管道修復(fù)工藝的選擇與應(yīng)用

張學(xué)慧，宋國勇，劉存輝，朱松嶺，秦艷軍

（北京金河生態(tài)科技有限公司，北京市 102200）

0 引言

隨著城市化進程的加快，排水管道建設(shè)量不斷增加，根據(jù)2021 中國統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)，截止2020年城市排水管網(wǎng)達80.27 萬km。原有管道使用越久，由于外部荷載變化、管道材質(zhì)老化、養(yǎng)護不到位、新建工程的影響甚至損壞等，存在的問題也越來越多[1-2]。污水管道破損，會有外來水入滲，使其高水位運行、COD 濃度降低；雨水管道破損，會引起地下水或泥水滲入，導(dǎo)致管道淤塞，影響排澇等[3-4]。推進缺陷管網(wǎng)診斷與修復(fù)，使排水系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運行是實現(xiàn)污水處理提質(zhì)增效、消除黑臭水體的對策之一。現(xiàn)結(jié)合深圳市某片區(qū)排水管道檢測結(jié)果，對修復(fù)工藝的選擇與應(yīng)用進行探討，以期為同類工程的實施提供參考。

1 工程概況

深圳市某片區(qū)檢測排水管道總長202.77 km，管徑DN300-DN2000，管材為鋼筋混凝土管、HDPE、PVC、混凝土管，埋深0.75～8.0 m。某片區(qū)排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量統(tǒng)計見表1 所列，結(jié)構(gòu)性缺陷管道統(tǒng)計見表2 所列；功能性缺陷數(shù)量統(tǒng)計見表3 所列，功能性缺陷管道統(tǒng)計見表4 所列。缺陷等級分類見《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》（CJJ 181—2012）。

表1 管道結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計表

表2 結(jié)構(gòu)性缺陷管道統(tǒng)計表

表3 管道功能性缺陷統(tǒng)計表

表4 功能性缺陷管道統(tǒng)計表

由表1 可知，該片區(qū)管道結(jié)構(gòu)性缺陷主要為破裂、支管暗接、錯口，1 級、2 級、3 級缺陷數(shù)量較多，4級缺陷數(shù)量較少；由表2 可知，該片區(qū)存在結(jié)構(gòu)性缺陷的管段為2916 段59.98 km，缺陷管道長度占比29.58%，主要以Ⅱ級、Ⅲ級為主，Ⅰ級、Ⅳ級較少。

由表3 可知，管道功能性缺陷主要為沉積、障礙物、樹根，1 級、2 級、4 級缺陷數(shù)量較多，3 級缺陷數(shù)量較少；由表4 可知，存在功能性缺陷的管段為2753 段52.78 km，缺陷管道長度占比26.03%，主要以Ⅰ級、Ⅱ級為主，Ⅲ級、Ⅳ級較少。

2 工藝對比

2.1 結(jié)構(gòu)性缺陷修復(fù)

結(jié)構(gòu)性缺陷管網(wǎng)的修復(fù)，主要有開挖換管和非開挖修復(fù)兩種方式。

開挖換管利用機械或人力挖掘基槽，拆除舊管，安裝新管，再回填基槽、恢復(fù)路面。基槽開挖一般分為放坡、支護兩種。支護形式有板式、槽鋼、鋼板樁及組合型支護結(jié)構(gòu)。

非開挖修復(fù)在不開挖或局部開挖的情況下，利用現(xiàn)狀檢查井，在原管道內(nèi)拉入新型材料，使用專用設(shè)備使其形成新的內(nèi)襯管，與舊管壁形成管中管結(jié)構(gòu)。非開挖修復(fù)一般分為整體、局部兩種。整體修復(fù)包括紫外光固化（CIPP）、熱塑成型（FIPP）、高分子材料噴涂、機械螺旋纏繞、短管內(nèi)襯等；局部修復(fù)包括不銹鋼雙脹環(huán)、不銹鋼快速鎖、局部樹脂固化等。

