短管內(nèi)襯法在城市管道修復(fù)中的設(shè)計(jì)與分析

費(fèi) 婷

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)各地在管道非開挖修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用上取得了較大的進(jìn)步，采用非開挖修復(fù)的技術(shù)比例逐年提高。隨著城市化的迅速發(fā)展，城市人口快速增多，管線的負(fù)載日益增加，修復(fù)任務(wù)也越來(lái)越重，各種非開挖修復(fù)的設(shè)計(jì)方案與施工方式也參差不齊。作為開挖修復(fù)方式的一種，短管內(nèi)襯法也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。短管內(nèi)襯法是既可以對(duì)排水管道進(jìn)行整體修復(fù)也可以進(jìn)行局部修復(fù)的方法，且修復(fù)后的管道結(jié)構(gòu)性能加強(qiáng)，延長(zhǎng)管道使用壽命。因此該修復(fù)法在延長(zhǎng)管道使用壽命和應(yīng)用范圍方面有著其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

本文結(jié)合上海某一雨水管道短管內(nèi)襯法修復(fù)方案，探討在管道埋深較深時(shí)，內(nèi)襯管的設(shè)計(jì)方法和變形情況研究。

1 工程概況

1.1 工程介紹

該工程位于上海某道路交叉口，暴雨時(shí)期該路口積水較為嚴(yán)重，很大程度上影響交通安全。

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)狀道路下 ?1500雨水管道已嚴(yán)重?fù)p壞（該雨水管總長(zhǎng)約30 m，埋深約6.3 m，為鋼筋混凝土管），為緩解積水情況，保證排水及交通安全，需對(duì)該段雨水管進(jìn)行緊急搶修。管道總平面圖如圖1所示。

1.2 CCTV檢查結(jié)果

對(duì)該工程損壞雨水管道進(jìn)行CCTV檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，該段雨水管道存在以下結(jié)構(gòu)性缺陷：三處二級(jí)錯(cuò)位、一處二級(jí)變形（見(jiàn)圖2）。

圖2 CCTV檢測(cè)管道錯(cuò)位圖

根據(jù)管道結(jié)構(gòu)性缺陷評(píng)估成果，計(jì)算得修復(fù)指數(shù)為4.2，修復(fù)等級(jí)為二級(jí)。另外結(jié)合該段雨水管在系統(tǒng)內(nèi)的所處位置，建議對(duì)該段雨水管采用整體修復(fù)。

2 修復(fù)方案

2.1 總體方案

該工程范圍屬于建成區(qū)，目前路面狀況良好，排水管道及地下公用管線均已建成，且周邊場(chǎng)地不開闊。在此前提下，若采用傳統(tǒng)的開挖修復(fù)技術(shù)或頂管改排方案，不僅會(huì)妨礙交通、影響市民生活、對(duì)周邊構(gòu)（建）筑物及其他地下管線帶來(lái)安全隱患，而且會(huì)造成公共設(shè)施資源的浪費(fèi)。

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，雖然非開挖修復(fù)的單價(jià)比傳統(tǒng)的開挖重新翻排管道的價(jià)格要高，但是開挖翻排管道會(huì)受到各種復(fù)雜地理環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)的開挖施工圍護(hù)措施代價(jià)高昂；另外，開挖道路過(guò)程中地下管線被挖斷的事故時(shí)有發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失巨大。

綜上所述，該工程雨水管道修復(fù)采用非開挖整體修復(fù)方式。

2.2 非開挖修復(fù)方案確定

非開挖修復(fù)常用的整體修理技術(shù)有現(xiàn)場(chǎng)固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、螺旋管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、短管及管片內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、牽引內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、涂層內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)。

結(jié)合該工程特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)與短管及管片內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)進(jìn)行比選（見(jiàn)表1）。

表1 現(xiàn)場(chǎng)固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)與短管及管片內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)比選

