面向城市排水管道泄漏的非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)

鄧登攀

(成都工業(yè)學(xué)院 土木工程系,四川 成都 644000)

隨著社會(huì)不斷發(fā)展,城市地下管道的密集化程度也越來越明顯,這給管線的日常維護(hù)與維修帶來了諸多技術(shù)難題[1]。在過去兩年中,全國各城市使用了大量的非挖掘修補(bǔ)技術(shù)來修補(bǔ)排水管道,在技術(shù)上和實(shí)踐上都取得了很大的進(jìn)展。當(dāng)城市排水管道出現(xiàn)問題時(shí),就需要及時(shí)對其進(jìn)行修補(bǔ)處理,管道的堵塞、破裂等類似于人類血管的血栓、出血、老化等現(xiàn)象,在其惡化之前就需要及時(shí)修復(fù)[2]。相比于傳統(tǒng)的問題區(qū)域大面積挖掘,這種新型的排水管道泄漏的非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù),就像是對管道做了一次“微創(chuàng)手術(shù)”,可以迅速改變排水管道的現(xiàn)狀,完成對地下管道的修補(bǔ),營造出一種符合城市特色和人民生活習(xí)慣的良好市政環(huán)境[3]。隨著我國城市排水管道的非掘進(jìn)修補(bǔ)技術(shù)的引進(jìn),我國排水管道從挖掘改為修復(fù),因其破壞性小響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。

趙雅宏等人[4]為了確定非開挖管道修復(fù)技術(shù)在排水管道工程中的實(shí)際應(yīng)用效果,首先明確管道工程中存在的管線和襯里系統(tǒng)的失效機(jī)制,并采用離心式噴射技術(shù)對存在缺陷的排水管道工程進(jìn)行了現(xiàn)場三邊承載能力測試,獲得了排水管道不同截面的承載力,然后通過集合應(yīng)力解析公式,得到排水管道襯里系統(tǒng)的局部剪應(yīng)力的計(jì)算公式,并結(jié)合排水管道工程實(shí)例,進(jìn)行破損排水管道工程的三邊承載力實(shí)驗(yàn),通過獲得的剪應(yīng)力τ和排水管道壁的厚度β,結(jié)合管道修復(fù)公式,得到了排水管道修復(fù)模型,從而獲得排水管道工程的管線工程加固方案,實(shí)現(xiàn)對管道工程的非挖式工程加固。劉鳴明等人[5]基于某城市解放路排水管道維修工程實(shí)例,對UV固化成形內(nèi)襯技術(shù)在排水管道維修中的運(yùn)用進(jìn)行了簡單介紹,重點(diǎn)介紹了UV固化襯里技術(shù)的明顯優(yōu)勢、技術(shù)原理、工藝路線、適用范圍,并同時(shí)給出了ECR玻璃鋼襯里管道的構(gòu)造、特點(diǎn)等,并對其施工過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了歸納,總結(jié)出其施工作業(yè)與質(zhì)量控制要點(diǎn),通過對施工工藝中的關(guān)鍵參數(shù)選擇、常見的質(zhì)量問題及原因剖析,得到了適用于工程維修實(shí)際情況的維修方案。并通過實(shí)踐證明了該方法具有良好的性能,并具有抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn),具有良好的發(fā)展空間。城市排水管道泄漏是一個(gè)常見且嚴(yán)重的問題,為了開發(fā)一種高效、低成本、環(huán)境友好的修復(fù)方法,快速修補(bǔ)泄漏處,恢復(fù)排水管道的功能,提出一種非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)。

1 非開挖紡織內(nèi)襯軟管設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算紡織內(nèi)襯軟管設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)鐵木辛柯提出的排水圓管壁厚計(jì)算方法[6],計(jì)算排水管道內(nèi)襯管厚度,如式(1)所示。

(1)

式(1)中,dg表示排水管道的外壁直徑,Ep表示排水管道內(nèi)襯的彈性系數(shù),P表示排水管道內(nèi)的壓力,εs表示安全壓力系數(shù),σ表示內(nèi)襯材料的抗壓力比,λ表示紡織內(nèi)襯軟管變形系數(shù)。其中,紡織內(nèi)襯軟管變形系數(shù)λ如式(2)所示。

