給排水管道的非開挖修復技術

楊 墨 周 航 郝學凱 田 俊 胡駿嵩

(1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010； 2.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430023)

給排水管道的非開挖修復技術

楊 墨1周 航1郝學凱2田 俊1胡駿嵩1

(1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010； 2.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430023)

指出在經濟與環保要求日益激烈的影響下，給排水管道的非開挖修復技術得到了廣泛應用，介紹了管道非開挖修復技術的主要方法，從管理體制、技術水平、人員素質方面分析了該技術在推行過程中存在的問題，并對其今后的發展方向進行了展望。

給排水管道，非開挖修復，污水

隨著我國城市發展和城鎮化進程的不斷推進，城市的地下管線系統日趨復雜。由于年久失修或地質不均勻沉降等原因，給排水管網有了不同程度的銹蝕與損壞。但由于市政管理混亂，給排水系統、燃氣系統、光纖系統等各種管線的敷設錯綜復雜；加上繁華地段對環境和交通的要求較高，都給挖開路面進行管網修復的工作帶來了難度，于是采用非開挖方法進行管道修復的技術應運而生。與開挖施工技術相比，非開挖施工技術具有不影響交通、不破壞環境、施工周期短、施工安全性好、社會效益顯著等特點，適用于各類無法或不宜進行開挖作業的地區。

1 管道非開挖修復技術

考慮到施工費用，對地面交通、周圍環境及地下管線影響等諸多因素，除管道嚴重錯口或下沉等必須開挖重埋的情況外，管道修復一般均為非開挖技術。

非開挖修復技術目前就修復特性主要可分為以下幾大類。

1.1 涂層內襯法

涂層內襯法，即為使噴涂材料在原管內形成加固層的方法。修復前，需要將管道封堵并清洗干凈，并由攜帶CCTV的機器人進入管道，確保原管內壁干燥且無殘留物。然后通過旋轉噴頭或人工方法，將水泥砂漿、環氧樹脂、環氧玻璃鱗片等材料依照合理的順序在原管內進行噴涂。一般環氧樹脂的噴涂厚度為1 mm，而水泥砂漿的噴涂厚度為4 mm。若應用于給水管道的修復，考慮到對水質的保證，須對噴涂材料進行謹慎選擇。該方法的優點：1)尤其適用于小管徑管道，并可提高其過流能力；2)適用于長距離施工；3)工作坑面積小；4)可適應管道斷面的變化；5)無需在支管連接處開口。該方法的缺點：1)施工速度慢；2)對原管道的修復能力有限。

1.2 翻轉內襯法

翻轉內襯法，又稱CIPP法(Cured In Place Pipe，原位固化法)。修復前，也需要將管道封堵并用高壓水清洗干凈，然后由攜帶CCTV的機器人進入管道了解其破損情況，填堵內壁漏水點。然后將粘合劑與固化劑拌勻，并調整好固化時間初凝為3 h，終凝為12 h[1]。接下來將高強防滲纖維軟管單面飽和浸漬環氧樹脂，利用水壓或氣壓將其全部翻轉至原管內，直至軟管膨脹延伸并緊貼原管管壁。之后采用循環加熱的原理使軟管固化，冷卻后將連接處處理好，即在舊管道里形成一條光滑的高強新管。

該方法的優點：1)施工速度快：從材料加工、現場準備，到翻轉、加熱、固化，僅需15 h左右時間；2)無需灌漿；3)可適應管道斷面的變化，能應用于蛋形、矩形、馬蹄形等各種復雜管段；4)可適應大角度彎管；5)新管道的厚度可根據原管的受損程度及過流要求進行適當調節；6)工作坑面積小，開挖量極少；7)不受土質條件的限制；8)新管道整體性好，防腐、耐壓效果顯著；9)新管道為非剛性材料，故管道修復后仍允許一定程度的不均勻沉降[2]；10)雖然管道面積會減小約10%，但摩阻系數變小，且輸送壓力可提高3%～5%，故過流能力可提高10%左右[3]；11)適用于長距離施工。該方法的缺點：1)施工技術水平要求高；2)對支管接口處理要求較高；3)樹脂的選擇范圍較為狹小；4)施工時水流要更換線路；5)環境、氣溫對固化影響較大。

1.3 拉入襯裝法

拉入襯裝法，即將新的HDPE管拉入原管道的方法。首先將HDPE管焊接，然后在其前段裝錐形擴孔頭來克服管道被牽引時的阻力，同時加裝保護圈防止其被劃傷。接下來用卷揚機將HDPE管道拉入原有管道。由于新管道比原管道內徑稍小，故用水泥砂漿灌注二者間縫隙，以起固定作用。雖然拉入PE管后過流斷面面積會縮小，但新管道的摩阻系數也會變小，綜合考慮兩者的作用，管道的過流能力會下降5%～30%。該方法的優點：1)施工速度快；2)施工技術水平要求較低；3)可適應大角度彎管；4)適用于管徑在100 mm～2 000 mm的管道，適用范圍廣；5)內襯管與原管道整體性好，可避免原管繼續錯位、滲漏、沉降[4]。該方法的缺點：1)成本較高；2)管道斷面減少10%～30%，減少量較大；3)只能在支管連接處選擇工作坑位置;4)施工時水流要更換線路。

