基于市政道路下破損管道短管內襯修復施工分析

文／韓寧寧 中國水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000

引言：

在我國的大部分城市中，傳統的排水管道修復方式是在挖掘后重新進行管道埋置。隨著城市的不斷演進和完善，其面貌也愈加多姿多彩，相較于明挖修復管的方法，非開挖鋪管、修管和換管技術不僅不會對交通和人們的正常工作和生活造成任何負面影響，而且能夠顯著提升施工效率和質量，具有諸多優點。因此，為保證缺陷管道修復施工安全，通過等徑壓縮的方法進行管線分段穿插，通過緩慢牽引HDPE 管徑縮徑機放入管道之中，后襯管脹貼在管道內壁上，形成性能優良的襯里來進行管道修復，具有對周圍環境影響小、鋪管速度快、效率高，環境破壞小、安全可靠度高及經濟效益顯著的特點[1]。

1.工法特點

1.1 修復施工的重點

在于對舊管道進行徹底的清洗，這一步驟占據了整個施工周期的2/3，然而，對于穿插修復工藝而言，其對清洗質量的要求并不苛刻，只需確保內壁表面光滑無毛刺即可滿足要求。采用穿插法進行管道維修時，首先將需要更換部分的新管道從管壁上拆下來，然后把已被污染的管段用清洗液沖洗干凈后再安裝起來。這樣一來，舊管道的清洗成本和時間將得到有效降低，同時整個施工周期也將被壓縮。

1.2 適用范圍

由于施工現場位于城市中心，通過采用非開挖施工的工法，避免了在管道周圍進行大規模的挖掘，從而有效減少了塵土對市區環境造成的污染。此外，它并未對城市交通造成任何妨礙，且對市區設施的破壞程度相對較低。因此，這種工法尤其適用于那些無法進行挖掘的區域。

1.3 施工方法

施工方法為PE 短管現場焊接，PE 管材耐腐蝕性高，使用壽命長，且重量輕，人工即可搬運至工作面，大大提高了工作效率。

1.4 主要優勢

非開挖技術降低各類土地費用，同時施工過程中不對周圍土體進行擾動，減少了對周圍建筑物的房屋鑒定費用，可以有效降低工程成本。

2.工藝原理

在插入待修管道之前，利用HDPE 材料的形狀記憶特性，可以實現對HDPE 襯管橫截面積的有效壓縮。如果要進行長距離的管道連接，則必須對現有的襯管加以改造以滿足新要求。一旦襯管穿過管道，HDPE 的形狀記憶可以被激活，這可以通過加熱或加壓的方式實現，從而使襯管恢復到其原始直徑。當需要更換新管時，只需將原內襯重新鋪設即可。圖1 所示的方法不僅可以增加穿管距離和減少接頭數量，還可以有效降低HDPE 襯管在管道運動時的磨損。由于襯管是由高密度聚乙烯制成，因此它比普通塑料具有更高的強度和更好的韌性。為了確保HDPE 襯管與管道的緊密結合，我們選擇了略大于管道內徑的直徑作為襯管直徑，以便在形狀恢復后將襯管緊密貼附在管道內壁上，從而形成具有卓越性能的襯里。為確保HDPE 襯管不受外界物體的壓扁或刺破，同時防止輸送介質從管道內部撐破，待修管道的鋼管起到了保護作用。HDPE 襯管具有隔離輸送介質和待修管道的功能，從而有效地防止介質對管道的腐蝕。

圖1 短管內襯施工示意圖

3.工序流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

施工前準備的主要內容包含：圍擋及標識標牌的設立、防汛應急物資的準備等。（1）圍擋及標識標牌的設立。圍擋及標識標牌的設立按標準化施工要求設立。（2）應急物資的配備。開工前，除了準備好下井作業人員的氧氣瓶、面罩、防護服等防護用具外，還需準備好應急救援人員，應急氧氣瓶、藥品等物品。