(2)

式(2)中,φ表示橢圓的系數(shù)比。

從式(1)和式(2)可以看出,紡織內(nèi)襯軟管的管壁厚度與排水管道內(nèi)水壓成正比,與材料本身的彈性系數(shù)成反比。

在排水管道翻襯的過程中,紡織內(nèi)襯軟管會(huì)向同一方向延伸,才可以保證紡織內(nèi)襯軟管與排水管道內(nèi)壁緊密相連,不會(huì)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象[7]。

在排水管道彎曲的地方,根據(jù)中軸值參數(shù),得到紡織內(nèi)襯軟管的彈性指數(shù)如式(3)所示。

(3)

式(3)中,φ表示內(nèi)襯管的彈性增加率,l′表示排水管的外壁長度,l″表示管道的內(nèi)壁長度,l為中心長度。

在對排水管道內(nèi)襯進(jìn)行壓膜處理后,其內(nèi)襯的彈性指數(shù)不低于最大的彈性系數(shù)即可[8]。

在翻襯過程中,為了保證壓膜后的紡織內(nèi)襯可以跟排水管道內(nèi)壁更好地貼合,得到內(nèi)襯軟管的壓力為U時(shí),則排水管道紡織內(nèi)襯軟管的受壓值如式(4)所示。

(4)

式(4)中,w表示壓膜后排水管道紡織內(nèi)襯軟管的受壓值,h0表示管道的內(nèi)徑,k*表示內(nèi)襯管的厚度。

紡織內(nèi)襯軟管的強(qiáng)度和韌性受經(jīng)緯紗強(qiáng)度影響,計(jì)算軟管織物的斷裂強(qiáng)度,如式(5)所示。

(5)

式(5)中,Be表示單根紗線的剛度,Rc表示內(nèi)襯紡織物的密度,S表示利用系數(shù),Mt表示內(nèi)襯軟管材質(zhì)的系數(shù)。

通過受壓值和斷裂強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo),計(jì)算了紡織內(nèi)襯軟管設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.2 防滲膜復(fù)合

在防滲透復(fù)合膜的測試中,滲透膜使用的材質(zhì)是管狀的平紋聚酯纖維,該防滲透膜是一種低密度聚乙烯,在實(shí)驗(yàn)過程中,采用YT071—45 A型塑膠產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械操作[9]如圖1所示。在150℃以上的高溫下,聚酯經(jīng)過長期的使用后,其強(qiáng)度會(huì)有一定的下降,所以,要將壓膜的溫度控制在100～150℃,在10～12MPa的壓力下,進(jìn)行2～5S的壓膜處理,然后在常溫下進(jìn)行降溫,直到能夠安全地從模具中脫離出。

圖1 防滲膜復(fù)合施工現(xiàn)場圖

1.3 樹脂浸漬

在現(xiàn)場施工中,無論是同時(shí)翻襯或異步翻襯,樹脂都是灌浸在內(nèi)襯管中,整個(gè)過程容易進(jìn)行,對準(zhǔn)確度沒有很高的要求,適合大規(guī)模修復(fù)。因?yàn)槭趾ㄔ谏a(chǎn)試制品方面比較適用,而且它只需簡單地操作,同時(shí)無須使用特殊設(shè)備,不會(huì)受到產(chǎn)品的大小的限制[10],造價(jià)低廉。因此在實(shí)驗(yàn)中,使用手糊法來制作的樣品,可以滿足實(shí)際修復(fù)要求,樹脂浸漬的工藝流程如圖2所示。

圖2 樹脂浸漬工藝流程圖

樣品是一種經(jīng)過壓成薄膜的直筒形聚酯纖維布[11],其大小為600×300毫米,厚度為2.20毫米,具體步驟為。

(1)取一根與管道尺寸相等的管狀試驗(yàn)?zāi)＞?在模具上涂上一層隔離劑,將管狀試驗(yàn)?zāi)＞咧糜诠艿郎?并進(jìn)行樹脂噴涂;