1.4 無縫襯裝法

無縫襯裝法，即將管徑不小于原管徑的HDPE管穿插進原管道的技術。首先借助機械將HDPE管的直徑縮小，然后外加牽引力將其拉入原管道，最后注入高溫高壓介質或使其自行恢復原管徑。此時新舊兩管結合緊密，無需灌漿。由于HDPE管會發生形變，故要求其有一定的熱塑性。在襯管安裝完成后加裝其他配件時，應環向均勻用力，避免襯管因受力不均勻而受到破壞；另外，管道配件間距最好在200 m～240 m范圍內，如管道配件過多也不宜采用該技術[5]。該法與拉入襯裝法的區別在于，在將新管拖入舊管前，要進行縮徑處理。根據處理方法的不同，可將該方法再細分為均勻縮徑法與U形穿管法[1]。1)均勻縮徑法。在壁厚維持恒定的情況下，先將HDPE管均勻拉長，減小其管徑至原管的75%～85%，進入原管后使其復原即可。完成擠壓后HDPE管會瞬間回彈原管徑的1%～2%，此后的回彈速度將十分緩慢。但高溫會加速HDPE管的恢復，整個過程約為2 d～7 d；若因工程需要，可采用2.5 MPa左右的水壓加速恢復進程。2)U形穿管法(疊管法)。先通過專業設備將管道橫截面壓為“U”形，減小其面積至原來的70%左右，然后捆扎定型，拉入原管后再使其復原。由于變形較大，復原時一般需要借助高溫水、高壓水或高壓蒸汽。使用該方法時應考慮地下水的影響，在原管道與內襯HDPE管的夾層中安裝排水排氣裝置，防止因氣水滲入產生的壓力使有記憶性的HDPE管道恢復U形，影響襯管與原管的貼合；同時應注意，在始運行階段應逐步提升壓力與流量，避免夾層中壓力激增而破壞襯管[6]。該方法的優點：1)施工速度快，為23 d/km，優于傳統開挖修復的35 d/km[7]；2)無需灌漿；3)雖然管道斷面減少5%～15%，但摩阻系數變小會提高過流能力；4)新管道兼具了原管道抗沖擊、承壓力與襯管耐腐蝕、耐磨損、不結垢的優點；5)開挖量少；6)費用低，約為傳統開挖的55%[7]。該方法的缺點：1)只能修復較直的管線；2)對施工技術水平和機械要求較高；3)只能在支管連接處選擇工作坑位置；4)施工設備需要較大的存放空間；5)施工時水流要更換線路；6)襯管毀壞后水會沿夾層流動，損壞點難被發現，維修困難[7]。

1.5 螺旋管內襯法

螺旋管內襯法，即用制管機把PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等材料的帶狀管在井內繞制成有固定口徑的螺旋管后拉入原管的方法。型材兩邊各有公母鎖扣，可在螺旋纏繞中互鎖，在原管中型材連續無縫的結構性新管[8]，具體可分為4種：1)膨脹螺旋管[9]。進入原管的螺旋管會自發膨脹后與原管緊密貼合，無需注漿。2)鋼帶螺旋管[9]。外表面布滿鋼制T型肋板以提高結構剛度，新舊兩管之間需灌注水泥砂漿。3)前置螺旋管[9]。管道頭部在前，可繞制矩形管，新舊兩管之間也需要灌注水泥砂漿。4)PVC-U雙平壁纏繞管[10]。方孔、雙壁封閉式機構的基材提高了螺旋管的環剛度，迷宮式封閉理論的應用于優質粘合劑提高了螺旋管的抗滲性。新舊兩管之間需要灌注水泥砂漿。螺旋纏繞結構賦予管道軸線方向的仿脊椎體機構，可補償管線因溫度變化和地基不均勻沉降引起的伸縮變形[10]。該方法在水深30%時仍可正常作業，適用于長距離的管道修復，且原管修復后過流能力有所提高，現已發展成為排水管道非開挖修復中一種較為完善的方法。

1.6 國際最新非開挖管道修復技術[11]

隨著材料科學的進步與機械化程度的提高，國外的非開挖技術也在同步高速發展。如Fyfe有限公司研發的TYFO FIBERWRAP修復技術，可為預應力鋼筋折斷處提供全結構修復；PMP公司研發的Amex-10型修復技術可修復管道接頭及管道周圍裂紋；約翰斯頓公司開發的PERMAFORM專利技術可在不斷流的情況下修復井壁；特別是NEOPOXY公司開發的一系列“一步到位”封裝技術，已將各種成分提前精確按配比稱量封裝好，現場只需攪拌均勻即可使用，大大簡化了工人的培訓過程，也提高了工程的質量。這些最新的方法在技術上并沒有太大的突破，很多都是考慮了實際應用中的弊端后將原有的技術進行了改進，對我國非開挖管道修復技術的發展方向有很大的啟發。

