排水管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展與工程應(yīng)用

居朝榮

（上海浦東新區(qū)東寶市政實(shí)業(yè)有限公司，上海市 200125）

0 引言

近年來(lái)，排水管網(wǎng)作為關(guān)系黑臭水體治理、城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治和污水處理廠提質(zhì)增效的關(guān)鍵因素，關(guān)注程度日益提高。截至2019 年底，我國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度已達(dá)到743 982 km[1]。隨著排水管道總量逐步增長(zhǎng)和老化程度加劇，亟需修復(fù)的排水管道數(shù)量激增，傳統(tǒng)的開(kāi)挖式修復(fù)方式既影響道路交通、污染環(huán)境，同時(shí)也面臨著施工效率低下的問(wèn)題，而非開(kāi)挖修復(fù)方式具有施工周期短、社會(huì)影響小和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，已成為排水管道修復(fù)的主要手段[2]。

1 非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)

非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)是指采用少開(kāi)挖或不開(kāi)挖地表的方法進(jìn)行地下管道修復(fù)或更新，基本目的是恢復(fù)管道原有功能。按修復(fù)范圍可分為整體修復(fù)和局部修復(fù)。整體修復(fù)包括原位固化技術(shù)、機(jī)械制螺旋纏繞技術(shù)、碎裂管技術(shù)、短管內(nèi)襯技術(shù)等，以原位固化技術(shù)最為常用[3]，近年來(lái)原位熱塑成型技術(shù)、管片內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)也得到了快速發(fā)展和應(yīng)用[4-5]。局部修復(fù)是對(duì)管道內(nèi)的局部破損、接口錯(cuò)位、局部腐蝕等缺陷進(jìn)行修復(fù)的方法，主要包括點(diǎn)狀原位固化技術(shù)、不銹鋼雙脹環(huán)/ 不銹鋼快速鎖技術(shù)等。

1.1 原位固化

原位固化的原理是將樹(shù)脂浸漬在纖維軟管中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝施工將軟管置入原有管道中，使軟管和原有管道緊密貼合，在特定條件下使樹(shù)脂發(fā)生固化反應(yīng)，從而在原有管道內(nèi)部形成一層新的內(nèi)襯，施工完成后的內(nèi)襯管單獨(dú)或者與原有管道共同承載管道上方的所有載荷。

原位固化根據(jù)軟管置入原有管道方式可分為拉入法和翻轉(zhuǎn)法；根據(jù)樹(shù)脂的固化方式可分為熱水固化、蒸汽固化和紫外光固化。目前應(yīng)用最廣泛的工藝包括翻轉(zhuǎn)原位固化和紫外光原位固化，此外，局部樹(shù)脂原位固化也屬于原位固化。

1.1.1 翻轉(zhuǎn)原位固化

翻轉(zhuǎn)原位固化適用于DN150~DN2700 的圓形、矩形和蛋形管道修復(fù)，將襯管設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)性襯管，從檢查井進(jìn)入管道內(nèi)，通過(guò)水體的壓力進(jìn)行翻轉(zhuǎn)并緊貼原母管，經(jīng)過(guò)加熱固化后，管道能夠完全不依托原有管道，獨(dú)立承受內(nèi)壓和外壓。修復(fù)后的新管基本不影響過(guò)水?dāng)嗝妫矣捎诼鼘幭禂?shù)降低，有利于增強(qiáng)過(guò)水能力，正常使用年限在50 a 以上。

翻轉(zhuǎn)原位固化修復(fù)材料主要包括軟管、樹(shù)脂和聚乙烯涂層（PU 或PTU 膜），其成品的彎曲彈性模量一般能達(dá)到2 500~3 000 MPa。應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)原位固化的軟管一般采用無(wú)紡布或復(fù)合增強(qiáng)軟管，前者以無(wú)紡布為基層涂覆防滲膜，適用于DN100~DN2400 的管道；后者以織物復(fù)合材料為基層涂覆防滲膜，適用于DN100~DN3300 的管道。樹(shù)脂材料包括聚酯樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂，應(yīng)用最廣泛是聚酯樹(shù)脂，其中又以間苯型不飽和聚酯樹(shù)脂的應(yīng)用最為常見(jiàn)。

1.1.2 紫外光原位固化

紫外光原位固化利用紫外光作為固化媒介，樹(shù)脂中含有光引發(fā)劑，經(jīng)過(guò)特定波長(zhǎng)的紫外光照射時(shí)，樹(shù)脂產(chǎn)生固化反應(yīng)，形成高強(qiáng)度內(nèi)襯新管，適用于DN150~DN1600 各種形狀的排水管道。施工時(shí)采用卷?yè)P(yáng)機(jī)將充填有樹(shù)脂的玻璃纖維內(nèi)襯管拉入既有管線，通過(guò)大流量風(fēng)機(jī)將內(nèi)襯管“吹”鼓并緊貼在既有管線內(nèi)壁上。與翻轉(zhuǎn)原位固化類(lèi)似，管道經(jīng)紫外光原位固化后，可以獨(dú)立承受內(nèi)壓和外壓。修復(fù)后的內(nèi)襯管密封效果好、抗腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)，在較小厚度下即可達(dá)到較高機(jī)械強(qiáng)度，正常使用年限在50 a以上。

