基于市政排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)分析

文／邵清萍 安徽中班工程設(shè)計集團(tuán)有限公司 安徽黃山 245000

引言：

在城市化日益發(fā)展的今天，影響城市建設(shè)質(zhì)量的不可預(yù)知因素很多。比如排水管道的建設(shè)。排水管道的質(zhì)量容易受到各種外界的影響，尤其是管道材料、施工技術(shù)等。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非開挖修復(fù)技術(shù)在對管道進(jìn)行有效修復(fù)和延長其使用壽命的同時，也減少了投資成本。這一技術(shù)的分析與研究，對于城市管道修復(fù)工作的開展，有著十分重要的意義。

1.非開挖修復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)挖掘與恢復(fù)工作非常簡單且直接施工成本較低，但由于市政排水管道深埋地下錯綜復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的挖掘與恢復(fù)方式會對車輛與行人通行造成影響。并且建造期間施工人員還要面臨高度的安全風(fēng)險，甚至可能影響商業(yè)活動及鄰近居民的日常生活。非開挖技術(shù)就是在不需要進(jìn)行表面開槽情況下，對各類地下管道進(jìn)行探測，檢驗，敷設(shè)，替換或者修復(fù)。非開挖修復(fù)技術(shù)受環(huán)境影響最小，交通最方便。同時具有建設(shè)周期短、總成本低、社會效益高等特點(diǎn)。所以，在城市供水、排水系統(tǒng)恢復(fù)中得到了廣泛的應(yīng)用，也引起了社會各界的廣泛探討與深入研究。

2.排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的意義

在城市建設(shè)飛速發(fā)展的背景下，排水管道建設(shè)逐年增多，城市地下管網(wǎng)規(guī)模得到了發(fā)展。例如通過對上海排水管道建設(shè)和運(yùn)行情況的研究，發(fā)現(xiàn)除我國成立初期修建和運(yùn)行了半個多世紀(jì)的管道遭到破壞外，受當(dāng)?shù)夭涣嫉刭|(zhì)條件的影響，部分新建管道還受到結(jié)構(gòu)性及功能性的損害。與此同時，在建工程對周邊下水道管道也時有影響乃至破壞，極大的影響了城市下水道系統(tǒng)安全運(yùn)營。所以，需要對排水管道運(yùn)行情況進(jìn)行把握，保證城市排水管道安全運(yùn)行并對存在缺陷進(jìn)行及時修復(fù)。如今，我國城市發(fā)展已由建設(shè)時代逐步向維護(hù)與管理時代邁進(jìn)，但是管道維護(hù)與保養(yǎng)通常受多種復(fù)雜地理因素影響。管道修復(fù)技術(shù)興起于20世紀(jì)70年代的發(fā)達(dá)國家，后逐步在工業(yè)上得到了發(fā)展。這項技術(shù)有其特殊的技術(shù)特點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)管道維護(hù)技術(shù)而言，這一技術(shù)對于保障管道及工程周邊物品安全、保證平穩(wěn)運(yùn)動等有著顯著優(yōu)勢，同時日益引起世界范圍內(nèi)的高度重視。我國管道非開挖技術(shù)起初主要運(yùn)用在新建工程中，隨后逐步運(yùn)用到有結(jié)構(gòu)缺陷管道的修復(fù)工程中。當(dāng)前，非飲用水技術(shù)種類較多，主要是從國外引進(jìn)并自主研發(fā)的排水管道修復(fù)技術(shù)等，很多都屬于先進(jìn)技術(shù)。近幾年來，排水管非開挖修復(fù)技術(shù)在全國范圍內(nèi)的研究與應(yīng)用已取得重要進(jìn)展，受到各方重視。非開挖及修復(fù)技術(shù)所占比重逐年上升，技術(shù)水平同發(fā)達(dá)國家相比差距越來越小，已成為一種新型排水管道養(yǎng)護(hù)修復(fù)手段。將未被發(fā)現(xiàn)管線修復(fù)技術(shù)按經(jīng)濟(jì)與社會效益進(jìn)行歸類，有利于認(rèn)識與推廣未被發(fā)現(xiàn)管線，進(jìn)而幫助延長城市基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命并節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施投資。達(dá)到節(jié)能減排的目的，促進(jìn)城市建設(shè)管理技術(shù)水平的提升。

