水環(huán)境治理管道非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

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［摘要］介紹管道非開挖修復(fù)方法，闡述固化內(nèi)襯、短管及管片內(nèi)襯、螺旋管內(nèi)襯、牽引內(nèi)襯、涂層內(nèi)襯等方法的原理和工藝。結(jié)合九江十里河沿線水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目，對(duì)比不同管道非開挖技術(shù)的適用性，最終選擇熱水固化和紫外光固化法作為非開挖修復(fù)方法，這兩種方法不影響交通、鋪管速度快、效率高、無環(huán)境破壞、不影響人們正常工作生活，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［關(guān)鍵詞］地下工程;管道;水治理;非開挖修復(fù)

1非開挖整體修復(fù)方法的研究

非開挖整體修復(fù)是對(duì)2個(gè)檢查井間的管段進(jìn)行整段加固修復(fù)，對(duì)管道內(nèi)部破裂、變形、滲漏、脫節(jié)、錯(cuò)位、膠圈脫落、異物穿入等進(jìn)行整體修復(fù)，達(dá)到修舊如新的效果。整體修復(fù)包括固化內(nèi)襯、短管及管片內(nèi)襯、螺旋管內(nèi)襯、牽引內(nèi)襯、涂層內(nèi)襯等方法。

1.1固化內(nèi)襯

原位固化法(cured-in-placepile，CIPP)是當(dāng)前使用較廣泛的非開挖管道修復(fù)技術(shù)，將CIPP軟管通過翻轉(zhuǎn)和牽引的方式伸入需要修復(fù)的管道中，利用水壓或氣壓緊貼于管道內(nèi)壁，然后通過熱水、水蒸氣或紫外線CIPP軟管，形成與舊排水管道緊貼的內(nèi)襯層，完成后密封和切割對(duì)應(yīng)內(nèi)襯管端頭。1.2短管及管片內(nèi)襯以待修管道為載體，采用人力或液壓牽引、碰撞連接的方式進(jìn)入舊管道，通過熱塑焊接的方式將短管連接為整體，最后在空隙間注入水泥漿進(jìn)行固定，形成管中管，該修復(fù)方法適用于水流量較低的情況，結(jié)構(gòu)性能得到加強(qiáng)，延長(zhǎng)使用壽命。此方法損失斷面較大，逐漸被新工藝替代。

1.3螺旋管內(nèi)襯

螺旋管內(nèi)襯適用于修復(fù)和更新大口徑污水管，塑料板帶通過放置于井中的制管機(jī)被纏繞成螺旋管，并連續(xù)推入舊管，在管內(nèi)形成新的內(nèi)襯管。施工過程中，破損的原管道往往滲漏嚴(yán)重，難以完全排除地下水，特別是地下水位較高且管道埋深很大的情況下，施工難度更大。螺旋管可在存在30%以下水流的情況下施工，占地面積小，適用于長(zhǎng)距離管道維修，修復(fù)后的管道內(nèi)壁光滑，可提高輸送能力。螺旋管內(nèi)襯施工可隨時(shí)中斷，最大限度減少對(duì)交通的影響。

1.4牽引內(nèi)襯

牽引內(nèi)襯采用牽引機(jī)，將整條塑料管由工作坑或檢查井內(nèi)引入舊管，復(fù)原成新的內(nèi)襯管。按施工技術(shù)分為折疊牽引法、縮徑牽引法、滑襯法、裂管法。常采用折疊管牽引內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)，U形內(nèi)襯HDPE管修復(fù)技術(shù)通過變形設(shè)備將HDPE管壓成U形，并暫時(shí)進(jìn)行捆綁以減小直徑，使用牽引機(jī)將HDPE管穿入舊管道，利用水壓或氣壓打開外徑比舊管道內(nèi)徑略小的HDPE管，使HDPE管脹貼到舊管道內(nèi)壁上，新HDPE管防腐性能與原管道機(jī)械性能合二為一，形成管中管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該技術(shù)衛(wèi)生性能良好、過流斷面損失小、變形適用范圍大且可進(jìn)行長(zhǎng)距離修復(fù)。碎(裂)管法采用碎(裂)管設(shè)備破碎原有管道，清空碎渣后形成管洞，將新管道(同口徑或更大口徑)拉入管洞進(jìn)行更新，碎(裂)管法修復(fù)技術(shù)適用于陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、塑料或鑄鐵管的更新中。