(2)將各層的涂層用毛刷或滾筒擠壓,讓樹脂滲透到筒布中,將泡沫擠出來;

(3)重復(fù)上述步驟,直到鋪設(shè)到要求的厚度為止;

(4)在烘箱恒溫度60℃下進(jìn)行6小時(shí)的硫化和烘干處理[12];

(5)將模具取下,然后進(jìn)行后期處理。

通過軟管設(shè)計(jì)參數(shù)、防滲膜復(fù)合以及樹脂浸漬,設(shè)計(jì)了非開挖紡織內(nèi)襯軟管,修復(fù)排水管道的泄露情況。

2 非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)施工方案

在城市排水管道發(fā)生泄露時(shí),可以使用非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù),首先對泄露區(qū)域進(jìn)行停水處理,并對管道進(jìn)行清理以后,從管道一端將已浸好樹脂的內(nèi)襯軟管,利用水壓或者氣壓作用[13],使其翻轉(zhuǎn)進(jìn)入管道中,并對其進(jìn)行固化處理,使其在管道內(nèi)側(cè)產(chǎn)生內(nèi)襯保護(hù)層,從而實(shí)現(xiàn)對泄漏排水管道修復(fù)的目的。圖3為翻轉(zhuǎn)施工的示意圖。

圖3 翻轉(zhuǎn)施工的示意圖

根據(jù)圖3的原理,制定了非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)施工方案,具體步驟如下。

(1)選定泄露開挖區(qū)域

以管道埋深、口徑、彎頭、管件等為依據(jù),并結(jié)合沿線地表及其他市政管網(wǎng)及設(shè)施的分布情況,來確定泄露開挖區(qū)域的具體地點(diǎn)和數(shù)量。每兩個(gè)泄露開挖區(qū)域?yàn)橐还ぷ鲄^(qū)。泄露開挖位置一旦選定,即可進(jìn)行基坑的挖掘與破管工作。

(2)泄露區(qū)域清除工作

一般都是用機(jī)械刮除的方法[14],對于軟化的結(jié)垢,采用高壓水將其與管內(nèi)壁上的結(jié)垢分離,然后再用機(jī)械刮除的方法將其從管內(nèi)的結(jié)垢中拉出來。大的焊接瘤體及毛刺可使用內(nèi)視式磨床進(jìn)行研磨,將研磨后的殘?jiān)恳瞥龉ぷ鲄^(qū)域。

(3)為翻襯做準(zhǔn)備

在排水管道泄露作業(yè)區(qū)搭設(shè)腳手架,并將內(nèi)襯板引入管道固定好。引入管道的下部與泄露工作區(qū)入口處對齊,引入管道的上部定位在支架的中間部位,支架的上部與內(nèi)置管道的運(yùn)輸平臺相連。在工作段端部焊有凸緣,并與導(dǎo)引端部相連。

(4)翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯

通過運(yùn)輸平臺及腳手架頂端的對中滾輪,使中壓膠帶頭豎直地通過引入管道,并在引入管道出口處向下翻轉(zhuǎn),并通過扣帶緊固于引入管道出口的外壁。在確認(rèn)沒有問題后,打開注入閥,將水注入到內(nèi)襯軟管的管道中。通過對管道的流量及管道的運(yùn)輸速率的調(diào)節(jié),使得管道的水位保持不變,管道將均勻地通過引導(dǎo)末端進(jìn)入工作段,并沿著工作段的邊緣向上移動(dòng)[15]。這時(shí),利用收尾卡箍將尾端牢牢鎖住,并在卡箍上系上一根粗大的纜繩,用來控制內(nèi)襯軟管的傳送速率,最后將內(nèi)襯軟管尾端出口導(dǎo)向端頭引導(dǎo)到地表。

(5)高溫固化

通過纜繩的牽引作用,使與車上的鍋爐相連的加熱管道通過工作區(qū),并將加熱管道的出口設(shè)置在開挖區(qū)域坑內(nèi),而熱水管道的入口設(shè)置在排出管道的出口。啟動(dòng)循環(huán)機(jī),將工作區(qū)水加熱至65～75攝氏度,并在該水溫下保持1h,使樹脂軟管內(nèi)的膠粘劑凝固,使內(nèi)襯軟管變成硬質(zhì)承壓管。

