城市排水管道非開挖修復技術淺析

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 我國排水管網建設概況及修復需求

城市市政管道是城市基礎設施的重要組成部分，是城市賴以生存和發展的物質基礎，21世紀以來我國城市基礎設施建設腳步明顯加快，其中城市排水管網建設逐年遞增，至2014年底我國城市排水管道長度總量達到51.1萬km，管道密度達9.0km/km2(見表1)。排水管網的建設極大地提高了雨水、污水收集能力，但管道運營后存在的問題也不容忽視。近年來因暴雨內澇造成街道、商鋪、停車場等遭遇水淹的情況屢見不鮮，經濟損失巨大，突顯了排水管道排水不暢，加強對現有管道的檢測、評估與維護，發揮其應有的能力勢在必行。

表1全國不同年代鋪設的城市排水管帶長度

2 排水管道存在的問題

2.1 管材問題

排水管道材質不同，一般分為混凝土管和塑料管，部分早年埋設管材的物理、化學、力學指標不能滿足規范要求，其使用年限較低，管道接口出現不同程度破裂、漏水、鼓包，管道出現龜裂、縱向拉裂、鋼肋與PE脫離等問題。

2.2 施工問題

施工過程控制不嚴，管頂埋深不足500mm且小于一倍管徑，管道回填材料和壓實度不滿足設計要求；定向鉆排水管標高控制難，施工后管道外壁與巖土空隙不填充導致地表塌陷；人工頂管超挖量過大，施工后管道外壁與巖土間不注漿填充加固、管節之間止水失效等；機械頂管在粉細砂層、淤泥等軟弱基地不注漿加固，后期出現縱向差異沉降、管節脫開，管節間密封失效導致管道漏水、漏沙、地面塌陷等。根據對深圳某主干道下埋污水管道在運營后期做CCTV檢測，因施工過程控制不嚴造成的管道波浪式下沉一般在30cm左右，最大下沉達50cm。

2.3 接口問題

排水管道應采用柔性的承插橡膠圈接口，淘汰剛性的平接口混凝土管。老舊混凝土管采用剛性的平接口，極易發生接口漏水，導致管道淤積、地面塌陷。

2.4 外部荷載問題

道路尤其是主干道地埋排水管道，一些埋深較淺部位經常受超載貨車碾壓，出現沉降差異、管節脫開和管道破裂現象，形成漏水、漏泥。

2.5 使用問題

管道運營單位不進行定期養護，不做預防性養護，造成管道功能性缺陷突出，往往是出現坍塌后才搶修。

3 排水管道常見的缺陷

排水管道常見的缺陷有兩種，一種是管道結構性缺陷，一種是管道功能性缺陷。

(1)結構性缺陷是指，管道結構本體遭受損傷，影響強度、剛度和使用壽命的缺陷。結構性缺陷是排水管道產生病害的主導因素，主要表現為管道破裂、管道變形、管道腐蝕、管道錯口、管道起伏、管道脫節、接口材料脫落、支管暗接、異物穿入、管道滲漏、檢查井坍塌等。結構性缺陷必須經過修復才能消除。

(2)功能性缺陷是指，導致管道過水斷面發生變化，影響暢通性能的缺陷。排水管道功能性缺陷主要表現為沉積、結垢、障礙物、殘墻、壩根、樹根、浮渣等。功能性缺陷可以通過管道養護疏通得到解決。根據對某城市調查區域的管道功能性缺陷統計，其主要表現為沉積、結垢和障礙物，占比達90%，這是由于排水干管長期不清梳和違法傾倒垃圾造成的。

4 排水管道非開挖修復技術的應用

管道非開挖修復技術在20世紀70年代末期英國、美國和日本得到開發。國內管道修復技術起步于1993年，由中國石油集團在中原油田實施了管道修復防腐示范工程。隨著城市化的進展，城市地下管線錯綜復雜、具有不可見性，城市道路的負荷越來越重，采用開挖重新埋管的方式修復城市排水管道，不僅工序復雜而且影響市政、交通，在修復過程中存在大量技術問題。因此管道非開挖修復技術逐步被各排水管理部門推崇，應用于城市排水管道的修復中。

4.1 排水管道檢測及評估

現有排水管道的檢測評估是開展非開挖修復施工的前提，對待修復管道的破損情況進行詳細檢測和識別，通過相應的評估手段對檢測結果進行分析、確定，以此為依據指導排水管道的修復施工設計，從而采用行之有效的措施對排水管道進行維護、升級。