3.非開挖修復(fù)技術(shù)種類和特點(diǎn)

不需開挖修復(fù)技術(shù)指對管道進(jìn)行修復(fù)并借助相應(yīng)技術(shù)措施仍可應(yīng)用。這類管道一般不宜使用開挖技術(shù)或使用開挖技術(shù)造成費(fèi)用較高，所以使用非開挖及修復(fù)技術(shù)對其進(jìn)行修復(fù)，以延長其使用壽命。非開挖修復(fù)技術(shù)按管道結(jié)構(gòu)種類可以分為非結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)，半結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)?，F(xiàn)將這三類補(bǔ)救措施的情況做一詳細(xì)的分析評述。

3.1 非結(jié)構(gòu)性非開挖修復(fù)技術(shù)

水泥砂漿及環(huán)氧樹脂襯里在非結(jié)構(gòu)化非開挖補(bǔ)救措施中占主導(dǎo)地位，該施工方法包括：水泥懸浮液，環(huán)氧樹脂。本實用新型通過轉(zhuǎn)動噴嘴或者采用合適的裝置人工對管道內(nèi)壁進(jìn)行噴涂，使管道內(nèi)壁產(chǎn)生插入層從而實現(xiàn)管道再生，提高管道使用壽命。該施工方法可使管道內(nèi)壁耐腐蝕性由0‰增加至45‰，并采用噴涂合適材料進(jìn)行。但該技術(shù)也存在一定的局限性。對舊管道須確保管道內(nèi)壁清潔質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。若達(dá)不到要求，則噴涂完成后在使用時物料脫落。影響了管道內(nèi)壁耐腐蝕性。另外，受技術(shù)自身所限，僅能在管道內(nèi)壁形成薄層，這樣既不能對管道內(nèi)部產(chǎn)生的孔洞、裂縫進(jìn)行修復(fù)，又不能增加管道整體強(qiáng)度。所以這一技術(shù)常用來對管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，增強(qiáng)其耐腐蝕性。

3.2 非開挖半結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)

非開挖半結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)，一般是指在原有管道內(nèi)安裝新塑膠管并使新塑料管和原有管道形成一種完整結(jié)合的方法。新塑膠管的高度沒有老塑膠管高。實際排水后，孔隙水壓力全部輸送到老管，對新塑料管的結(jié)構(gòu)沖擊較小。這樣對管子進(jìn)行修復(fù)也會產(chǎn)生很好的效果，但管子的銹蝕部位和連接處也有可能出現(xiàn)滲漏問題。所以必須采用管道襯里以提高整個結(jié)構(gòu)抗腐蝕性并避免滲漏。半結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)主要包括可伸縮及伸縮型殼體修復(fù)技術(shù)，管道輾寬修復(fù)技術(shù)等。

3.2.1 內(nèi)襯管的拉入襯修復(fù)技術(shù)

修復(fù)內(nèi)蓋主要是把新管拉入舊管中，用水泥懸浮液固定于兩管間，保證兩管成為一體。施工時，應(yīng)注意該設(shè)計方法一定要保證包層管道不發(fā)生彎曲，所以施工前要先將原有管道上的閥門，T 形管，彎管等結(jié)構(gòu)管道去掉。通常情況下，當(dāng)施工結(jié)束時，因新管比原管管徑要小，所以安裝時需更換合適閥門。由于新建管道直徑會比原來舊管道小，所以這一工藝只適合有設(shè)計儲備舊管道建設(shè)，以免造成建筑材料浪費(fèi)和保證正常用水。

