截污管道內襯修復工程中 螺旋纏繞法環形間隙填充注漿的質量控制

趙志賓，蔣景生，王利強，張培軍，夏兵兵，安明勇

(1. 天津倚通特種工程有限公司 天津 300458；2. 中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000)

0 引言

九江市兩河(十里河、濂溪河)水系綜合治理工程是一項系統而復雜的綜合性工程，主要包括兩河截污管網、小區改造及調蓄池、兩河地下污水處理廠、鶴問湖污水處理廠二期工程及河道治理工程項目。十里河上游水體清澈見底，底部沉積物少。水體流經城區后水質逐步惡化，至八里湖匯入點水體渾濁且河底淤泥沉積明顯。針對十里河流域水質惡化問題，為改善河流水環境、提高區域防汛排澇能力，同時最大程度上減少對十里河沿岸周邊生態的影響，經充分論證后，本工程采用機械制螺旋纏繞法進行了非開挖管道修復[1]。

1 項目概況

本工程為九江市十里河現狀截污管道修復工程，對十里河(長虹西大道—鶴問湖污水處理廠)現狀DN2000～DN2200截污管道進行內襯修復，擬修復總長度5.6km，其中十里河南路管道長度2000m，管徑為DN2000，管道埋深約10m；興業大道管道長度1300m，管徑為DN2000，管道埋深約10m；八里湖北大道管道長度2300m，管徑為DN2200，管道埋深約7m。工程平面圖如圖1所示。

圖1 工程平面圖Fig.1 Illustration of project

在該管徑下，非開挖修復工藝中僅有CIPP翻轉法和機械制螺旋纏繞法可以選用，但CIPP熱水固化法需要對原檢查井的井脖部分進行開挖，且國內無相近管徑的成功安裝案例。因此，最終將修復工藝確定為機械制螺旋纏繞法鋼塑加強型[2]。

機械制螺旋纏繞法鋼塑加強型(以下簡稱鋼塑加強型)主要用于管道的整體結構性修復(檢查井到檢查井)，包括2個工序：一是井下纏繞制管，二是環形間隙內填充注漿。由于該工程不同井位之間的管道長度較分散，為便于分步注漿時每步注漿量的計算，本文以具有典型代表意義的WZ10-WZ11(長度100m，原管道管徑2000mm)為例。

2 工程設計與重點難點分析

原管道管徑為DN2000的鋼筋混凝土管，修復長度為100m，內襯管管徑DN1825(取平均直徑)，設計選用采用42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液配比1∶1進行注漿[3]，水泥漿固化后的強度不小于0.179MPa，以便能夠將外部荷載傳遞到內襯管。注漿總量按下式計算：

其中：Q為注漿總量(m3)，R為原管道內徑(m)，r為內襯管平均直徑(m)，L為管道長度(m)。

計算理論注漿總量：

根據試驗結果，采用1∶1水泥漿時固化后體積為漿液體積的70%，因此，總注入量應為75m3，水泥用量約57t。

本工程的難點主要有：①相鄰檢查井之間距離長，管道中間部位充滿度不好控制；②注漿時計算每米管道約受到浮力19000N，而每米管道自重約1100N，管道注漿時受浮力影響大。

3 施工過程

3.1 預埋補漿管

纏繞前在原管道管頂12點位置預埋外徑32mm的補漿管，材質為PVC或PPR，用不銹鋼馬鞍卡沿原管道縱向進行固定，補漿管安裝長度為原管道長度的50%，馬鞍卡安裝間距1m。預埋補漿管在管道的上游進行安裝。

3.2 環形間隙封堵及預埋注漿管

新管道纏繞完成后利用高強快干水泥、紅磚，通過人工砌筑對新舊管道的環形間隙進行封堵，封堵的厚度不小于150mm。在進行封堵砌筑時以內襯管管徑中心位置為參照，在新舊管道空隙處的9點、 10點、2點、3點位置各布設一處注漿口(管段兩端均有)，上游12點位置預留注漿方孔，下游12點位置安裝三通彎頭，彎頭一側高度應高于原管道內管頂15cm以上。注漿管直徑40mm，外部留出100～200mm，封堵砌筑完成待封堵材料固化12h后進行注漿。兩側封堵后示意圖見圖2。

