中管結(jié)構(gòu)，填充損壞的管道，增加壓力，達(dá)到降低管阻力的修復(fù)目的。

2.6 原位固化(CIPP)內(nèi)襯技術(shù)

CIPP原位固化是非開(kāi)挖行業(yè)的地下管道修復(fù)工藝，它是世界上使用最廣泛的非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)，始于20世紀(jì)70年代的英國(guó)。CIPP技術(shù)被廣泛使用于重力流管道、供水、壓力管道(如天然氣)的非開(kāi)挖修復(fù)。原理是具有無(wú)紡內(nèi)襯的管或玻璃纖維，外層涂有聚合物涂層(PU或PE)。首先用聚酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂浸漬，然后通過(guò)重力或壓縮空氣壓力將其排入下水道或下水道管或UV固化玻璃纖維軟管后拖動(dòng)，一旦襯里完全連接到主管道上，就可以用水或蒸汽或UV加熱襯里，來(lái)使樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并開(kāi)始固化，時(shí)間約4h～8h。內(nèi)襯固化后，就會(huì)在原來(lái)的管道里形成一個(gè)新的連續(xù)性的具有全結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度的管道。

2.6.1 紫外光(UV)內(nèi)襯修復(fù)法

UV內(nèi)襯修復(fù)方法是基于傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法的一項(xiàng)創(chuàng)新，主要體現(xiàn)了內(nèi)襯材料固化性能。將固化方法改為UV燈照射固化，大大縮短了固化時(shí)間，并減少了蒸汽或熱水的使用，且管道修復(fù)后，可以立即使用。薛亮[2]以北京地鐵6號(hào)線為例，沿地鐵6號(hào)線第一階段平行或相交于地鐵結(jié)構(gòu)上方或兩側(cè)的現(xiàn)有下水管道的滲透保護(hù)。地鐵6號(hào)線一期工程位于北京繁華的市區(qū)，交通繁忙，高峰期長(zhǎng)，東西走向，無(wú)節(jié)流要求。排水管道上方還有其他壓力或電源線，這會(huì)帶來(lái)潛在的安全問(wèn)題，為防止管道滲透只能使用非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)。在對(duì)各種情況進(jìn)行全面審查之后，項(xiàng)目決定使用UV襯里修復(fù)方法。UV襯里的維修過(guò)程是：拉入保護(hù)膜→拉入軟管→充氣軟管并安裝UV燈→UV固化→末端處理。市中心排水管網(wǎng)改造項(xiàng)目采用紫外線襯砌修復(fù)法修復(fù)管道，其結(jié)構(gòu)和管道液壓參數(shù)均符合規(guī)范。

某城市建成區(qū)興城大道為雙向四車道，交通量大，臨時(shí)停放車輛多，既有排水管道為DN400混凝土管，管道埋深4.15m～4.26m，位于馬路兩側(cè)人行道內(nèi)或者馬路邊緣。其中WS055-WS054管段長(zhǎng)41.4m，WS053-WS052段管長(zhǎng)41.3m。QV檢測(cè)成果顯示管道存在淤積現(xiàn)象，經(jīng)清淤、沖洗后進(jìn)行CCTV檢測(cè)，結(jié)果顯示管道存在脫節(jié)、滲漏及腐蝕現(xiàn)象。趙志健等[3]通過(guò)對(duì)病害管網(wǎng)紫外光固化非開(kāi)挖修復(fù)施工，施工便捷、工期短、交通影響小、對(duì)周邊環(huán)境影響小，修復(fù)效果達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)CCTV檢測(cè)顯示，內(nèi)襯管表面沒(méi)有因施工原因造成的劃傷、裂紋、磨損、褶皺等質(zhì)量問(wèn)題，表面質(zhì)量滿足規(guī)范要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，全斷面修復(fù)內(nèi)襯管厚度為7mm，經(jīng)檢測(cè)全斷面修復(fù)內(nèi)襯管厚度為7.4mm，滿足規(guī)范要求。

孫大雷等[4]通過(guò)對(duì)青龍河調(diào)查，發(fā)現(xiàn)河道主要污染源有沿河敷設(shè)的污水管道、私排污水入河及河底淤泥。通過(guò)采用玻纖紫外光固化法非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)，在青龍河管網(wǎng)修復(fù)中取得顯著成果，滿足設(shè)計(jì)要求，業(yè)主方十分滿意。此修復(fù)技術(shù)做到了100%非開(kāi)挖內(nèi)襯修復(fù)，整個(gè)修復(fù)過(guò)程快速、安全可靠，施工占地面積小，降低了對(duì)交通的影響，修復(fù)后的管道及井室密封效果好、抗腐蝕性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有污染和損害。

2.6.2 CIPP翻轉(zhuǎn)法

CIPP翻轉(zhuǎn)法是一種在非開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)固化內(nèi)襯的方法，主要是工期短，設(shè)備安裝所需面積小，是一種耐用實(shí)用的內(nèi)襯管，具有環(huán)保、節(jié)約資源等特點(diǎn)。

程江等[5]采用該技術(shù)對(duì)上海西北路DN1500污水管進(jìn)行了預(yù)防加固。上海西北路污水管下水道部分是一條長(zhǎng)180m的鋼筋混凝土頂管，已建成使用了10多年，之后修建了北海路線高架橋和地鐵2號(hào)線等城市設(shè)施。該項(xiàng)目使用CIPP翻轉(zhuǎn)方法對(duì)其進(jìn)行了修復(fù)，一次修復(fù)了DN1500污水主管180m。長(zhǎng)度和口徑在翻轉(zhuǎn)法CIPP工程上屬于超長(zhǎng)超大，創(chuàng)下了目前國(guó)內(nèi)相同管徑排水管道修復(fù)加固工程的最長(zhǎng)紀(jì)錄。

阮麗峰等[6]在無(wú)錫市西城路(新豐路-新洲路)下水道主體段修復(fù)中應(yīng)用了CIPP翻轉(zhuǎn)法。其主管道直徑為D800mm，全長(zhǎng)為1.3km。原管道施工是頂管法，管道的埋深為5.2m～6.8m，管道的土層為粉質(zhì)粘土，含粉質(zhì)土。無(wú)錫市西城路是無(wú)錫新區(qū)熱鬧地區(qū)的一條路，CIPP內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)應(yīng)用，可在短時(shí)間內(nèi)完全解決管道損壞問(wèn)題，并最大程度地減少項(xiàng)目對(duì)道路交通等的影響。該技術(shù)將管道與檢測(cè)井很好地結(jié)合起來(lái)，有效地解決了管道與檢測(cè)井界面處的地下水滲漏問(wèn)題，使管道內(nèi)壁光滑，水流量大大改善，將有利于管道的運(yùn)行和正常維護(hù)。

3 總結(jié)與展望

管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)在解決現(xiàn)有管道修復(fù)問(wèn)題中起著重要作用。隨著非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，其越來(lái)越受到人們的青睞，在經(jīng)濟(jì)成本、社會(huì)成本和環(huán)境成本等方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)是施工機(jī)械簡(jiǎn)單，周期短，不受外界環(huán)境的影響，對(duì)外界的影響也小。而每種方法都有其缺點(diǎn)但可以相互補(bǔ)充，因此，在使用過(guò)程中必須比較和選擇修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，將不同的方法組合使用，可以取得更好的應(yīng)用效果。鼓勵(lì)相關(guān)技術(shù)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)盡快制定一些工作標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以促進(jìn)該技術(shù)的成熟應(yīng)用，并廣泛用于城市管網(wǎng)的維修。