開挖換管屬傳統(tǒng)施工方式，技術(shù)標準成熟，非開挖修復(fù)屬新型施工方式，技術(shù)標準正在逐步完善，兩者對比見表5 所列。

表5 開挖與非開挖修復(fù)方式對比表

綜合上述分析，開挖換管可修復(fù)各類缺陷，但施工周期長，對周邊交通、環(huán)境、管線影響大，直接成本與埋深相關(guān)，埋深越大，造價越高；非開挖修復(fù)施工周期短，對周邊交通、環(huán)境、管線影響小，可修復(fù)缺陷的類型有一定的局限性，直接成本與修復(fù)工藝相關(guān)，不同工藝造價差異較大。

2.2 功能性缺陷修復(fù)

功能性缺陷管網(wǎng)的修復(fù)，主要有機械清疏和人工清疏兩種方式。

機械清疏效率高、安全性高，但無法清除樹根、錨桿、固結(jié)物、大塊石等；機械清疏有高壓水射流、絞車疏通、推桿和轉(zhuǎn)桿疏通、水力疏通等，其中高壓水射流應(yīng)用較為廣泛。

人工清疏可操作性強，施工不受場地限制，但安全隱患較大，作業(yè)效率相對較低。

3 工藝選擇

3.1 結(jié)構(gòu)性缺陷修復(fù)

該片區(qū)現(xiàn)狀排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷等級主要為Ⅱ、Ⅲ級，類型主要為破裂、支管暗接、錯口，Ⅴ級缺陷數(shù)量較少；管道均處于運行狀態(tài)，大多位于市政道路，交通流量大、地下各種綜合管線縱橫交錯，周邊商業(yè)活動頻繁、人流量大。結(jié)合開挖換管和非開挖修復(fù)的特點及適用性，綜合考慮工期、成本、社會、環(huán)境等因素，對存在缺陷的排水管道首選非開挖修復(fù)。非開挖修復(fù)無法滿足要求時，選擇開挖換管。

排水管道修復(fù)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮管內(nèi)水位、管道淤積、缺陷類型、破損程度、支管暗接、異物穿入、管道彎曲、變徑、暗井等情況，并結(jié)合現(xiàn)場實際排查情況，合理選擇管道修復(fù)工藝。上述因素對修復(fù)工藝選擇的影響見表6 所列。

表6 修復(fù)方式考慮因素一覽表

該片區(qū)存在結(jié)構(gòu)性缺陷的管段為2916 段59.98 km。按照《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》，主要針對修復(fù)指數(shù)RI＞7（Ⅲ級）、4＜RI≤7（Ⅳ級），結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的管段，修復(fù)指數(shù)1＜RI≤4（Ⅱ級），缺陷參數(shù)F＞3，缺陷嚴重的管段進行修復(fù)；其中缺陷密度SM＜0.1，局部修復(fù)，SM≥0.1，整體修復(fù)；其它暫不修復(fù)。

按照上述原則，該片區(qū)需要修復(fù)的管段為1388段27.31 km，其中：局部修復(fù)的為322 段，整體修復(fù)的為18.62 km。對存在起伏、變形、塌方、嚴重錯口、變徑的7.48 km 管道，開挖修復(fù)；異物穿入的管道3.04 km，新增交匯井或管線改遷；剩余16.79 km 管道，優(yōu)先采用非開挖修復(fù)。非開挖整體修復(fù)采用熱塑成型固化、紫外光固化、高分子材料噴涂；局部修復(fù)采用局部樹脂固化，高分子材料噴涂；檢查井修復(fù)采用高分子材料噴涂。

3.2 功能性缺陷修復(fù)

該片區(qū)對存在功能性缺陷的排水管道以高壓水射流為主，高壓水射流無法滿足要求時，管徑DN＜800 時，配合管道機器人進行清疏，管徑DN≥800時，配合人工疏通，以達到徹底清理管道的效果。

4 工藝流程

4.1 前期準備

施工前，應(yīng)認真研究設(shè)計圖紙、CCTV 檢測報告等資料，了解管道基本情況，如管道長度、管徑、埋深、起止點高程、支管數(shù)量及位置等。在此基礎(chǔ)上，開展現(xiàn)場踏勘，復(fù)測管道長度、管徑、支管數(shù)量及位置等，了解施工現(xiàn)場具體環(huán)境，如所在道路交通狀況、可用作業(yè)面等。

根據(jù)現(xiàn)有資料，編制管道修復(fù)專項施工方案。作業(yè)前，向作業(yè)人員進行技術(shù)交底和有限空間作業(yè)安全培訓(xùn)。