圖2 兩側封堵后示意圖Fig.2 Illustration of pipe after plugging on both ends

注漿前進行預埋注漿管沖洗，每段環形間隙封堵和預埋注漿管結束后應立即用大流量水流對預埋注漿管內的殘留水泥、灰層等進行沖洗。

3.3 氣囊封堵、內襯管內注水

在兩側安裝封堵氣囊，其中一端(上游)頂部加裝50mm PPR管，由該管向封堵內部注水的方式進行內支撐，該方式充氣、注水效率相對較高，既可解決管道注漿時可能發生的形變問題，又能起到管道配重的作用。當內襯管道內部注滿水時總面積為2.543m2，則每米管道內加入水的重力為1000×2.543N＝2543N。

由于管道半徑以上部分既受到水或漿液浮力，又受到水或漿液本身對管道向下的壓力，其具體抵消情況尚不明確。故假設僅9點—3點以下產生浮力， 9點—3點以上部分浮力與向下壓力抵消，則9點— 3點下部面積為1.343m2，當采用1∶1水泥漿時每米管道受到的浮力為1500×1.343N＝2014N。

此時浮力＜重力，不會發生管道上浮。為避免由于漿液流動性導致兩側漿液液位不同造成管道上浮，計劃由內襯管道兩側的檢查井各注50%，并按照流水作業的方式，給予每段管道48h以上的凝結時間，以最大程度控制管道上浮問題。內襯管注水示意圖如圖3所示。

圖3 內襯管注水示意圖Fig.3 Illustration of water injection into liner pipe

3.4 注漿壓力

在本工程施工中注漿的主要作用為填充新舊管的環形間隙，充分考慮注漿壓力過大可能會對內襯管和原管道上方路面造成不良影響，因此，根據本工程的具體情況，在注漿壓力確定時第1次和第2次注漿均采用無壓自流注漿方式進行，第3次補漿時壓力設定為0.1MPa，以確保安全注漿[4]。

3.5 分部注漿控制

3.5.1 第1次注漿量的確定

當內襯管道內充滿水時，經計算其總面積為2.543m2，則每米管道內水的重力為1000×2.543g＝2543g，管道自重為110g。9點—3點下部面積為1.343m2，當采用1∶1水泥漿時每米管道受到的浮力為1500×1.343g＝2014g。根據計算，3點—9點以下管道不發生上浮時的注入量為0.126×100＝12.6m3。

3.5.2 第2、3次注漿

經過第1次注漿，待48h漿液凝固后進行第 2次注漿，由高程高處一側向高程低處進行注漿，直至5號觀察孔冒漿為止。待第2次注漿漿液經24h凝固后通過預埋注漿管進行注漿，直至觀察高程較低處6號孔冒漿后停止。

3.6 注漿完成

注漿完成后對溢漿孔及觀察孔利用高強快干水泥進行封堵。5、6號注漿孔及注漿完成示意圖如圖4所示。

圖4 5、6號注漿孔及注漿完成示意圖Fig.4 Illustration of No. 5 and No. 6 grouting holes and grouting completion

4 質量控制要點

①注漿時應當做好注漿記錄，初次配漿時利用比重儀對漿液進行檢測，判斷漿液的水灰比是否準確。

②施工前必須根據注漿段實際長度計算理論注漿量，嚴格控制漿液注入量，實際注入量應基本等于理論計算量。注漿時使用流量計或現場記錄實際注漿量，并與理論注漿量進行對比。

③施工中注意觀察注漿管的排氣和冒漿情況，連續冒出水泥漿后方可封閉觀察孔和注漿孔。

④注漿應分次注漿，并有專人在管內觀察，發生壓力突然升或降、吸漿量突然增加或減少等異常現象時應立即查明原因，采取相應措施妥善處理，并作好詳細記錄。當出現冒漿、漏漿時應根據具體情況采取嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、間歇灌注等方法進行處理，盡量不采取待凝措施。

5 實施效果

本工程相鄰檢查井之間的距離長，注漿充滿度較難控制。在本工程的實施過程中創新性地使用了頂部預埋注漿管的方法，對管道中間部位補漿起到了較好的效果。使用水進行管道配重則有效增加了首次注漿量，提高了注漿速度。注漿結束后經參建方共同驗收，注漿充滿度好，管道線性平順，符合《城鎮排水管道非開挖修復及施工驗收規程》T/CECS717—2020的質量要求，達到了預期的修復效果[5]。

注漿作為機械制螺旋纏繞法的工序之一，隨著相鄰檢查井距離的增大，如何保證注漿充滿度滿足設計和驗收要求就成為了進行結構性修復的關鍵質量控制點之一。本項目實施效果表明，通過選用合適的漿液配比并在纏繞前進行注漿管埋設可以有效地提升注漿質量，保證修復效果。