3.2.2 無縫襯裝技術(shù)

無縫墊片，又稱U 型或C 型墊片，是一種管路中濾芯回收的方法。PE 管安裝時也是裝在舊管道上，但是要達(dá)到無縫安裝的目的，PE 管一般都要比原舊管道大，所以采用一定的技術(shù)措施使PE 管直徑變小，并置于舊管道內(nèi)，再盡量使直徑復(fù)原。使得PE 管很容易和原有管道相連通。該構(gòu)造方法無需采用解決方案，即可保證其組成為一個整體。施工時可采用數(shù)種辦法縮小PE 管直徑。先把管道加長、縮小，再把它裝在舊管中。由于電壓對管道長度沒有再影響，所以長度變短而直徑變大，從而可使原始管道無縫貼合。此外，在制作工藝上，采用特殊形狀的專業(yè)管道制作設(shè)備，加載舊管，利用高壓或者高溫水回收管段實現(xiàn)管段緊密貼合舊管。該施工技術(shù)有利有弊。本實用新型具有不影響原管道容量的優(yōu)點(diǎn)。然而，若原始管道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損等情況，該修復(fù)技術(shù)能夠使原始管道受到較大破壞。實際修復(fù)時，需結(jié)合原有管道實際狀況選擇適宜的修復(fù)技術(shù)。

3.2.3 CIPP 修復(fù)技術(shù)

現(xiàn)場固化修復(fù)技術(shù)原理就是利用固體樹脂纖維或者制造軟管對舊管襯里進(jìn)行修復(fù)，在實際修復(fù)時采用一些技術(shù)手段送入舊管。管道一側(cè)與舊管道表面粘連擠壓，再通過高溫蒸汽使管道與舊管道固連，舊管道表面產(chǎn)生牢固襯里以改善舊管道特性。

3.3 結(jié)構(gòu)性非開挖修復(fù)技術(shù)

結(jié)構(gòu)性非開挖修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用過程中，因修復(fù)方法的差異，可考慮以新管代替舊管，以雷管襯里技術(shù)為主。這種技術(shù)多應(yīng)用于鑄鐵管道，脆弱的舊管或者很老的舊管的修復(fù)。修復(fù)過程中新管直徑要求不嚴(yán)格，可大于原管或等于原管。施工時，利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備及裝置斷開原有管道，裝置后再與新管道相連，而斷開原有管道及安裝新管道達(dá)到用新管道代替舊管道的作業(yè)目的[1]。

4.非開挖修復(fù)技術(shù)的選擇

排水管道修復(fù)工程與人們生活息息相關(guān)，是關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國市政排水管道的數(shù)量逐年增加，在選用非開挖修復(fù)技術(shù)時需對原有管道進(jìn)行綜合設(shè)計及問題分析，篩選出最合適的修復(fù)技術(shù)。比如當(dāng)主管道能力不夠時，管道橫截面積就得增大。若管道陳舊或者易碎，可采用成熟爆炸技術(shù)對其進(jìn)行修復(fù)。各種非開挖技術(shù)均存在技術(shù)局限性，選用時要結(jié)合管道材料腐蝕情況全面分析判斷有無泄漏等。此外，有必要了解施工過程是否會影響該地區(qū)的正常運(yùn)輸，以選擇最合適的施工技術(shù)并制定最佳施工方案。