隨著科技的進步，排水管道檢測技術逐步由人工檢測向計算機控制現代檢測技術轉變。目前國內常用的現代檢測技術有管道潛望鏡檢測(Pipe quick view inspection，QV)、閉路點數檢測系統(Close circuit television inspection，CCTV)、聲納檢測(Sonar inspection)、管道掃描與評價技術(Sewer scanner and evaluation technology，SSET)，管道內部結構情況可以以數據或圖像的方式清晰明確的呈現，提高設計人員對管道的評價和分析的準確度。

表2國內常用的現代管道檢測技術比較

管道的檢測和評估應選擇具有相應資質的單位和人員進行，管道評估根據檢測資料對缺陷進行判讀打分分級，缺陷分為4級(輕微、中等、嚴重、重大)，根據缺陷的危害程度給予不同的分值和相應的等級。再根據結構性缺陷性參數(F)、地區重要性參數(K)、管道重要性參數(E)和地質影響參數(T)計算確定管道的修復等級，計算公式為RI=0.7F+0.1K+0.05E+0.15T，管道修復等級劃分見表3；根據功能性缺陷參數(G)、地區重要性參數(K)、管道重要性參數(E)計算確定管道養護等級，計算公式為MI=0.8G+0.15K+0.05E，管段的養護等級劃分見表4。

表3管道修復等級劃分

表4管段養護等級劃分

4.2 城市排水管道非開挖修復技術綜述

根據上述的檢測和評估，當缺陷等級大于Ⅲ級時應采用結構性修復，當管段結構性缺陷類型為整體缺陷時應采用整體修復。非開挖修復更新方法的工法特征按表5的規定選取。

表5非開挖修復更新方法的工法特征

4.3 幾種常用的非開挖修復技術施工簡介

4.3.1 原有管道預處理

非開挖修復更新工程施工前應對原有管道進行預處理，即清理干凈管道內沉積物、垃圾、樹根等其他障礙物，盡量阻斷或排干積水，當采用原位固化和點狀原位固化法進行管道整體或局部修復時，原有管道內不應有滲水現象；管道內壁表面應潔凈，無影響沉入的附著物、尖銳毛刺、突起現象；當采用局部修復法時，原有管道待修復部位及其前后500mm范圍內管道內表面應潔凈，無附著物、尖銳毛刺和突起。管道一般采取高壓水射流進行清洗，清洗產生的污水和污物及時排出檢查井。管道內有影響內襯施工的障礙物采用專用工具或局部開挖的方式進行清除。漏水嚴重的原有管道需要對漏點進行止水或隔水處理。

4.3.2 原位固化法(CIPP)施工

軟管內襯法也稱原位固化法(CIPP)，是在現有的舊管道內壁上襯一層浸漬液態熱固性樹脂的軟襯層，通過加熱(利用熱水、熱汽或紫外線等)或常溫使其固化，形成與舊管道緊密貼合的薄層管。軟襯法的施工方式有2種，翻轉浸漬樹脂軟管內襯法和CIPP拉入法樹脂內襯法。

(1)翻轉浸漬樹脂軟管內襯法，是利用浸透熱固性樹脂的帶有防滲膜的纖維增強軟管或編制軟管做里襯材料，將浸有樹脂的軟管一端翻轉并用夾具固定在待修復管道的入口處，利用水壓或氣壓使軟襯管浸有樹脂的內層翻轉到外面，并與舊管的內壁粘結。當軟襯管到達終點時，即刻向管內注入熱水或蒸汽使樹脂固化，形成一層緊貼舊管內壁的具有防腐、防滲功能的堅硬襯里。固化前樹脂管的柔性和內部壓力可使其充填裂隙、跨過間隙、繞過彎曲段。樹脂固化后，軟襯管形成形狀與原管一致、內徑比原管稍小的新管，其工藝示意見圖1。

圖1 翻轉浸漬樹脂軟管內襯法工藝示意

施工質量控制點：樹脂儲存溫度，冷藏溫度和時間，樹脂用量，軟管浸漬停留時間和使用長度，翻轉時的壓力和溫度，軟管的固化溫度、時間及壓力，內襯管冷卻溫度、時間及壓力。

(2)CIPP拉入法樹脂內襯法，是采用有防滲薄膜的無紡氈軟管，經樹脂充分浸漬后，從檢查井處拉入待修復管道中，用水壓或氣壓將軟管漲圓，固化后形成1條堅固光滑的新管，達到修復的目的，其工藝示意見圖2。

