非開挖技術(shù)在排水管道修復(fù)中的應(yīng)用

莊奇翼

（永建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

1 項(xiàng)目現(xiàn)狀分析及存在的問題

本次設(shè)計(jì)范圍包括高新區(qū)內(nèi)27 條市政道路，污水管道總長(zhǎng)37 359.10m，污水檢查井1 335 個(gè)。檢測(cè)報(bào)告共計(jì)1 792 個(gè)結(jié)構(gòu)性缺陷、226 個(gè)功能性缺陷，合計(jì)2 018 個(gè)缺陷。缺陷情況見表1。

表1 管道結(jié)構(gòu)性狀況

2 管道修復(fù)原則

（1）根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和業(yè)主方要求，本方案僅對(duì)管道二、三、四級(jí)缺陷進(jìn)行修復(fù)。（2）管道損毀長(zhǎng)度較短或埋深較淺的，原則上采用開挖更換新管道。（3）橫穿機(jī)動(dòng)車道管存在缺陷的，原則上優(yōu)先采用非開挖工藝進(jìn)行修復(fù)。（4）管道損毀長(zhǎng)度較長(zhǎng)或開挖有困難地段，原則上采用非開挖工藝進(jìn)行修復(fù)。（5）管道功能性缺陷如沉積、障礙、殘墻、結(jié)垢等，采用機(jī)械清通；樹根采用機(jī)械清通，破損點(diǎn)采用局部點(diǎn)樹脂固化加固。（6）管道結(jié)構(gòu)性缺陷根據(jù)缺陷長(zhǎng)度和缺陷等級(jí)視情況采用原位固化內(nèi)襯CIPP、局部點(diǎn)樹脂固化法、短管置換、開挖修復(fù)等工藝，具體實(shí)施方案結(jié)合工藝特點(diǎn)和管道現(xiàn)場(chǎng)施工條件確定。

3 管道修復(fù)方式

根據(jù)管道缺陷情況和管道承載能力，管道修復(fù)方法一般分為開挖修復(fù)方式和非開挖修復(fù)方式。開挖修復(fù)方式即使用挖掘機(jī)械開挖溝槽，在管道安裝、修復(fù)或置換完成后再回填溝槽。開挖修復(fù)方式施工的優(yōu)點(diǎn)是施工相對(duì)便捷、操作直觀，但需要破除現(xiàn)狀路面，對(duì)路面結(jié)構(gòu)有一定的損壞，在一定程度上影響道路的使用壽命；同時(shí)，開挖修復(fù)方式施工時(shí)需要占據(jù)多幅路面，甚至阻斷道路正常通行、施工工期長(zhǎng)，對(duì)附近的交通、臨街的商業(yè)活動(dòng)、居民出行造成較大影響。因此，開挖修復(fù)方式適用于人口密度不高、施工現(xiàn)場(chǎng)較為寬敞、對(duì)交通影響較小的場(chǎng)所。非開挖修復(fù)方式避免了開挖修復(fù)方式影響路面、影響交通的缺點(diǎn)，但是，操作沒有開挖修復(fù)直觀，需要管線探測(cè)等相關(guān)機(jī)器的輔助，對(duì)操作人員水平要求更高。常見的非開挖修復(fù)方式有以下幾種：

3.1 原位固化法

原位固化法按照軟管進(jìn)入原有管道的方式不同可分為翻轉(zhuǎn)式和拉入式兩種工藝。軟管的固化工藝目前包括熱水固化法、蒸汽固化法和紫外光固化法。水翻轉(zhuǎn)——熱固化法是采用樹脂加熱固化的原理，在不用對(duì)修復(fù)管道進(jìn)行開挖的情況下，將未成型樹脂軟管利用水壓或氣壓翻轉(zhuǎn)至管道內(nèi)部，然后對(duì)管道內(nèi)部熱水或蒸汽加熱，使樹脂在管道內(nèi)部固化，在原有破損管道內(nèi)部形成新的“管中管”的一種新興、高效的管道修復(fù)工藝，適用于管徑150～2 200mm 的排水管道、檢查井井壁和拱圈開裂的局部和整體修理。拉入式原位固化法常見的有紫外光固化修復(fù)法。紫外光固化修復(fù)法是玻璃纖維軟管內(nèi)襯修復(fù)工藝，同樣采用翻轉(zhuǎn)方式將預(yù)制好的軟管襯入管道后固化，材料采用玻璃纖維樹脂，并利用紫外光加熱固化。紫外光加熱固化宜滿足下列條件：管徑小于600mm 的排水管道；管道結(jié)構(gòu)性缺陷呈現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏和腐蝕，且接口錯(cuò)位不大于直徑的15%；管道結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定；管道線形無明顯變化；管道壁體堅(jiān)實(shí)不酥化。紫外光加熱固化不適用于管道基礎(chǔ)斷裂、管道坍塌、管道脫節(jié)口呈倒載式狀、管道接口嚴(yán)重錯(cuò)位、管道線形嚴(yán)重變形等結(jié)構(gòu)性缺陷損壞的修理。

