原位熱塑成型管道修復(fù)法在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

詹蓉 珠海市斗門區(qū)城鄉(xiāng)防洪設(shè)施管理和技術(shù)審查中心

1.工程概況

珠海市斗門區(qū)七宗水庫除險(xiǎn)加固工程納入《廣東省水利廳關(guān)于商請加快小型水庫除險(xiǎn)加固攻堅(jiān)行動(dòng)的函》（粵水建設(shè)函〔2020〕769號）范圍內(nèi)，按要求2021年底前基本完工，2022年4月底前全面完工并驗(yàn)收。為確保完成工作節(jié)點(diǎn)，保證水庫安全運(yùn)行，本工程于2021年3月正式開工，王保水庫即為七宗水庫中的一宗。

王保水庫位于珠海市斗門區(qū)，建成于1974年9月，主、副壩均為均質(zhì)土壩，最大壩高分別為21.8m和10.0m，正常蓄水位為27.0m，死水位為12.92 m，水庫設(shè)計(jì)總庫容為373萬m3，王保水庫庫區(qū)集雨面積為3.11km2，設(shè)計(jì)灌溉面積2474畝，防洪保護(hù)面積6000畝，是一座以防洪、灌溉為主的?。?）型水庫。它不僅是“黃楊八景”之一金臺寺景區(qū)的唯一交通出行通道，更為下游重金打造的宋城演藝度假區(qū)汛期安全保駕護(hù)航。

王保水庫建有一高一低兩座放水涵管。低涵位于主壩0+145 處，為內(nèi)襯鋼板的有壓圓形管，直徑為700mm，進(jìn)程高程14.686m，出口高程12.00m；高涵位于主壩0+100處，為漿砌石方涵，斷面尺寸為0.5m×0.9m，內(nèi)襯圓形鋼管的直徑為300mm，出口底高程18.3m。兩座涵管的進(jìn)口均設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)門蓋。1986年4月底，通過采用承插灌漿法，對原漿砌石低涵進(jìn)行套管修復(fù)，至本次除險(xiǎn)加固周期已時(shí)隔35年之久。

2.壩下放水涵管存在的問題

根據(jù)2016年王保水庫安全鑒定報(bào)告顯示，放水涵管存在的主要問題是出口閥門老化銹蝕、啟閉困難，進(jìn)口閥門的啟閉機(jī)型式老舊，運(yùn)行操作不便。由于安全鑒定期間，水庫因供水需要未能降至相應(yīng)管涵水位，故安全鑒定單位未對管道內(nèi)部進(jìn)行檢測，管道接口、變形等情況不詳?？紤]到壩下埋管使用條件惡劣，且運(yùn)行時(shí)長較長。為準(zhǔn)確掌握管道實(shí)際情況，水庫管理單位配合將庫區(qū)水位降低至管道以下，通過CCTV內(nèi)窺技術(shù)詳細(xì)檢測管道。

根據(jù)CCTV 檢測報(bào)告（詳見表1)，涵管銹蝕嚴(yán)重且局部管道接縫處有下沉錯(cuò)位，應(yīng)已發(fā)生滲漏，長此以往，水庫中的水會沿管壁與壩體土之間接觸面產(chǎn)生集中滲流，不僅造成水庫水量的損失，而且抬高了壩身的浸潤線或引起壩體土的滲透變形，最后可能導(dǎo)致壩體的沉陷、坍塌和滑坡，更嚴(yán)重者會導(dǎo)致潰壩事故。針對該涵管的現(xiàn)狀情況，應(yīng)制定合理可行的修復(fù)方案。

3.壩下放水涵管傳統(tǒng)修復(fù)方式分析

壩下放水涵管滲漏是病險(xiǎn)水庫中較為常見的問題，針對壩下輸水涵管修復(fù)加固方法有多種，其中傳統(tǒng)修復(fù)方式如下：

（1）補(bǔ)強(qiáng)灌漿法：適用于現(xiàn)狀涵管自身結(jié)構(gòu)未發(fā)生破裂，只是止水部位、接頭設(shè)置不良的涵管，可考慮采用外灌漿、內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)的方式進(jìn)行處理。即采用環(huán)氧砂漿等粘合材料把涵管接頭進(jìn)行修補(bǔ)加固，具備相應(yīng)的強(qiáng)度和防滲性能后再對涵管外壁四周與土體接觸部位進(jìn)行灌漿處理，通過灌漿充實(shí)其管壁四周的空隙，進(jìn)而與壩體良好結(jié)合，重新發(fā)揮涵管功能[2]。