1.5涂層內(nèi)襯

涂層內(nèi)襯可用于管徑(井徑)800～4000mm的水平或垂直結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行噴涂?jī)?nèi)襯修復(fù)。噴涂材料主要是特種水泥砂漿，涂層內(nèi)襯主要用于防腐處理，并不增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，只對(duì)輕微滲漏有一定預(yù)防作用。涂層襯砌對(duì)施工前的堵漏和管道表面處理有嚴(yán)格要求，施工質(zhì)量不易保障。

2工程案例

九江市十里河沿線(7號(hào)調(diào)蓄池—長(zhǎng)虹大道)截污管鋪設(shè)于河道兩側(cè)，管徑為1000～2400mm，河道長(zhǎng)約5km，是水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目的主要河道之一。目前河道存在不同程度的黑臭現(xiàn)象，前期污水管道經(jīng)CCTV檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管道存在破裂、錯(cuò)位、滲漏、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷，管道自身密封性能差，結(jié)構(gòu)完整性喪失，應(yīng)進(jìn)行管道修復(fù)。河道部分穿越九江建成區(qū)，為減小工程影響，采用非開挖管道修復(fù)技術(shù)。

2.1修復(fù)方法選擇

對(duì)主要非開挖修復(fù)技術(shù)的對(duì)比如下:①固化內(nèi)襯管徑范圍為100～2700mm，內(nèi)襯管采用玻璃纖維、針狀毛氈、熱固性樹脂，不需要工作坑，過流能力損失小，施工周期較短，造價(jià)較高;②短管及管片內(nèi)襯管徑范圍100～1000mm，內(nèi)襯管為PE、PVC、玻璃鋼等，需要工作坑，過流能力損失大，施工周期很短，造價(jià)低;③螺旋管內(nèi)襯管徑范圍100～2700mm，內(nèi)襯管為PVC，PE管，不需要工作坑，過流能力較小，施工周期短，造價(jià)適中;④牽引內(nèi)襯管徑＜600mm，內(nèi)襯管為HDPE管，需要工作坑，過流能力損失小，施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)適中;⑤涂層內(nèi)襯管徑≥800mm，內(nèi)襯管為水泥基聚合物、玻璃鋼涂層、水泥砂漿和聚脲，不需要工作坑，過流能力損失很小，施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)較高。根據(jù)管道檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)CJJ181—2012《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》要求，評(píng)估管段結(jié)構(gòu)性和功能性狀況的修復(fù)與養(yǎng)護(hù)狀況，同時(shí)考慮修復(fù)成本和技術(shù)成熟度，提出管道明挖置換新管的方法，其他區(qū)域采用非開挖管道整體修復(fù)方法，整體修復(fù)采用翻轉(zhuǎn)熱水固化和牽引紫外光(UV)固化的CIPP修復(fù)方法(見圖1，2)。施工前編制施工組織設(shè)計(jì)，通過審批后進(jìn)行書面交底并實(shí)施。對(duì)原有管道進(jìn)行預(yù)處理，使原有管道內(nèi)無沉淀物、垃圾及其他障礙物，不應(yīng)有影響施工的技術(shù)和滲水現(xiàn)象，舊管道內(nèi)磨掉尖銳毛刺和凸起，管道內(nèi)使用高壓水槍進(jìn)行清洗。對(duì)地下水位較高、已出現(xiàn)或有滲水征兆的區(qū)域進(jìn)行止水或隔水處理，處理完畢后進(jìn)行CCTV檢測(cè)，檢查結(jié)果作為記錄進(jìn)行保存。熱水固化時(shí)首先檢查軟管，確保干軟管無破損，在室內(nèi)浸漬樹脂時(shí)采取避光和降溫措施。浸漬完成后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過程中避免與硬質(zhì)、尖刺物體發(fā)生碰撞和刮擦。管道運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，通過氣壓將管道翻入原有管道，氣壓壓力控制在使軟管充分?jǐn)U展所需的最小壓力和軟管承受的最大壓力間，翻轉(zhuǎn)過程中使用潤(rùn)滑劑減少翻轉(zhuǎn)阻力，翻轉(zhuǎn)后管道伸出管道末端的長(zhǎng)度宜＞0.5m。翻轉(zhuǎn)完成后使用熱水進(jìn)行固化，熱水從標(biāo)高較低的端口引入，固化溫度均勻升高，除滿足樹脂說明書的要求外，還應(yīng)根據(jù)管段材質(zhì)、周圍土體熱傳導(dǎo)性、環(huán)境溫度、地下水位的情況進(jìn)行調(diào)整，固化完成后進(jìn)行冷卻并將端頭切割整齊。拉入式施工和翻轉(zhuǎn)法施工均須浸漬樹脂。拉人式施工在管道內(nèi)覆蓋＞1/3管道周長(zhǎng)的底部墊膜，應(yīng)用墊膜將軟管平穩(wěn)、緩慢地拉入原有管道，軟管在兩端伸出原有管道1倍的長(zhǎng)度。采用壓縮空氣擴(kuò)展軟管，充氣前檢查軟管接頭的密封性，壓縮空氣壓力能使軟管充分膨脹并緊貼軟管內(nèi)壁，軟管末端設(shè)置調(diào)壓閥，然后使用紫外線燈進(jìn)行固化，根據(jù)軟管管徑和壁厚控制燈的前進(jìn)速度及照度，固化完成后進(jìn)行空氣降壓，最后完成1個(gè)收口并切割端頭。施工結(jié)束后需要對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，原位固化法CIPP內(nèi)襯施工質(zhì)量檢測(cè)包括三點(diǎn)彎曲測(cè)試、拉伸測(cè)試、厚度測(cè)試、密實(shí)性測(cè)試等，現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)應(yīng)在相同施工條件下，每3個(gè)修復(fù)段現(xiàn)場(chǎng)制作1個(gè)樣品管，或按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行取樣，樣品送至第三方進(jìn)行檢測(cè)。修復(fù)后的管道應(yīng)無明顯濕漬，不得出現(xiàn)滴漏、線漏等滲水現(xiàn)象。