切斷熱水后,讓水管內(nèi)的水自行降溫至30～45攝氏度,然后用水泵排掉。

(6)收尾處理

拆下引導(dǎo)端部,在工作段端部邊緣處切斷多余的襯里,并將襯里與原有管道的接觸面用速封劑封住。

(7)驗(yàn)收

采用內(nèi)視儀對排水管道襯里軟管的品質(zhì)進(jìn)行檢測和攝像,將測壓盲板裝在工作區(qū)探頭上,進(jìn)行測壓試驗(yàn)。

通過上述步驟,實(shí)現(xiàn)了非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在城市排水管道泄漏點(diǎn)的應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

為了驗(yàn)證文中紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在城市排水管道泄露中的應(yīng)用效果,本文選擇重慶某一排水管道為研究對象,該管道的總長度為3947米,由于管道經(jīng)久耐用,有些部位出現(xiàn)了坍塌、錯(cuò)接等現(xiàn)象,必須進(jìn)行檢修。經(jīng)過勘察,管道埋設(shè)在距地面約3m的地方,附近有通訊、煤氣等管道。此次工程選用了不挖孔的HDPE“U”形管道作為襯里,來克服占道施工的困難。在對該管線沿線的附屬設(shè)施及地形進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)查后,采用了紡織內(nèi)襯軟管修復(fù)的施工工藝。施工現(xiàn)場如圖4所示。

圖4 紡織內(nèi)襯軟管修復(fù)排水管道的施工現(xiàn)場圖

3.2 布置工作坑

本工程采用紡織內(nèi)襯軟管修復(fù)技術(shù),其中工作坑的開挖是施工過程的一個(gè)難點(diǎn),其中設(shè)置12個(gè)工作坑,通過9段連接,表1給出了工作坑的布置情況。

表1 工作坑的布置情況

3.3 處理紡織內(nèi)襯軟管

按照非開挖紡織內(nèi)襯軟管設(shè)計(jì)方案,將每一根紡織內(nèi)襯軟管連接,其連接示意圖如圖5所示。

圖5 紡織內(nèi)襯軟管連接示意圖

將所有紡織內(nèi)襯軟管連接之后,將其處理成“U”型管,使紡織內(nèi)襯軟管的直徑變?yōu)樵瓉淼?.6,完成紡織內(nèi)襯軟管的變形之后,采用玻璃膠帶或者鋼絲繩將其捆綁并定型,穿入之后打開捆綁的玻璃膠帶或者鋼絲繩,使其恢復(fù)成圓形。

3.4 管道試壓

測試過程中,取管道試壓標(biāo)準(zhǔn)為0.6MPa,本文通過全段試壓和分段試壓,驗(yàn)證文中技術(shù)的可行性,在整段試壓中,向管道內(nèi)注水;分段試壓中,將相鄰兩個(gè)工作坑之間隔離,并保證各段管道的密封性,同樣向管道內(nèi)注水,如果半小時(shí)內(nèi)管道內(nèi)的壓力變化小于0.5MPa,說明文中技術(shù)是可行的,圖6給出了試壓結(jié)果。

圖6 試壓結(jié)果

從圖6的結(jié)果可知,采用文中的紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)對城市排水管道的泄露情況進(jìn)行修復(fù)時(shí),無論是分段試壓還是整段試壓,排水管道內(nèi)的壓力沒有發(fā)生明顯變化,管道內(nèi)壓力的變化范圍小于0.05MPa,說明文中技術(shù)對城市排水管道的泄漏情況具有較好的修復(fù)效果,可以避免管道再次發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

本文研究針對城市排水管道泄漏,提出一種非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù),通過實(shí)例分析發(fā)現(xiàn),該技術(shù)對發(fā)生泄漏的排水管道具有較好的修復(fù)效果。本文研究雖然取得一定成果,但是還存在很多不足,在今后的研究中,希望可以定期檢查排水管道的內(nèi)部壓力,做到早發(fā)現(xiàn)早維修,從而延長排水管道的使用壽命。