（2）管內(nèi)套管：適用于管徑較大的管涵。當(dāng)涵管已破裂、滲漏、腐蝕較嚴(yán)重，一般采用鋼管內(nèi)套或是新型柔性內(nèi)襯[3]。不論是鋼管內(nèi)套或是新型柔性內(nèi)襯法，二管（管與內(nèi)襯）之間的空隙用混凝土或水泥砂漿堵塞，再進(jìn)行充填灌漿處理。鋼管套管法作為傳統(tǒng)方法在水庫大壩舊輸水管多有采用，缺點(diǎn)是明顯減少原管道過水?dāng)嗝?，管徑較小不宜采用，也不宜重復(fù)套管。新型柔性內(nèi)襯法雖對于原管道過水?dāng)嗝嬗绊懖淮?，但對于管縫發(fā)生錯(cuò)位的管道卻不適用。

圖1 涵管內(nèi)照片

（3）開挖重建：對于涵管已破裂、滲漏、腐蝕較嚴(yán)重，無法修補(bǔ)，采用將原涵管進(jìn)行開挖，重建新涵管。該方法對壩體自身密實(shí)度傷害較大，且工期較長，嚴(yán)重影響水庫防洪及水庫供水。

（4）頂管法：適用于土壩，是原管無法修復(fù)加固，根據(jù)輸水需要重新頂置管道，取代原來輸水管道，并廢除封堵原有管道。頂管法難免對壩身土體產(chǎn)生一定擾動(dòng)，且頂管外壁與土體之間容易出現(xiàn)接觸滲漏，需要對管壁外圍土體進(jìn)行灌漿加固。

但根據(jù)表2的適用性分析結(jié)果顯示，本工程并不適用傳統(tǒng)修復(fù)方式。

表2 傳統(tǒng)加固方式適用性分析

4.原位熱塑成型管道修復(fù)法（FIPP技術(shù)）

4.1 施工工藝介紹

4.1.1 修復(fù)材料特性

原位熱塑成型管道修復(fù)法（FIPP技術(shù)）是采用高分子熱塑材料在管道內(nèi)壁進(jìn)行修復(fù)，與套管法相似，但該方法熱塑材料緊貼于管道的內(nèi)壁，與套管法最大區(qū)別在于該方法與原管壁無縫粘合，無需充填灌漿處理。具有修復(fù)速度快、效率高，無環(huán)境破壞等優(yōu)點(diǎn)，一般可在一周內(nèi)完成管道修復(fù)。該方法不改變管材的力學(xué)參數(shù)，內(nèi)襯厚度為5～20mm，不明顯減少原管斷面，且高分子材料熱塑材料糟率低，保障管道輸水。FIPP技術(shù)適合低于90°彎轉(zhuǎn)及管徑≤1200mm管道的修復(fù)[4、5]；多種斷面 如圓形、矩形、蛋形和三角形[6]及各類材質(zhì)管道的修復(fù)；變徑、嚴(yán)重錯(cuò)口的管道修復(fù)。

4.1.2 施工流程說明

該修復(fù)法目前多用于市政供水管道中，水利工程中幾乎未曾使用過，基于目前其它常規(guī)修復(fù)措施均不適用的前提下，本工程最終決定采用原位熱塑成型管道修復(fù)法，也是首次水庫除險(xiǎn)加固工程中進(jìn)行使用。

1）管壁清理。管道修復(fù)前，降低水庫水位，在壩體涵管前設(shè)置臨時(shí)圍堰，涵管兩端架設(shè)鼓風(fēng)機(jī)為管道內(nèi)作業(yè)人員提供氧氣，采用高壓水槍沖洗原有管道內(nèi)壁鐵銹等附著物及管道內(nèi)淤泥、砂石等雜物，清淤完成后。

