市政給排水管道非開挖修補(bǔ)技術(shù)研究

鄭滿水

（云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，給排水管道作為市政基礎(chǔ)設(shè)施的一部分被大量埋設(shè)于地下，隨著使用壽命的臨近，很多管道出現(xiàn)損壞情況；同時(shí)隨著城市用水量的增加，管道負(fù)荷越來(lái)越大。經(jīng)調(diào)查[1-2]，我國(guó)大部分城市在管道建成之后很少定期進(jìn)行維護(hù)，管道淤塞情況普遍存在，在經(jīng)歷暴雨時(shí)，往往出現(xiàn)排水不暢的現(xiàn)象。

非開挖技術(shù)是指在施工時(shí)不對(duì)地面進(jìn)行開挖或開挖程度非常小的情況下對(duì)破損的管道進(jìn)行修復(fù)。給排水管道通常埋設(shè)于城市道路之下，常規(guī)開挖施工勢(shì)必會(huì)對(duì)正常交通產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致通行效率降低，也會(huì)對(duì)周邊商業(yè)產(chǎn)生不利影響，路面“開窗”造成的不良社會(huì)影響也值得被重視[3]。若施工時(shí)非開挖技術(shù)，則將會(huì)把對(duì)交通和商業(yè)的影響降至最低，同時(shí)該技術(shù)施工便捷、環(huán)保、工期短，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 常用的非開挖修補(bǔ)技術(shù)分析

1.1 碎裂管法 該技術(shù)施工時(shí)利用特種設(shè)備在破損位置將管道從內(nèi)部按適當(dāng)尺寸切割，切割掉的破損部位管道材料被擠入周邊的土體，并形成管孔。與此同時(shí)，將新管道拉入管孔替代破損部分，達(dá)到管道修復(fù)的目的。

1.2 短管內(nèi)襯法 短管內(nèi)襯法是一種引進(jìn)時(shí)間較早，應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)的修補(bǔ)工藝，用于管道修補(bǔ)經(jīng)濟(jì)效益良好；采用頂管施工的管道在修補(bǔ)時(shí)采用該方法效果最佳。施工時(shí)利用現(xiàn)狀檢查井采用頂管將事先設(shè)計(jì)好的內(nèi)襯短管送入待修補(bǔ)的管道，內(nèi)襯短管就位后，在短管與待修補(bǔ)管件間高壓注入水泥漿進(jìn)行粘結(jié)加固。

1.3 管片內(nèi)襯法 管片內(nèi)襯法施工方法類似于短管內(nèi)襯法，采用的材料為PVC 管，將PVC 管與待修補(bǔ)管道內(nèi)進(jìn)行拼接并在新舊管件間填充粘結(jié)材料完成修補(bǔ)。該技術(shù)可應(yīng)用于鋼筋混凝土圓管、方管、馬蹄形管。

1.4 螺旋纏繞法 在待修補(bǔ)管道內(nèi)部通過(guò)采取帶狀型材以螺旋纏繞的方式形成全新管道，新舊管道間采用粘結(jié)材料進(jìn)行加固處理。該技術(shù)是以PVC 或PE 材質(zhì)為板材，在常溫及常壓情況下即可施工。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)將帶狀型材壓縮成環(huán)狀鋼帶用纏繞機(jī)按螺旋方式制作成管，完成后將預(yù)置在板材內(nèi)的鋼線拉出，可使管道擴(kuò)張緊密貼合，不斷向前推進(jìn)最終完成管道修復(fù)，密封處采用黏合劑粘合防止?jié)B漏。

1.5 原位固化法 按具體操作工藝分為翻轉(zhuǎn)法和牽引法兩種施工方法。翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯修技術(shù)采用有防滲膜的纖維增強(qiáng)軟管、編織軟管等作襯里材料。施工時(shí)利用壓力將軟管內(nèi)層翻轉(zhuǎn)并與舊管的內(nèi)壁緊貼，通過(guò)升溫、紫外線照射等方式在新舊管線間形成性能良好的防滲層。與翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法相比，牽引法的區(qū)別在于采用外力將軟管牽引至待修補(bǔ)位置。原位固化技術(shù)施工時(shí)應(yīng)注意施工質(zhì)量的把控，嚴(yán)格的質(zhì)量控制對(duì)該技術(shù)的成功與否具有決定作用。

1.6 管道噴涂法 管道噴涂法是利用專用設(shè)備或人工將膠結(jié)材料送入管道內(nèi)，將原管道清洗干凈后將材料直接噴涂在待修補(bǔ)位置。為保證噴涂材料良好的粘結(jié)在管壁上，施工前應(yīng)對(duì)待修補(bǔ)部位管壁進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保無(wú)水漬存留。工程中常用的噴涂材料有環(huán)氧砂漿、水泥混凝土砂漿、以及其他化學(xué)類漿液。噴涂層厚度很小，根據(jù)采用的材料不同，厚度大約為1～4 mm。由于噴涂層很薄，為增強(qiáng)材料的耐久性，通常還會(huì)噴涂一層防腐材料。