3.2.2 污水導流

首先，為了確保安全，對施工段的上下游進行圍堵截水處理。為了封堵施工區域，采用了上下游各一處氣囊封堵的方法。然而，由于管線目前正在運營階段，封堵后會增加上游的水壓力。因此，必須使用潛水封堵的方式來處理主管線，以避免封堵破裂，給施工人員的生命安全帶來隱患。其次，封堵井段的抽排水。在確認管道封堵好后，使用污水泵將檢查井內污水抽排至井底淤泥位置。將井段內的污水排至下游檢查井內。位于市政道路路口的檢查井無法采用泥漿泵抽排的采用吸污車直接抽取運走。第三，封堵井段上游導排水。因管道封堵造成上游水位增高的，采取導排措施，將上游污水排至下游檢查井內。導排水現場配備（80WQ40-15-4）型和（100WQ100-15-7.5）型污水泵各2 臺，配備45KW 發電機一臺，根據上游來水量選擇污水泵規格和數量。

3.2.3 管道清疏

為了實現管道的暢通，高壓清洗車是一種可行的選擇。其工作原理與人工打撈不同。進行操作時，需將高壓清洗車帶伸入上游，仔細檢查井底部，并將噴水口精準對準管道流水方向，以噴水方式對管道進行徹底清洗。由于沖洗時水流沖擊管壁表面，會使管內產生一定壓力和沖擊力，因此要注意保持水管暢通。在污水管道下游的檢查井中，對沖出的淤泥進行了有效的吸附處理，以清除其污染。

其次，可將圓形鋼絲繩固定于鋼絲刷上，其直徑可達管道內徑的1 至2cm。用鋼繩將鋼絲拉緊成一個圓環。通過利用卷揚機的牽引力，將鋼絲刷在管道內反復拖動，直至觀察管道內壁無異物為止。這一項技術能夠高效地消除管道內的阻塞現象。

3.2.4 CCTV 檢測

在施工過程中，借助管道內窺檢測系統對管道內壁進行監測，可為制定修復方案提供可靠依據。該技術是以圖像分析技術作為基礎，通過對被檢對象表面缺陷特征的觀察、測量與計算來確定其是否存在潛在危害或破壞隱患。對于管道內壁的結垢和腐蝕情況，我們可以進行直觀的檢查、比較和記錄，以便進行清洗和修復前后的比較。同時還可根據需要對管壁上存在的缺陷部位實施標記，以方便后續作業人員觀察并處理。為管道施工的質量評估提供可靠的依據，以確保施工過程的高質量。

3.2.5 PE 管的焊接工藝

（1）對于聚乙烯管道的連接，有三種常見的方式可供選擇，包括熱熔對接、電熔和機械連接。本項目所采用的連接方式為熱熔技術，以實現對接。

（2）為方便管道長度控制、運輸、施工等因素考慮，采用1m 長Φ500PE 短管。

（3）采用 630 型熱熔對接焊機進行PE 管道連接，設定加熱板溫度至200～220℃。

（4）為確保焊接管材與機架中心線處于同一高度且便于移動，需備足足夠的支撐材料。

（5）將銑刀置于容器中，啟動銑刀電源開關，隨后將管材兩端合并，施加適宜的壓力，直至兩端連續產生切屑，最后松開壓力。此時在銑出的表面上有許多明顯的小溝槽。稍等片刻，將活動架移開，同時切斷銑刀的電源。切屑厚度要在0.5mm 左右，切屑厚度可以通過銑刀片高度的調整來進行調整。

（6）將銑刀取出，將兩個管端合攏，仔細檢查它們的對齊情況。在加工完成后，將其與銑頭連接固定好，并使兩管件處于同一平面上。管材兩端錯位量不能大于壁厚的10%.如果大于，可以通過管材直線度調整及松緊卡瓦等手段進行改進；管材兩端之間的間隙也不能大于壁厚10%，否則應再銑削一次，直到達到以上要求。

（7）在進行焊接之前，務必對加熱板的溫度進行仔細檢查，以確保其已達到預設值。一旦溫度達到設定值，將其置于機架內，施加規定的壓力，直至兩側最小卷邊達到規定值（0.1×管材壁厚+0.5）mm，方可使用。