5.應(yīng)用非開挖技術(shù)的優(yōu)勢與問題

就其應(yīng)用優(yōu)勢而言，其能夠在市政管道修復(fù)工程開展期間增加密集的施工成本與建設(shè)工作。一是前言采用非開挖管道技術(shù)能較好地節(jié)約施工資源與成本，為土地工程擴(kuò)建節(jié)約較多資金。二是使用非開挖技術(shù)也能降低土壤及環(huán)境破壞程度，顯著降低長板附加建設(shè)投資。三是強(qiáng)調(diào)了非開挖施工技術(shù)還能降低對城市生態(tài)環(huán)境的正常居住影響。土著居民不需要考慮建筑物給他們正常生活所帶來的影響來降低干擾?？s短了施工時間，在管道修復(fù)期間能夠有效地滿足人們正常生產(chǎn)和生活需要。當(dāng)然也有這樣那樣的疑問。作為一種新興的技術(shù)，這項技術(shù)目前還在研究階段。在對不同技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了解時，其無需進(jìn)行開挖，無法結(jié)合理想施工系統(tǒng)來保證施工質(zhì)量。技術(shù)上的改進(jìn)與管理上還有所欠缺。

6.非開挖施工技術(shù)在市政排水管道中的具體應(yīng)用

在對以上內(nèi)容進(jìn)行分析時，本文結(jié)合了非開挖施工技術(shù)所具有的顯著優(yōu)點(diǎn)，并對市政管道重要養(yǎng)護(hù)需求進(jìn)行分析與考察，由主要論述可見。在對非開挖施工技術(shù)進(jìn)行認(rèn)識時，根據(jù)市政管道重要修復(fù)需求對非開挖施工工藝運(yùn)用方向進(jìn)行靈活調(diào)整顯得尤為重要。在對各類公共產(chǎn)品內(nèi)容進(jìn)行訴求的同時，還要將技術(shù)管理，技術(shù)優(yōu)化等建筑內(nèi)容與施工技術(shù)，施工模式等方面的革新相結(jié)合，通過論證不同修復(fù)模式來完善市政項目管理。如同普通的一部分。從整體上看，這一策略主要分以下幾方面：

6.1 在臨排管道的選型和安裝方面

管道維護(hù)過程中，臨時排水管道安裝工藝應(yīng)視不同修復(fù)單元數(shù)量進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。通常我們選用輕型鋼管做臨時排水管。每條臨時管道下方必須設(shè)置2 對滾輪才能有效地滿足監(jiān)測塊間臨時管道的要求。

6.2 加強(qiáng)對管道內(nèi)壁的清洗，消除障礙物

在市政管道改革等有關(guān)工程項目實施過程中，要重視管道壁內(nèi)表面清潔及障礙物清理。一般情況下，主要采用如下兩種工藝：一種是采用高壓水處理工藝。該裝置利用智能壓力系統(tǒng)生成快速的水流。當(dāng)沉積物強(qiáng)烈撞擊管壁結(jié)構(gòu)時，管壁就會被清洗干凈，清洗質(zhì)量很好。當(dāng)然，要想提高高壓水處理技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)，可在測定水壓時提高水壓以保證密封不會被破壞。水流流動時不得在具體的內(nèi)壁滯留過久。若滯留時間太長，則有破壞封口的危險。二是采用清管球的清理工藝，主要利用拖拉機(jī)沿著鋼絲機(jī)把管柱投入管內(nèi)。采用清潔球，滿足管道內(nèi)清潔需要。管道反復(fù)延伸導(dǎo)致污水污染等[2]。

6.3 加強(qiáng)管道接口的檢修

除在對管道施工設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行理解的過程當(dāng)中采取以上措施之外，還要利用管道接口修復(fù)技術(shù)對管道泄漏和管道裂縫的有關(guān)問題進(jìn)行處理。先將管道中臟污去除，再裝上滲碳用水泥懸浮液并選用適當(dāng)水泥材料使之迅速固化于水。管道建設(shè)因泄漏通道迅速封閉而不斷強(qiáng)化。通過彌補(bǔ)空白，可對管道接口進(jìn)行進(jìn)一步的綜合修復(fù)。

6.4 對內(nèi)部排水管進(jìn)行了原位硬化修復(fù)