2 非開挖管道修復技術存在的問題

雖然非開挖管道修復技術具有較好的綜合性經濟和環境效益，但在推行的過程中仍存在很多問題，具體表現在以下幾個方面。

2.1 缺乏科學的行業管理體制

1)沒有鮮明的政策導向。非開挖管道修復作為一項愈加成熟的技術受到越來越廣泛的關注，但相對較高的直接成本對其發展產生了一定的不利影響。除與施工相關的直接成本外，總成本還包括社會和環境成本，即交通延誤損失、商業損失、環境污染造成的損失等[12]。此時其發展就需要越來越多的政策支持，如采用該技術的施工企業在競標時可獲得一定優先權，政府以減免部分稅收等方式給予一定的財政補貼等。在缺乏優先政策時，很多企業就會在市場的自然競爭機制下選擇當前最為經濟的施工手段，但與可持續發展的大目標背道而馳，不利于實現長遠利益的最大化。2)缺少統一的行業規范。我國的非開挖管道修復技術的發展相對滯后，還沒有制定科學、完整、細致的行業規范。這就使得在非開挖工程的前期設計、中期施工、后期質量檢驗和驗收，以及預算定額編制等重要環節中缺乏有效依據，不僅給企業操作帶來很大難度，而且易造成肆意壓低價格的不良競爭使工程質量難以保證，也使政府的監管陷入困境[13]。而非開挖技術發展較成熟的發達國家，如美國已編制了ASTMF1216-03規范，對我國有一定的借鑒意義。我國相關部門可參照其中的相應內容，結合我國具體國情和經濟發展水平，制定出有利于推動行業發展的規范。

2.2 相關科技水平有待提高

1)材料還未大規模實現國產化。在我國的非開挖修復工程中，大量材料都依賴進口或是引進國外技術在國內生產，一些基料的配方也不具有自主知識產權，這在很大程度上增加了工程的不必要成本。若能通過研發掌握核心材料技術，必將極大降低成本，推動非開挖管道修復事業的發展。2)機電一體化水平有待提高。先進的機械是給排水管道非開挖修復的強力技術保障。而當前我國的實際情況是雖有很多尖端設備，卻不能很好地物盡其用。只有提高機電一體化的水平，使所有的機械作業達到一體化、流程化、規范化的要求，并保障在復雜環境條件下的多工況中順利運行，才能使機械的作用達到新的高度，同時促進非開挖管道修復技術的發展。

2.3 工作人員的素質良莠不齊

無論是現場決策還是操作機器，工作人員的素質均會對施工效果造成不可忽視的影響。但是目前高級建設人才大多從事設計工作，真正參與現場施工的工作人員的素質往往不能達到高水平施工的嚴格要求。為使工程在提高效率、提高材料利用率、延長設備壽命等各方面獲得收益，全面提高工作人員的素質刻不容緩。

2.4 工程項目管理水平有待提高

管道的非開挖修復每一次現場作業都是一項具體工程，需要在工程進度、工程質量、運營成本和投資風險等多方面進行全面控制。當前我國略顯混亂的工程管理現狀在一定程度上制約了管道非開挖修復技術的發展。只有采用科學的體系與方法，提高工程項目管理水平，從全局的角度對工程進行把握，才能提高整體收益。

3 結論及展望

從根本上提高我國的給排水管道非開挖修復技術水平，還需要從上到下的一致努力。首先，國家應設立強有力的主管部門，協調所有地下管線的規劃設計、施工、修復等問題，切實提高地下市政的管理水平；具體到給排水管網的非開挖修復，應給予一定的政策支持，并盡快制定出科學具體的行業規范。其次，整個產業鏈中的企業，都應加大科研投入力度，努力早日實現工程中的材料國產化與機電一體化；也要加強入職后教育與新技術培訓，全面提高工作人員的理論與實踐水平。同時，施工企業自身要多學習總結，并積極與工程項目管理公司尋求合作，提高工程項目管理水平，促進管道非開挖修復技術的發展。

管道非開挖修復技術作為非開挖技術的一個重要分支，以其強有力的經濟及環境優勢和不斷完善的技術，必將在解決現有管道存在的問題方面發揮更加重要作用。

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Trenchless repair technology of water and wastewater pipeline

YANG Mo1ZHOU Hang1HAO Xue-kai2TIAN Jun1HU Jun-song1

(1.CentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China;2.WuhanMunicipalEngineeringDesignandReasearchInstituteCo.,Ltd,Wuhan430023,China)

The paper points out the non-excavation maintenance technique in the water-supply pipeline in the fierce influence of economy and environment protection, introduces the main methods for the non-excavation maintenance technique of pipelines, analyzes some problems in the implementation process of the technique from the management system, the technique and the personnel quality and provides the prospect of the technique in following years.

water-supply and wastewater pipeline, non-excavation maintenance, sewage

1009-6825(2014)11-0124-03

2014-02-02

楊 墨(1987- )，女，助理工程師; 周 航(1987- )，男，助理工程師; 郝學凱(1988- )，男； 田 俊(1989- )，男，助理工程師； 胡駿嵩(1987- )，男，助理工程師

TU990.3

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