（8）將物體所受的壓力降至與接觸物體接觸的程度，并在規定時間內持續進行加熱。如果要進行下一次工作，則需要在退壓之后再對其重新加壓。當時間到達時，請將活動架移開，迅速取出加熱板，并將兩管端合攏。在合攏兩個管端的過程中，應盡可能縮短時間間隔，同時確保切換時間不會超過最大限度。

（9）將壓力提升至規定的熔接壓力，并維持一定的保壓時間，等待自然冷卻后，進行卸壓操作并松開卡瓦，最終將連接完成的管材取出。

3.2.6 將管道進行分段穿插

首先，運用等徑壓縮技術，將高密度聚乙烯管道緩慢地通過縮徑裝置拖入管道內。縮徑機的進給速率略低于其牽引速率。其次，根據不同規格的管材，選擇合適的牽引機型號。機械式牽引機的每分鐘牽引速度應控制在5 米至10 米之間，以確保操作效率；對于液壓式牽引機而言，其每分鐘的牽引速度應當控制在3 至8 米之間。由于機械結構和液壓系統復雜多樣，所以選擇合適的驅動方式是非常關鍵的。其次，需運用堅固、簡練、便捷的固定方式，將牽引機與管線緊密相連。

3.2.7 進行水泥砂漿的灌注處理

為了增強HDPE 管內襯的強度，填充內襯與原管之間的空隙時采用了水泥砂漿灌注技術。該工藝可以使管道保持較高的剛性和抗彎拉能力。根據工程管線的實際長度，自管線末端起，每隔約20 米開設一處小孔，以供加料或排氣孔之用。將需要進行灌漿處理的管材放入到鋼管和水泥砂漿管內，然后用螺旋輸送機將混凝土灌入其中。在進行HDPE 管道灌注之前，需要施加壓力至0.2Mpa，以確保施工段管道不會因外力影響而發生塌陷。將注入管道內且固化后的水泥砂漿通過鋼管上的孔灌入管壁內部，使之密實。所用水泥標號425，配比1:1。通過對水泥漿性能和施工工藝研究后，選擇了合適的攪拌設備和工藝參數。根據管道長度的不同，推算出水泥砂漿的用量，并進行比例調整。通過對現場環境和設備條件的分析，確定了水泥漿的最佳配合比。將經過精心配比的水泥砂漿注入專用的“砂漿泵-UB3”灌注設備中，并與加料口緊密相連。通過控制砂漿泵的壓力來改變砂漿注入量。在施加0.2Mpa的砂漿泵壓力后，將水泥砂漿注入管道的縫隙之中。當水泥漿液從進料口向出料口處流動時，會出現排氣口處無砂漿流出或流完了卻又流不出去的情況。當排氣孔出現砂漿溢出時，表明該段管的縫隙已經被充分填充完畢。此時用工具刮除管內殘留的砂漿及多余混凝土。經過48 小時的縫隙凝固，水泥砂漿即將進入下一個工序。

3.2.8 進行閉水實驗以驗證管道的穩定性

管道閉水試驗將在施工完畢后展開。在相鄰兩管之間放置一個隔板，把兩個管段夾在中間。首先把管段隔開的長度通常不超過1km。在試驗裝置上設置壓力表和溫度計，記錄每一段管道的壓力值、溫度值以及滲漏點位置。接下來，對每個分段的管道進行分段實驗。在每一測試周期內測得每根試管中水流速度和壓力變化曲線。需要對試驗管段的兩端實施封閉措施，并向管道內注入足量的水，待水充滿后，需進行至少24 小時的浸泡處理。當管道處于完全密閉狀態時，可以通過測量管內壓力來判斷是否達到了設計要求。在確定水頭后，開始進行計時和觀測，觀測時間應不少于30 分鐘。在進行管道閉水試驗時，必須對管道進行全面檢查，以確保不存在任何漏水現象[2]。