最后在展示非開挖管道修復(fù)技術(shù)時也要突出現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)方法和選用適當(dāng)包覆材料的優(yōu)點(diǎn)。以聚酯纖維增強(qiáng)軟管為例，這種軟管通常是由水或者空氣壓力作用于固定維護(hù)管進(jìn)口處構(gòu)成樹脂層內(nèi)層。所以，當(dāng)達(dá)到終點(diǎn)時，可通過往管道內(nèi)通入熱水來固定樹脂，使其產(chǎn)生不同尋常的防腐及防腐襯里來達(dá)到管道修復(fù)的目的。

7.工程案例

某城市道路西側(cè)設(shè)有直徑D800mm 鋼筋混凝土渠道和長680 米左右城市排水管道。沿三十個檢查井和五十八個雨水井之間的道路，主要排水管道大部分在綠化帶下面，少數(shù)則設(shè)在慢帶下面。但由于經(jīng)常受到大量水的（堿性）侵蝕，引流管下部已受到了嚴(yán)重破壞，主要管線也只留下了上端。中華東門北部自由區(qū)管線塌陷形成的深坑三至四平方米，地面其他地方也都受到了不同程度破壞，地面排水不良，周圍綠樹枯死，這都直接影響了整個城市的道路交通安全，所以很有必要對管線進(jìn)行全面的恢復(fù)。同時為了降低對地面上其他建筑物的沖擊，也采取了非開挖的在線修復(fù)措施。

7.1 施工過程分析

利用非開挖技術(shù)對混凝土排水管進(jìn)行修復(fù)，可降低對道路施工造成的沖擊。PVC-U 壁管采用雙面纏繞，耐酸堿，耐腐蝕，質(zhì)量輕，易設(shè)計，密封性強(qiáng)，耐泄漏等，適合非開挖排水管道修復(fù)。

7.2 管材的選用及管徑的確定

7.2.1 選用管道

修復(fù)管要求耐酸堿，耐腐蝕，薄壁，大內(nèi)徑且有足夠強(qiáng)度及耐磨性。柔性連接與管道連接之間要光滑，有一定抗拉強(qiáng)度且價格合理。在選定了配比之后，為決定選用PVC-U 雙層扁平盤管，PVC-U 雙層扁盤管采用特殊結(jié)構(gòu)型材封裝而成，管徑大小可以根據(jù)自己的要求決定。主要產(chǎn)品材料幾何形狀采用方孔雙壁封閉結(jié)構(gòu)顯著提高產(chǎn)品環(huán)剛性。尤其把迷宮式封閉理論運(yùn)用到主要物料的連接部位，采用好膠水賦予纏繞管很好的滲透性。它能承受高達(dá)0.4MPa 的內(nèi)壓。纏繞結(jié)構(gòu)又使得管道沿軸線方向形成仿真脊柱結(jié)構(gòu)。在管道由于溫度變化、基底沉積等原因發(fā)生拉伸變形時能起到各自補(bǔ)償作用。管路接口涂306樹脂玻璃，管路后端涂鋼絲刷，樹脂均勻涂在管路表面。樹脂玻璃布寬30cm，拉伸15 層，固化時間20-30 分鐘。PVC-U 雙扁螺旋管內(nèi)壁光滑，摩擦阻力系數(shù)N 為0.007-0.01，按慣例N=0.009?；炷凉艿膬?nèi)壁比較粗糙，n 為0.014。從計算結(jié)果來看，選擇壁厚為20mm，內(nèi)徑為680mmΦ720mmPVC-U纏繞管比原管流量大，達(dá)到了設(shè)計要求。

7.2.2 施工工藝

施工階段：井控通風(fēng)，反掘進(jìn)，反工作井，反穩(wěn)定工作管，反溢流等。

第一，確定了通風(fēng)，疏浚及管道的穿管方案：

對管道實行管道的強(qiáng)制通風(fēng)、有毒有害氣體的釋放、人工進(jìn)行徹底清淤。管道污泥埋深約30 厘米，污泥體積約150 米。對管道內(nèi)淤泥及腐蝕性混凝土進(jìn)行清理，觀測管道沉積，位移及對齊狀況，判斷穿管方案。