據(jù)介紹，“水稻+”是以水稻生產(chǎn)為本，以稻田生態(tài)系統(tǒng)為基，以種植制度創(chuàng)新為魂的新型農(nóng)作制度，包括稻經(jīng)輪作、稻禽協(xié)同、稻漁共生等生產(chǎn)體系，是水稻綠色生產(chǎn)的重要模式之一。“水稻+”通過(guò)改進(jìn)提升和集成創(chuàng)新傳統(tǒng)模式，具有穩(wěn)糧優(yōu)經(jīng)、種養(yǎng)結(jié)合、綠色高效等特點(diǎn)，對(duì)確保口糧安全、推進(jìn)綠色興農(nóng)、實(shí)現(xiàn)質(zhì)量興農(nóng)、加快品牌強(qiáng)農(nóng)具有重要意義。截至目前，全國(guó)“水稻+”應(yīng)用面積約為166.67萬(wàn)hm2，按667 m2平均效益2 000元計(jì)算，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益500億元。同時(shí)數(shù)據(jù)顯示，僅以稻漁共生模式為例，就可減少用肥20%～30%、減少用藥30%～40%。

紫外光原位固化修復(fù)材料主要采用玻璃纖維軟管和樹(shù)脂。玻璃纖維軟管在玻璃纖維布基材內(nèi)外貼附防滲膜，為了增強(qiáng)樹(shù)脂浸漬能力，有的還在多層玻璃纖維布之間增加無(wú)紡布層，其結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次為：防紫外線保護(hù)膜、外膜、玻璃纖維織物、內(nèi)膜。

1.1.3 局部樹(shù)脂原位固化

局部樹(shù)脂原位固化與整體原位固化相似，其原理是將含有促進(jìn)劑的特種樹(shù)脂涂抹在玻璃纖維材料上，將纖維材料包裹在修復(fù)氣囊上，放入待修復(fù)的管道，定位后進(jìn)行充氣，以便含有樹(shù)脂的纖維材料緊貼在管壁上，然后采用常溫固化方式，使得樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成玻璃纖維增強(qiáng)塑料。玻璃纖維局部修復(fù)后的管壁光滑，可提高通水能力。

1.2 原位熱塑成型

原位熱塑成型是一種新型的非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)，其利用熱塑性材料在一定溫度范圍內(nèi)能夠反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的特性，將工廠預(yù)制的工字型或C字型斷面襯管在現(xiàn)場(chǎng)采用蒸汽加熱軟化，牽引置入原有管道內(nèi)部，通過(guò)加熱加壓方式使其緊貼原有管道內(nèi)壁，后冷卻形成具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的內(nèi)襯管，實(shí)現(xiàn)老化管道的修復(fù)。

原位熱塑成型適用于DN100~DN1350 的圓形、矩形和變徑（變徑一級(jí)）等多類(lèi)型截面管道，以及雨水、污水、壓力（供水、燃?xì)猓┑榷嘤猛竟艿佬迯?fù)。高分子熱塑材料強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)施工不改變材料力學(xué)性能，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)到50 a 以上。此外，高度預(yù)制化的管道修復(fù)產(chǎn)品一方面可以在安裝前進(jìn)行檢測(cè)，保證修復(fù)質(zhì)量穩(wěn)定可控，另一方面也方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

1.3 管片內(nèi)襯修復(fù)

管片內(nèi)襯修復(fù)適用于DN800~DN5000 的圓形管、以及短邊大于1 000 mm 的非圓形管，在管道材質(zhì)方面可用于鋼筋混凝土管或磚砌管。施工時(shí)，在管道內(nèi)分段置入管片，通過(guò)人工拼接和固定，使管片成為整體，然后在內(nèi)襯管道與原管道之間注漿進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。管片內(nèi)襯修復(fù)采用輕質(zhì)、透明、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的PVC 模塊，修復(fù)后的管道環(huán)剛度高，耐磨性能好，粗度系數(shù)小。

管片內(nèi)襯修復(fù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于施工較靈活，例如：可少量帶水施工；可上下分開(kāi)施工或中間向兩邊施工，以縮短施工工期；可進(jìn)行曲線施工和局部施工，單次修復(fù)長(zhǎng)度不限；可臨時(shí)中斷施工。

1.4 不銹鋼雙脹環(huán)/ 不銹鋼快速鎖

不銹鋼雙脹環(huán)/ 不銹鋼快速鎖屬于局部修復(fù)技術(shù)。不銹鋼雙脹環(huán)主要用于管徑不小于DN800 的大口徑管道接口滲漏的預(yù)防性修復(fù)，管道內(nèi)壁局部沙眼、露石、剝落等病害的修補(bǔ)，以及管道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定、管壁堅(jiān)實(shí)不酥化情況下變形、錯(cuò)位（不大于3 cm）、脫節(jié)、滲漏等結(jié)構(gòu)性缺陷的修復(fù)。不銹鋼雙脹圈主要采用不銹鋼壓條和特制的止水橡膠條，施工時(shí)需進(jìn)入管道安裝，先手工固定橡膠條，接著通過(guò)擴(kuò)張器，用不銹鋼條壓住橡膠條，完成管道局部防滲修復(fù)，必要時(shí)還可以對(duì)管道滲漏處進(jìn)行注漿處理。