3.2.9 現場清理

施工完成后，清理現場，拆除施工圍擋恢復道路通行。

4.環保措施

（1）垃圾處理：施工現場會產生大量的廢棄材料和垃圾。為確保環境干凈整潔，我們將配備足夠的垃圾箱，并定期清理施工現場的廢棄物。我們會嚴格執行垃圾分類政策，將可回收物和有害物質進行正確的處理和處置。

（2）水資源保護：施工期間會有一定數量的廢水產生，為了減少對周圍水源的污染，我們將采取有效的措施來處理廢水。我們將使用合格的過濾系統和凈化設備對廢水進行處理，確保排放的廢水符合環保標準。

（3）空氣污染控制：施工過程中可能會產生粉塵和有害氣體。為了減少對空氣質量的影響，我們將采取措施來控制粉塵的產生和擴散。例如，使用噴灑水霧來減少揚塵，使用工地隔離簾來限制粉塵向周圍環境擴散。

（4）噪音控制：施工現場常常會產生噪音，為了減少對周圍居民的影響，我們將采取噪音控制措施。例如，在施工現場周圍設置圍擋和隔音墻，使用低噪音設備進行施工作業，以減少噪音的產生和傳播。

（5）合理安排施工，盡可能使用低 噪音設備，對特殊設備采取降噪消音措施[3]。

5.效益分析

（1）廣州市白云區同德圍片區配套公共管網工程施工過程中，采用原有老舊管道PE 管內襯施工工法代替設計開挖原狀替換施工工法，安全有效的完成了市政管道修復的施工任務，減少了土方工程的工程量，大大提高了施工效率，節省了施工成本，縮短了施工工期，共節省成本：

①土方開挖回填施工：

開挖：1.5＊3＊200＊11.8/10000=1.06 萬元。

回填石屑1.5＊3＊200＊246/10000=22.14 萬元。

節省費用1.06+22.14=23.20 萬元。

②排水管管材節省20 萬元。

③基坑支護：

型鋼支護48.131＊5＊3.125＊200＊2＊0.63/10000=18.95 萬元

節省費用18.95 萬元。

綜上對比可知：PE 管內襯施工工法可節約23.20+20+18.95=62.15 萬元，節約了施工成本。同時比原狀管道施工提前7 天施工完成，大大提高施工效率，為市政老舊排水管道修復施工提供了寶貴的經驗，具有推廣應用價值。

（2）廣州市白云區沙龍村、朗頭村、大石崗村污水管網工程施工過程中，采用原有老舊管道PE 管內襯施工工法代替設計開挖原狀替換施工工法，安全有效的完成了市政管道修復的施工任務，減少了土方工程的工程量，大大提高了施工效率，節省了施工成本，縮短了施工工期，共節省成本：

①土方開挖回填施工：

開挖：1.5＊3＊100＊11.8/10000=0.53 萬元。

回填石屑1.5＊3＊100＊246/10000=11.07 萬元。

節省費用0.53+11.07=11.6 萬元。

②排水管管材節省10 萬元。

③基坑支護：

型鋼支護48.131＊5＊3.125＊100＊2＊0.63/10000=9.4 75 萬元

節省費用9.475 萬元。

綜上對比可知：PE 管內襯施工工法可節約11.6+10+9.475=31.075 萬元，節約了施工成本。同時比原狀管道施工提前7 天施工完成，大大提高施工效率，為市政老舊排水管道修復施工提供了寶貴的經驗，具有推廣應用價值。

結語：

綜上所述，隨著城市化建設進程的加快，地面以上各種建筑物的大規模建設，各種地下管線的交錯建設，城市地下排水管線老化、破損問題日益明顯，更新修復需求越來越大，開挖替管施工過程中造成的其他管線破損、交通堵塞、揚塵等社會問題深受周圍居民的反感。通過工程實踐證明，采用PE 內襯施工工法的實踐，可以高效、綠色、環保的完成地下管線的修復，減少對周邊環境的影響，維護了城市的美好形象。