3.2 點(diǎn)狀原位固化法

采用原位固化法對(duì)管道進(jìn)行局部修復(fù)的方法也稱局部?jī)?nèi)襯修復(fù)工藝。樹脂固化內(nèi)襯局部修復(fù)法是與原位固化法翻轉(zhuǎn)整體內(nèi)襯相似的一種技術(shù)，其原理是將含有促進(jìn)劑的特種樹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，然后放入待修復(fù)的管道，定位后充氣，以便含有樹脂的纖維材料緊緊地貼在管壁上，最后采用常溫固化方式使樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成玻璃纖維增強(qiáng)塑料。此方法適用于管徑 200～1 500mm的排水管道，同時(shí)，每個(gè)病害點(diǎn)的長(zhǎng)度不宜超過10cm。點(diǎn)狀原位固化法主要工藝流程如下：首先，將待修復(fù)的管道上下緊鄰關(guān)口及前一段排水管關(guān)口分別用堵水氣囊（即上、下游各個(gè)堵水氣囊）堵住，然后對(duì)管道進(jìn)行清淤。其次，用合適的樹脂浸透氈筒繞于氣囊上，在CCTV 機(jī)器人的引導(dǎo)下到達(dá)要修復(fù)的地點(diǎn)，向氣囊充空氣、蒸氣或水，使氈筒和補(bǔ)丁被壓覆在管道上，保持壓力待樹脂固化，氣囊泄壓縮小并拉出管道。最后，用CCTV 機(jī)器人進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)。

3.3 不銹鋼內(nèi)襯修復(fù)

不銹鋼內(nèi)襯修復(fù)也稱不銹鋼快速鎖修復(fù)。小型管道局部修復(fù)專用系統(tǒng)是由沖壓加工成型的高品質(zhì)不銹鋼套環(huán)、專用鎖緊機(jī)構(gòu)和橡膠圈3 部分組成，相較于其他局部修復(fù)工藝，可用于任何材質(zhì)的排水管道和一定壓力的給水管道的局部修復(fù)，修復(fù)過程無須斷水，操作簡(jiǎn)單、可靠高效。此外，對(duì)于缺陷沿管道軸向方向長(zhǎng)度較大時(shí)，可將若干個(gè)連續(xù)搭接安裝，實(shí)現(xiàn)修復(fù)，理論上可無限延長(zhǎng)。適用管徑：DN150～DN700mm。大直徑管道局部修復(fù)是由數(shù)控加工的高品質(zhì)不銹鋼環(huán)片、專用鎖緊螺栓和橡膠圈3 部分組成。管道修復(fù)施工時(shí)，工人進(jìn)入待修復(fù)管道部位，先將不銹鋼環(huán)片預(yù)拼裝成比管道內(nèi)徑略小的套環(huán)，后將EPDM橡膠圈套在套環(huán)外面，然后將套環(huán)正確放置在擬修復(fù)部位并采用專用安裝工具將快速鎖套環(huán)撐開張緊，使套環(huán)和橡膠圈與管壁緊密、無縫貼合后將專用鎖緊螺栓鎖死，完成對(duì)管道的局部修復(fù)。相比于其他局部修復(fù)工藝，可適用于任何材質(zhì)的排水管道和一定壓力供水管道的局部修復(fù)。根據(jù)直徑的不同，通常由2～3 片不銹鋼管片組成，修復(fù)過程操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)可靠、效率高。此外，對(duì)于缺陷沿管道軸向方向長(zhǎng)度較大時(shí)，可將若干個(gè)連續(xù)搭接安裝，理論上可無限延長(zhǎng)。適用管徑：DN600～DN1800mm。不銹鋼快速鎖修復(fù)有采用氣囊安裝和人工安裝兩種方式，主要工藝流程如下：