2）內(nèi)襯管預(yù)熱。根據(jù)現(xiàn)場CCTV檢測長度制作內(nèi)襯管，將卷成盤的內(nèi)襯管送入加熱箱，用蒸汽加熱至軟化，加熱溫度及時(shí)間根據(jù)廠家提供的參數(shù)和現(xiàn)場實(shí)際情況確定；加熱溫度100℃左右，具體加熱軟化時(shí)間可根據(jù)內(nèi)襯管管壁厚度、卷成盤上內(nèi)襯管的疊放厚度及周圍環(huán)境溫度來確定[7]。

圖2 王保水庫放水低涵修復(fù)后照片

3）內(nèi)襯管固化。內(nèi)襯管拉入待修復(fù)管道前，在接收井口安裝好卷揚(yáng)機(jī)，通過卷揚(yáng)機(jī)拉入原有管道內(nèi)[5]，繼續(xù)向內(nèi)襯管內(nèi)加熱加壓，確保待修復(fù)管道內(nèi)壁與內(nèi)襯管能夠緊密貼合，保持內(nèi)襯管壓力不變，充入冷空氣冷卻內(nèi)襯管，待溫度降至常溫時(shí)緩慢釋放壓力；當(dāng)內(nèi)襯管壓力釋放完畢后，將兩端多余的內(nèi)襯管切除，翻邊后用法蘭固定形成密封。

4）檢測及驗(yàn)收。對修復(fù)后的內(nèi)襯管道進(jìn)行CCTV內(nèi)窺檢測，取樣進(jìn)行試驗(yàn)及驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后拆除圍堰，水庫恢復(fù)蓄水。

4.2 工程造價(jià)分析

根據(jù)《廣東省排水管非開挖修復(fù)工程預(yù)算定額2019》對該工程管道修復(fù)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，修復(fù)費(fèi)用包括管道檢測、清洗管壁、通風(fēng)和管道修復(fù)等，如表3所示。

表3 管道修復(fù)費(fèi)用

經(jīng)計(jì)算得出，該工程造價(jià)約為4683.31元/m。

5.結(jié)論與建議

王保水庫放水涵管，修復(fù)工作從除銹開始至修復(fù)成型耗時(shí)7天，環(huán)境影響較小、工期短、成本低[8、9]，水庫可迅速恢復(fù)蓄水。同時(shí)，襯管的強(qiáng)度高，可達(dá)到單獨(dú)承受壩下涵管所有的外部荷載，包括靜水壓力，土壓力，和壩頂交通橋的交通荷載。涵管修復(fù)后的CCT V內(nèi)窺檢測結(jié)果顯示修復(fù)效果顯著，對于原涵管存在的問題基本得到了解決。針對本工藝的使用，筆者提出以下兩條建議：

（1）盡量避免在汛期使用該工藝，由于該工藝施工時(shí)要求管壁已完成清潔且管內(nèi)干燥，因此，施工前必須在涵管進(jìn)水口前設(shè)置臨時(shí)圍堰，防止涵管過水，若受工程工期限制必須在汛期施工，則需充分論證圍堰高度及對近一周內(nèi)的天氣做出預(yù)判，確保修復(fù)效果。

（2）由于我國目前大部分小型水庫建成于20世紀(jì)的50～70年代[10]，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平的限制，絕大多數(shù)小型水庫是土壩，且放水設(shè)施大多采用了壩下涵管取水型式。但由于歷史較久遠(yuǎn)，歷史建設(shè)資料或已丟失，建議施工前需對壩下涵管管徑及形狀進(jìn)行CCTV內(nèi)窺檢測，充分了解涵管的情況后，再行定制相關(guān)施工材料，避免造成工程浪費(fèi)。

壩下放水涵管作為水庫工程的重要主體部分，水庫管理部門應(yīng)關(guān)注和重視其安全問題，建議可根據(jù)各水庫實(shí)際情況參考采用該工程成功經(jīng)驗(yàn)，消除險(xiǎn)患，保證水庫的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水庫的防洪效益、社會效益。