第二，捕捉，取出并發(fā)掘工作礦井：

施工現(xiàn)場共有過渡管道2 條。當(dāng)截斷井南端通道得到控制時，水經(jīng)過渡管道向公路東側(cè)輸送。若攔截段內(nèi)含有旅客的水，通過潛水泵進(jìn)行疏導(dǎo)，保證該路段沒有水。拆除前、后控制井及排水管。

第三，管道穿透，密封，注入等：

PVC-U 采用雙平面管道（外徑720mm），每根長度為5m，將管道放入工作坑內(nèi)，然后將管道推入混凝土中。穿過管道利用Φ15mm 鋼絲繩與管道端部墊圈相連。當(dāng)車輪出口處的控制井被操作時，控制井由機(jī)械設(shè)備拉伸到合適的位置。所述管道正面與薄鐵輪覆蓋層相連，用于避免管道纏繞和卡入混凝土管道內(nèi)。若排放管道經(jīng)過管道的局部是錯誤的，要用人工調(diào)節(jié)偏差的方法使其就位。

封閉時，將M10 水泥漿充填于管端新舊管縫隙處，充填前將管端抬高使底部縫隙達(dá)到最大化。采用人工填充的方法，填充深度在50 厘米左右，要求塞子堅固，嚴(yán)密，氣密，涂層致密。封孔時，在管道兩端預(yù)留排氣口和注油管（Φ50mm 塑料管，Φ20mm 塑料排氣管），排氣口設(shè)在最高點(diǎn)。凝固后在新管與舊管之間澆筑接頭實現(xiàn)PVC-U 管與舊混凝土管連接。水泥溶液為市售溶液，水泥粉比為30:70，稠度為14-18S，要求強(qiáng)度28D ≥10MPa。將凝結(jié)緩和劑摻入水泥溶液，延緩凝結(jié)速度，達(dá)到注入結(jié)構(gòu)要求，以15kPa 左右壓力注入水泥溶液，充填完成后通風(fēng)孔與注入孔閉合。修復(fù)控制井并在其兩側(cè)充填素土。最后將捕獲屏障去除獲得水分。水泥懸浮液計算結(jié)果和實際使用情況吻合較好，說明管道間縫隙已經(jīng)充滿水泥懸浮液，注漿凝固后基本無空鼓[3]。

8.非開挖修復(fù)技術(shù)展望

當(dāng)前，非開挖修復(fù)技術(shù)具有對道路損傷較小，用工較少以及影響較低等特點(diǎn)，在管道修復(fù)中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著新材料、新技術(shù)的不斷發(fā)展，非開挖修復(fù)技術(shù)也有了很大的進(jìn)步。新材料的使用，使施工更加便捷，使施工費(fèi)用更加低廉，還能更好地保護(hù)環(huán)境，延長建筑物使用壽命。此外，新技術(shù)的發(fā)展也使非開挖修復(fù)技術(shù)更加可靠，修復(fù)效果更加出色。未來，非開挖修復(fù)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，更多的新材料和新技術(shù)將被開發(fā)出來，以滿足修復(fù)需求。因此在今后的發(fā)展過程中市政府要注重對這一技術(shù)的應(yīng)用，不斷對其進(jìn)行研發(fā)，從而推動其完善，為我國公共工程建設(shè)發(fā)展打好基礎(chǔ)。

結(jié)語：

綜上所述，地下管道建設(shè)在我國城市化過程中具有十分重要意義。城市的發(fā)展在加速，地下管道的施工在更新，工程項目在轉(zhuǎn)型。改造中采用非開挖技術(shù)，既能減少投資成本又能提升整體改造質(zhì)量。實際生活中需要結(jié)合實際來選擇智能技術(shù)而不是去挖礦從而起到該技術(shù)的效果來推動中國城市化進(jìn)程。