做好原材料的進場驗收工作，隨機抽取材料樣品，進行復(fù)檢。

4.2 施工流程

4.2.1 臨時封堵、導(dǎo)排水

管道臨時封堵、導(dǎo)排水是保障管道修復(fù)的基礎(chǔ)工序。

管道臨時封堵通常采用氣囊封堵、砌墻封堵。對于高水壓、大中管徑，考慮到安全性和可實施性，采用磚封＋氣囊封堵。采用橡膠氣囊對上下游管道進行封堵時，操作氣囊氣壓應(yīng)保持在0.15 MPa 以上；采用砌墻封堵時，砌筑前應(yīng)清理管道表面，砌筑時應(yīng)在封堵墻中部位置安裝泄水管和閥門，根據(jù)需要可安裝2-3 根，用于管堵拆除時平衡內(nèi)外水壓。

臨時導(dǎo)排措施是在封堵管道的上游檢查井中放置出水口徑為DN100-DN200 mm 的潛污泵，設(shè)置臨時排水管道，對上游來水抽排至下游管道。臨時導(dǎo)排應(yīng)選擇合適的排水泵功率及數(shù)量，保持導(dǎo)截流量的平衡。

目前，砌墻封堵、臨時排水設(shè)施設(shè)計尚無相關(guān)的標準規(guī)范，基本依賴傳統(tǒng)經(jīng)驗確定。馬家歡[6]提出，封堵墻厚度可通過封堵體抗水壓沖擊、抗彎拉承載力計算得到；陳嫣[7]提出，臨時排水措施設(shè)計流量，可結(jié)合封堵時間重要性、地區(qū)重要性、管道重要性、封堵管道可恢復(fù)性等因素，同時考慮區(qū)域現(xiàn)狀管道排水能力的限制計算得到。

4.2.2 管道預(yù)處理

管道預(yù)處理是保障管道非開挖修復(fù)的關(guān)鍵工序。

對于滲漏點位，采用注漿堵漏；對于接口材料脫落、鋼筋、樹根等，采用人工或機械方式（如多功能機器人）切除。對于管道破裂、坍塌，在塌陷處注漿，小管徑可用略小于舊管的擴大頭和卷揚機，通過鐵鏈將塌陷處的碎石和泥土拉到檢查井內(nèi)進行清理，然后內(nèi)襯短管[8]，大管徑可用小型專用千斤頂支撐在塌陷處，然后內(nèi)襯鋼管。對于錯口處，應(yīng)采用機器人打磨、聚合物水泥砂漿填補磨平。

4.2.3 修復(fù)過程

在排水管道修復(fù)過程中，需嚴格控制工序質(zhì)量，否則會出現(xiàn)褶皺、突起物、干斑、裂紋、固化不充分、壁厚和強度不達標、端頭切割不平整等質(zhì)量問題[9]。

4.2.3.1 熱塑成型固化

熱塑成型利用熱塑性材料可反復(fù)加熱軟化、冷卻硬化的特性，在現(xiàn)場對襯管加熱軟化，經(jīng)牽引裝置拖拉到舊管內(nèi)，加熱加壓使襯管膨脹與舊管緊密貼合，冷卻后形成內(nèi)襯結(jié)構(gòu)[10]。

熱塑成型固化所需作業(yè)面小，襯管整體性好、耐腐蝕性強、內(nèi)壁表面光滑、過流能力損失小，襯管與舊管緊密貼合、無需灌漿；該片區(qū)主要用于管徑D≤500 的管道修復(fù)。

熱塑成型固化施工時，襯管預(yù)加熱溫度90～105℃，時間1～3 h，具體時長依管徑、長度而定，襯管軟化后方可拖入待修管道；襯管拖入時，接收井的卷揚機繩索與下料井卷盤上的襯管應(yīng)連接牢固，確保襯管順利進入管道，無劃傷；襯管在拖入過程中會冷卻硬化，完全拖入后，應(yīng)繼續(xù)用水蒸氣加熱，軟化后用專用管塞將其兩頭封堵；襯管復(fù)原時，通過管塞中部通氣管道向管內(nèi)輸送水蒸氣，溫度不宜超過95℃，壓力不宜超過0.15 MPa；襯管加熱復(fù)原后，應(yīng)在保持原有壓力的情況下，將襯管內(nèi)的蒸汽逐漸置換成冷空氣；當(dāng)溫度降低到40℃以下時，方可打開閥門，釋放襯管內(nèi)壓力。