常用修補(bǔ)技術(shù)使用條件對(duì)比情況見表1。

表1 常用修補(bǔ)技術(shù)使用條件對(duì)比

由以上分析可知各種修補(bǔ)技術(shù)在特定條件下各具優(yōu)勢(shì)。共同點(diǎn)在于：所適用的管徑普遍屬于大管徑管道，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]，管徑越小，操作越困難，適用性越低，經(jīng)濟(jì)性越差。

2 小管徑非開挖修補(bǔ)技術(shù)研究

由于常用修補(bǔ)技術(shù)在修補(bǔ)小管徑管道時(shí)存在技術(shù)局限性，所以出于實(shí)際工程需要，近兩年出現(xiàn)了針對(duì)小管徑市政給排水管道修補(bǔ)的內(nèi)壁再構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)。本研究對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究并對(duì)管道修補(bǔ)后的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行分析。

2.1 粘結(jié)強(qiáng)度研究

該技術(shù)采用內(nèi)襯短管進(jìn)行破損修補(bǔ)，在正常使用狀態(tài)下內(nèi)襯短管會(huì)長(zhǎng)期處于被水流沖刷的環(huán)境狀態(tài)中，內(nèi)襯短管與原管道的粘結(jié)強(qiáng)度是該技術(shù)應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵。因此，必須對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，粘結(jié)強(qiáng)度能夠抵抗水流沖刷強(qiáng)度條件下才能保證修補(bǔ)后的管道正常使用。

為此，本次研究以給水管道為對(duì)象，采用給水管道常用的材料分別制作試件，然后在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行拉力試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并驗(yàn)證內(nèi)壁再構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)，驗(yàn)證內(nèi)襯短管與原管道的粘結(jié)強(qiáng)度是否滿足要求。

試件1：改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑鑄鐵管；試件2：改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙鑄鐵管；試件3：改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑PVC管；試件4：改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙PVC管。

試驗(yàn)結(jié)果見圖1 至圖4。

圖1 改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑鑄鐵管應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖4 改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙PVC 管應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖2 改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙鑄鐵管應(yīng)力應(yīng)變曲線

2.2 管道所處環(huán)境模擬

為確保試驗(yàn)環(huán)境盡量與實(shí)際一致，本次研究對(duì)城市管道壓強(qiáng)及加壓情況下的壓力進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果見表2。

表2 城市給水管道水流壓力

本次研究使用Solidworks 進(jìn)行建模并使用其Simulition 進(jìn)行模擬仿真，模擬在φ300 mm 的給水管道中修補(bǔ)套管所需承受的沖擊強(qiáng)度。仿真模擬結(jié)果見表3。

表3 仿真模擬結(jié)果

根據(jù)軟件仿真模擬結(jié)果，在加壓(0.8 MPa)情況下水流在修補(bǔ)后內(nèi)襯管上產(chǎn)生的沖擊強(qiáng)度為1.312 kPa。

根據(jù)試件應(yīng)力應(yīng)變曲線可以看出：改性高密度聚乙烯HDPE 與鑄鐵粘結(jié)后試件的斷裂強(qiáng)度為242 MPa，改性高密度聚乙烯HDPE 與PVC 粘結(jié)后試件的斷裂強(qiáng)度為168.2 MPa。

與仿真模擬試驗(yàn)結(jié)果相比：242 MPa ＞1.312 kPa、168.2 MPa＞1.312 kPa。

因此可以得出結(jié)論，采用內(nèi)壁再構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行破損修補(bǔ)后的管道強(qiáng)度遠(yuǎn)大于正常工作狀態(tài)下的水流沖擊強(qiáng)度，該技術(shù)具有良好的管道修補(bǔ)效果。

圖3 改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑PVC 管應(yīng)力應(yīng)變曲線

3 結(jié)論

目前我國(guó)城市化進(jìn)程正在不斷推進(jìn)，各種管線在地下錯(cuò)綜復(fù)雜分布；給排水管道往往設(shè)置于城市道路之下，隨著交通量的不斷增長(zhǎng)，地下管線修復(fù)的難度及代價(jià)也越來(lái)越大，動(dòng)輒就需要封閉半幅道路，給道路通行造成極大的困擾。因此，地下管道非開挖修補(bǔ)技術(shù)的推廣及應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。地下管線規(guī)模龐大，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，非開挖修補(bǔ)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、對(duì)交通干擾小的顯著優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為市政給排水管道修補(bǔ)的重要方法，正在得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本研對(duì)市政給排水管道常規(guī)非開挖修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，并對(duì)適用于小管徑管道修補(bǔ)的內(nèi)壁再構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)的可行性進(jìn)行了分析論證，希望為類似項(xiàng)目施工提供可行性參考。