結(jié)合該工程實(shí)際情況，選用頂進(jìn)設(shè)備小、施工方便、施工速度快、質(zhì)量有保證、工程造價(jià)低等特點(diǎn)的短管內(nèi)襯法作為此次非開挖修復(fù)方式。

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，采用短管內(nèi)襯法修復(fù)后，該工程雨水管道依舊能滿足管道斷面損失的要求。

2.3 短管內(nèi)襯設(shè)計(jì)原理

短管內(nèi)襯是將合適尺寸的HDPE管道插入需要修復(fù)的舊管道內(nèi)，利用原舊管道的剛性和強(qiáng)度為承力結(jié)構(gòu)以及HDPE管耐腐蝕、耐磨損、耐滲透等特點(diǎn)，形成“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)使修復(fù)后的管道具備綜合性能，最后將新舊管道之間間隙注漿填滿，對(duì)原管道錯(cuò)位處采用管外局部注漿。

修復(fù)后的管道整體性能好，具有良好的抗化學(xué)作用和流動(dòng)特性，提高管道的抗壓抗沖能力，延長(zhǎng)管道的使用壽命達(dá)到50 a。

短管內(nèi)襯法斷面示意圖及結(jié)構(gòu)焊接詳圖如圖3、圖4所示。

圖3 短管焊接內(nèi)襯修復(fù)管道結(jié)構(gòu)斷面示意圖

圖4 短管焊接內(nèi)襯修復(fù)管道焊接詳圖

2.4 短管內(nèi)襯施工順序

生產(chǎn)內(nèi)襯管（根據(jù)管道損壞程度和不同管徑及不同內(nèi)襯方式?jīng)Q定短管的管徑及結(jié)構(gòu)厚度，為非標(biāo)制作）→運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)→舊管內(nèi)抽水通風(fēng)→舊管內(nèi)清淤→高壓水槍沖洗清理并封堵滲漏點(diǎn)→管周土體注漿→井口入管→熱熔密封連接→管縫隙注漿→封堵兩端口→檢測(cè)與驗(yàn)收。

2.5 短管內(nèi)襯技術(shù)要求

（1）在短管焊接內(nèi)襯修理前，應(yīng)對(duì)管周土體進(jìn)行注漿加固，加強(qiáng)其穩(wěn)定性，防止水土流失，提高管基土體的承載力。

（2）管道修復(fù)前需利用高壓水槍對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行清淤，清除管道內(nèi)所有可能影響新管成型的污垢、垃圾等。

（3）修復(fù)前，需對(duì)原管道管節(jié)進(jìn)行修平。

（4）對(duì)管道接口錯(cuò)位修復(fù)，對(duì)高出的部分需進(jìn)行切除，再用砂漿抹平。

3 管道變形計(jì)算分析

3.1 計(jì)算模型

該工程雨水管道為重力管，其受力主要來(lái)自外水土壓力。其中，外土壓力可假設(shè)為由原混凝土管承擔(dān)，內(nèi)襯管只承擔(dān)地下水壓力。有限元計(jì)算模型如圖5所示。

圖5 管道受力計(jì)算模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)通過(guò)調(diào)整壁厚反復(fù)計(jì)算，最終確定內(nèi)襯管壁厚設(shè)計(jì)為25 mm。圖6為在內(nèi)襯管壁厚達(dá)到25 mm時(shí)的管道變形情況，可以看出管道豎向變形量為63 mm，為管道直徑的4.2%，滿足規(guī)范要求。

圖6 管道變形計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）該工程管道修復(fù)選用短管內(nèi)襯法是可行的，既減小了對(duì)道路交通、地下管線的影響，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了工程造價(jià)，又能有良好的修復(fù)效果。

（2）重力管情況下，內(nèi)襯管受力可假設(shè)為僅承受外水壓力，通過(guò)有限元軟件計(jì)算，在管道埋深時(shí)，可通過(guò)增加壁厚來(lái)滿足內(nèi)襯管變形要求。