4.2.3.2 紫外光固化

紫外光固化將浸潤樹脂的玻璃纖維軟管拉入舊管內(nèi)，通過壓縮氣體使軟管張開與舊管內(nèi)壁緊貼，利用軟管內(nèi)樹脂遇紫外線固化的特性，使玻璃纖維軟管固化，冷卻后形成內(nèi)襯管[11]。

紫外光固化應(yīng)用廣泛，固化過程可監(jiān)控、可實時調(diào)整施工參數(shù)，襯管強度高、整體性好；該片區(qū)主要用于600≤D≤1000 的管道修復(fù)。

紫外光固化施工時，內(nèi)襯管應(yīng)平穩(wěn)、緩慢地拉入原有管道，速度宜為6～8 m/min；紫外光燈行進速度宜小于1 m/min；固化時間不少于10 min；固化完成后，緩慢降低管內(nèi)壓力至大氣壓，降壓速度小于0.01 MPa/min。

4.2.3.3 高分子材料噴涂

高分子材料噴涂采用專用設(shè)備將材料（催化劑與樹脂）加熱加壓，用高速氣流將其霧化并噴到管道表面，形成覆蓋層，以提高管道性能[12]。

高分子材料噴涂可用于不同斷面管道的修復(fù)；該片區(qū)主要用于管徑D＞1000 的管道修復(fù)。

高分子材料噴涂法施工時，要預(yù)熱基底，基底溫度應(yīng)≥5℃，環(huán)境溫度≥15℃，環(huán)境相對濕度≤85%，在無滲漏的情況下，才可涂刷底涂料；噴涂作業(yè)前應(yīng)充分攪拌樹脂，不得現(xiàn)場隨意向催化劑、樹脂中添加任何物質(zhì)，不得混淆催化劑、樹脂的進料系統(tǒng)；噴涂作業(yè)前，應(yīng)先噴涂試塊，當(dāng)試塊外觀質(zhì)量達到要求后，方可確定工藝參數(shù)開始噴涂作業(yè)；噴涂作業(yè)面之間的搭接寬度應(yīng)大于150 mm。

4.2.3.4 局部樹脂固化

局部樹脂固化采用專用的修復(fù)氣囊，將涂抹樹脂的玻璃纖維布緊貼在管道缺陷位置，常溫固化后，形成局部內(nèi)襯[13]。

局部樹脂固化針對性強、修復(fù)速度快，適用于局部缺陷且缺陷較少的管段，無法增加管道整體的強度；該片區(qū)主要用于管徑D≤1000 的管道修復(fù)。

局部樹脂固化施工時，原管道待修復(fù)部位及前后0.5 m 范圍內(nèi)表面應(yīng)潔凈，不得有附著物、尖銳毛刺和凸起物；局部樹脂固化由施工人員現(xiàn)場涂抹樹脂，要確保樹脂涂抹均勻；為避免樹脂性質(zhì)變化，與其接觸的設(shè)備均不能與水接觸；采用常溫固化樹脂時，樹脂的固化時間宜為1～2 h；局部樹脂內(nèi)襯層至少3 層，軸向前、后超出缺陷長度大于200 mm；修復(fù)過程中氣囊壓力應(yīng)控制在0.08～0.20 MPa。

4.3 修復(fù)評價

修復(fù)完成后，采用CCTV 設(shè)備對其進行外觀檢測；對修復(fù)后的內(nèi)襯管現(xiàn)場取樣，并委托專業(yè)檢測機構(gòu)進行檢測。檢測指標為壁厚、彎曲模量、彎曲強度、抗拉強度等。上述合格后，對管道進行嚴密性試驗。

5 結(jié)語

管道修復(fù)技術(shù)的選擇應(yīng)結(jié)合管道缺陷類型、破損程度、地下水水位、埋深、管徑、截面形式等因素綜合考慮。與開挖換管相比，非開挖修復(fù)施工影響小、安全性較高，逐步被廣泛應(yīng)用。非開挖修復(fù)工法較多，部分工藝技術(shù)復(fù)雜，需要依照標準嚴格把控質(zhì)量，建立完善的排水管道非開挖修復(fù)質(zhì)量管控體系。