不銹鋼快速鎖是在雙脹環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型局部修復(fù)技術(shù)，由不銹鋼套環(huán)、鎖緊機(jī)構(gòu)和橡膠圈三部分組成，根據(jù)修復(fù)管徑不同，分為DN300~DN600 的小管徑快速鎖和DN600~ DN2600 的大管徑快速鎖。不銹鋼快速鎖操作簡(jiǎn)單，施工時(shí)間短。

1.5 修復(fù)方法選擇

上述修復(fù)技術(shù)的適用范圍和使用條件見(jiàn)表1，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、管道特征及損環(huán)情況選擇合適的修復(fù)方法。

表1 不同修復(fù)技術(shù)的適用范圍和使用條件

2 工程應(yīng)用

2.1 世博園區(qū)排水管道修復(fù)工程

2.1.1 工程概況

世博園區(qū)運(yùn)行近10 a 后，經(jīng)對(duì)園區(qū)內(nèi)排水管道進(jìn)行CCTV 檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)世博大道等9 條道路排水管道（DN300~DN3000）存在不同程度的滲漏、錯(cuò)口、腐蝕等病害及缺陷，影響管道過(guò)流能力和使用功能。由于待修復(fù)管道周邊道路交通繁忙，大面積開(kāi)挖更換新管施工難度大，成本較高，因此全部采用非開(kāi)挖方式進(jìn)行修復(fù)。其中，整體修復(fù)主要采用翻轉(zhuǎn)原位固化，共修復(fù)管段1 000 余米；局部修復(fù)采用局部樹(shù)脂原位固化和不銹鋼雙脹環(huán)，共修復(fù)400 余處。

2.1.2 實(shí)施效果

根據(jù)CCTV 檢測(cè)，修復(fù)完成后的內(nèi)襯管表面光滑，無(wú)局部凹陷、劃傷、裂縫、磨損、孔洞、起泡、干斑、隆起、分層和軟弱帶等缺陷，對(duì)整體修復(fù)管道進(jìn)行的滲漏測(cè)試均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，修復(fù)質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果。該工程是浦東新區(qū)首次大規(guī)模采用非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行管道修復(fù)的項(xiàng)目。實(shí)踐證明，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)不但施工方便、簡(jiǎn)單、節(jié)約了工期，還避免了開(kāi)挖施工引起的環(huán)境污染和交通堵塞問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 浦東三林地區(qū)排水管道修復(fù)工程

2.2.1 工程概況

浦東新區(qū)三林地區(qū)在管道CCTV 檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)上南路、成山路、耀龍路等25 條路段的雨污水管道（DN300~DN2400） 存在不同程度的腐蝕、錯(cuò)位、滲漏、破裂等缺陷，給雨污水排水和道路通行帶來(lái)嚴(yán)重隱患。由于三林地區(qū)屬于老城區(qū)，周?chē)用褫^多、人流量較大、交通繁忙，為避免出現(xiàn)環(huán)境污染、發(fā)生交通堵塞，從縮短工期、減少工程造價(jià)等方面綜合考慮，根據(jù)缺陷等級(jí)，實(shí)施開(kāi)挖修復(fù)或非開(kāi)挖修復(fù)。非開(kāi)挖修復(fù)中，整體修復(fù)主要采用紫外光原位固化，共修復(fù)管段2 039 m；局部修復(fù)采用局部樹(shù)脂原位固化和不銹鋼雙脹環(huán)，分別修復(fù)144 處和45 個(gè)。

2.2.2 實(shí)施效果

該工程的實(shí)施使區(qū)域內(nèi)的排水安全性得到了切實(shí)保障，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。同時(shí)，隨著老城區(qū)管道使用年限逐漸增長(zhǎng)，病害出現(xiàn)的周期也越來(lái)越短，城市發(fā)展與人口增長(zhǎng)導(dǎo)致使用功能與需求之間的矛盾突出。本工程在一定程度上緩解了上述矛盾，給予了解決問(wèn)題的時(shí)間窗口。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，翻轉(zhuǎn)原位固化法的應(yīng)用比例有減少趨勢(shì)，相比之下紫外光原位固化法的推廣應(yīng)用速度迅速，同時(shí)管片內(nèi)襯修復(fù)和原位熱塑成型等新型修復(fù)工藝也逐漸興起。在修復(fù)材料方面，樹(shù)脂、內(nèi)襯軟管和熱塑成品管道等修復(fù)材料均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本明顯下降。

工程應(yīng)用表明，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的選擇需要綜合現(xiàn)場(chǎng)條件、管道破損程度、工程投資等多因素后確定，是一種多目標(biāo)優(yōu)化過(guò)程；同一工程中可能同時(shí)用到多種修復(fù)技術(shù)，以發(fā)揮綜合優(yōu)勢(shì)，取得理想的修復(fù)效果。