（1）采用氣囊安裝的不銹鋼快速鎖應(yīng)按下列步驟操作：在地表將不銹套筒和橡膠套預(yù)先套好，并檢查鎖緊裝置可正常工作；分別在始發(fā)井和接收井各安裝一個(gè)卷揚(yáng)機(jī)，將快鎖固定在帶輪子的專用氣囊上，然后在CCTV 或QV 的輔助下將氣囊牽拉至待修復(fù)位置；在CCTV 或QV 設(shè)備的監(jiān)控下，緩慢向氣囊內(nèi)充氣，使不銹鋼快速鎖緩慢擴(kuò)展開并緊貼原有管道內(nèi)壁，氣囊壓力宜控制在3.5～4.0bar；確認(rèn)不銹鋼快速鎖完全脹開后將氣囊壓力卸掉并收回。（2）采用人工方式安裝的不銹鋼快速鎖應(yīng)按下列步驟操作：將不銹鋼環(huán)片、橡膠等從檢查井下入并送到待修復(fù)位置；到達(dá)待修復(fù)位置后，先將不銹鋼環(huán)片拼裝成小直徑套筒，再將橡膠套套在不銹鋼套上，安裝時(shí)橡膠套迎水邊坡朝來水方向；將裝好的不銹鋼快速鎖安放到待修復(fù)位置，用專用擴(kuò)張器對(duì)不銹鋼套筒進(jìn)行擴(kuò)張，待擴(kuò)張到橡膠套密封臺(tái)基本貼近管壁時(shí)，使用擴(kuò)張器上的輔助擴(kuò)張絲桿緩慢擴(kuò)張，在擴(kuò)張過程中可用橡膠錘環(huán)向振擊快速鎖，確認(rèn)各個(gè)部位與原管壁緊貼合后將緊固螺栓鎖死，完成安裝。特別注意，需要人工井下作業(yè)時(shí)，必須保證井內(nèi)通風(fēng)、持續(xù)測(cè)量井內(nèi)氣體含量，確保作業(yè)環(huán)境安全；同時(shí)，應(yīng)保證充分的照明，井下作業(yè)照明不宜小于50lx。

3.4 墊襯法工藝

墊襯法工藝是指用速格墊材料預(yù)制成與修復(fù)管道相配套的內(nèi)襯墊結(jié)構(gòu)，用機(jī)械設(shè)備牽引入清理干凈的管道內(nèi)，向內(nèi)襯注水或充氣，利用水壓或氣壓將內(nèi)襯熱撐起，形成管狀結(jié)構(gòu)。速格墊與原管內(nèi)壁間的空隙進(jìn)行填充灌漿，灌漿料采用與之配套的漿料。灌漿料固化后，速格墊便通過錨固件與灌漿料形成一個(gè)整體，在管內(nèi)形成新的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)層，達(dá)到對(duì)原管道的修復(fù)作用。墊襯法施工工藝如下：布置施工用地，材料進(jìn)場(chǎng)、安置施工用水用電等設(shè)施設(shè)備；對(duì)管道內(nèi)泥砂等雜質(zhì)進(jìn)行清理；缺陷預(yù)處理：管道結(jié)構(gòu)不滿足相關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)先采用相應(yīng)的方法對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理后，再進(jìn)行墊襯法施工；管道基層經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)較大空洞，存在不穩(wěn)定等隱患時(shí)，應(yīng)對(duì)基層土體進(jìn)行固化加固處理，管道結(jié)構(gòu)安全時(shí)，管內(nèi)缺陷不影響墊襯法施工、或墊襯法施工后可對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)的，可不作處理；管道結(jié)構(gòu)安全時(shí)，管內(nèi)缺陷影響墊襯法施工，應(yīng)進(jìn)行處理，對(duì)脫節(jié)、破裂、滲漏等可作局部脂固化法進(jìn)行修復(fù)，大管徑可人工進(jìn)行修復(fù)。

4 修復(fù)方式選擇

按照管道修復(fù)原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，本工程對(duì)管道缺陷采用的修復(fù)方式見表2 和表3。

表2 結(jié)構(gòu)性狀況修復(fù)方式

表3 功能性狀況修復(fù)方式

據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有管道非開挖修復(fù)材料及工藝種類繁多，不同廠家生產(chǎn)工藝略有不同，造成同一種修復(fù)方式的修復(fù)效果存在差異問題。在實(shí)際工程應(yīng)用中選擇非開挖管道修復(fù)方式時(shí)，應(yīng)在遵守非開挖技術(shù)指南和相關(guān)國家規(guī)范的同時(shí)，考慮修復(fù)材料的實(shí)際材質(zhì)和適用條件，參考以往該工藝在管道修復(fù)工程中的恢復(fù)、運(yùn)行情況，慎重選擇修復(fù)方式。本工程已竣工驗(yàn)收，根據(jù)竣工驗(yàn)收情況，本次設(shè)計(jì)采用的非開挖修復(fù)方式修復(fù)后的管道運(yùn)行效果較好，質(zhì)量符合驗(yàn)收規(guī)范。