圖2 CIPP拉入法樹脂內襯法工藝示意

施工質量控制點：軟管拉入長度，擴展壓縮空氣壓力，軟管固化溫度、時間和壓力，紫外線燈的巡航速度，內襯管冷卻溫度、時間和壓力。

4.3.3 U型內襯HDPE管修復技術(折疊內襯法)

U型內襯HDPE管修復技術通常也稱為緊密結合內襯法，其原理是采用外徑比舊管道內徑略小的HDPE管，通過變形設備將HDPE管壓成U型并暫時捆綁以使其直徑減小，通過牽引機將HDPE管穿入舊管道，然后利用水壓或氣(汽)壓與通軟體球將其打開并恢復到原來的直徑，使HDPE管脹貼到舊管道的內壁上，與舊管道緊密地配合，形成HDPE管的防腐性能與原管道的機械性能合二為一的“管中管”復合結構。

施工質量控制點：折疊纏繞和折疊速度，折疊管復原溫度、壓力和時間，內襯管冷卻溫度、時間和壓力。

4.3.4 穿插法修復技術

穿插法修復時，內襯管道可通過牽引、頂推或兩者結合的方法將短管在現場一邊焊接一邊置入舊管道內，最后將新舊管道之間的間隙注漿填滿，其工藝示意見圖3。

圖3 穿插法及短管內襯法工藝示意

施工質量控制點：牽引或頂推力大小和速度，內襯管長度和拉伸率，貫通后靜置時間，內襯管與原有管道間隙注漿量。

4.3.5 碎(裂)管法

碎(裂)管法是采用碎(裂)管設備從內部破碎或割裂舊管道，將舊管道碎片擠入周圍土體形成管孔，并同步拉入新管道(同口徑或更大口徑)的管道更新方法，其工藝示意見圖4。

施工質量控制點：牽拉力，速度，內襯管長度和拉伸率，貫通后靜置時間等。

圖4 碎(裂)管法工藝示意

4.3.6 機械制螺旋纏繞法

機械制螺旋纏繞法修復技術主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內部將帶狀型材通過壓制卡口不斷前進形成新的管道。管道可在通水的情況(30%以下)作業，其工藝示意見圖5。

圖5 機械螺旋纏繞法工藝示意

施工質量控制點：纏繞和行走速度，主鎖口密封和次鎖口膠粘劑注入量，內襯管與原有管道間隙注漿量等。

4.3.7 不銹鋼套筒法

不銹鋼套筒修復技術是在舊管道內部穿插內襯薄壁不銹鋼管，或將不銹鋼板采用卷板形式在管道內部進行焊接，整體成型，從而達到防滲漏、腐蝕的目的。

施工質量控制點：不銹鋼套筒和海綿、橡膠混凝土的安裝位置，發泡膠用量，氣囊壓力，卡鎖鎖定等。

4.3.8 點狀原位固化法

點狀原位固化法也稱局部樹脂固化法，是將涂抹有樹脂混合液的玻璃纖維氈布用氣囊緊壓于管道內壁，通過常溫、加熱或紫外線照射等方式實現固化，在修復點管內形成新內襯管的一種非開挖修復技術。該方法在修復損害較輕、滲漏接頭較少的管道時，能夠快速治理滲漏，是一種技術經濟較合理的方法，尤其適合人員較難進入的小管徑管道的局部修復。

施工質量控制點：樹脂用量，內襯浸漬停留時間和使用長度，氣囊壓力，內襯軟管固化溫度、時間和壓力，內襯管冷卻溫度、時間、壓力等。

5 工程應用實例

成都市新都區毗河流域綜合整治和深圳市茅洲河流域綜合整治工程原污水管網修復均采用了非開挖修復技術。兩個城市的排水管網修復主要是以CIPP原位固化法和局部樹脂固化法為主，目前均進行了試驗段的施工，其中翻轉浸漬樹脂軟管內襯法(整體修復)和常溫局部樹脂固化法應用試驗比較成功，施工過程質量控制能夠得到保證。

圖6 局部樹脂固化法修復效果

圖7 CIPP原位固化法修復效果

6 結語

我國城市排水管網建設逐年遞增，當前每年新建排水管道達10萬km，達到使用年限的30萬km城市排水管道急需修復，以廣州、深圳為代表的一線城市，以成都為代表的新一線城市已經開啟城市水環境綜合治理，其中排水管道修復勢在必行。管道非開挖修復技術整體優勢明顯，負面影響小，對地面、交通、環境以及周圍地下管線等的影響弱，修復過后的排水管道重新獲得至少20年的使用壽命。伴隨非開挖修復技術的不斷發展，檢測和施工設備、材料的進一步國產化，施工造價將進一步降低，使得管道非開挖修復技術越來越多的被運用。