2.2熱水固化和紫外光固化的比較

紫外光固化工藝在質(zhì)量控制、成品性能、施工時(shí)間、場(chǎng)地占用、水資源要求等方面有明顯優(yōu)勢(shì);熱水固化能修復(fù)轉(zhuǎn)彎較大的管道，可修復(fù)更大的管徑范圍，壁厚可做到非常厚，以滿足強(qiáng)度需求。熱水固化與紫外光固化的比較如下。①熱水固化適用于150～3000mm的管徑，主要材料為無紡布+樹脂，鍋爐車需移動(dòng)至窨井附近，安裝時(shí)需使用大量水，水源不能太遠(yuǎn);現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)翻轉(zhuǎn)架，需占用窨井口附近區(qū)域;設(shè)計(jì)壽命50年;轉(zhuǎn)彎管可修復(fù)成90°彎頭的管道;成品彎曲強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度分別為31，1724，21MPa;為熱傳遞固化，理論上無厚度限制;每個(gè)工作循環(huán)時(shí)間≥15h，其中固化過程的溫度受控時(shí)間≥10h;工廠加工內(nèi)襯管，現(xiàn)場(chǎng)翻轉(zhuǎn)與固化對(duì)人員專業(yè)水平和熟練度有較高要求;翻轉(zhuǎn)后，樹脂直接接觸舊管，對(duì)既有管線滲漏預(yù)處理有較高要求。②紫外光固化適用管徑為150～1600mm;主要材料為玻璃纖維+樹脂;200m長(zhǎng)電纜延伸范圍內(nèi)均可施工;材料拉入管線，無須用水;采用卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩，無須架設(shè)翻轉(zhuǎn)平臺(tái);設(shè)計(jì)壽命50年;管道轉(zhuǎn)彎角度≤22.5°;成品彎曲強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度分別為45，6500，62MPa;紫外光存在穿透極限，超過一定厚度的內(nèi)襯管可能存在紫外燈照射不透、固化不充分的問題;每個(gè)工作循環(huán)5～6h，固化過程中燈架行進(jìn)速度為0.5～1m/min，固化過程于2h內(nèi)完成;材料充填在德國(guó)工廠完成，省去材料加工環(huán)節(jié);固化現(xiàn)場(chǎng)全程自動(dòng)控制，全程監(jiān)控，減小人為因素導(dǎo)致的質(zhì)量不穩(wěn)定。

3結(jié)語

非開挖管道修復(fù)技術(shù)具有不影響交通、鋪管速度快、效率高、無環(huán)境破壞、不影響人們正常工作生活等優(yōu)點(diǎn)，受到管道建設(shè)和水環(huán)境治理部門的青睞，在我國(guó)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。這項(xiàng)技術(shù)從國(guó)外引進(jìn)，較多設(shè)備和材料需要進(jìn)口，造價(jià)相對(duì)較高，應(yīng)在原有施工方法上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以更加符合我國(guó)國(guó)情，另外須建立和完善相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保障施工質(zhì)量，促進(jìn)該技術(shù)在我國(guó)的健康發(fā)展。

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作者：孔祥利 文韜 樊星 周亞超 單位：中國(guó)建筑第二工程局有限公司