非開挖技術(shù)在供水管網(wǎng)改造及維修中的應(yīng)用

摘要：圍繞建設(shè)繁榮、文明、和諧、宜居首善之區(qū)的目標(biāo)，解放思想、開拓創(chuàng)新，確立實(shí)施“人文北京、科技北京、綠色北京”戰(zhàn)略。近年來，隨著北京市城市化的迅猛發(fā)展，廣大市民對生活質(zhì)量、生活環(huán)境的要求日益提高。北京市的供水事業(yè)起步較早，近年來隨著城市化發(fā)展，部分運(yùn)行時(shí)間較長的供水管線已不能滿足新時(shí)期的供水水質(zhì)、水量、水壓的保障要求。有鑒于此，北京市城市供水管線有計(jì)劃的改造及維修就勢在必行，但是上述的運(yùn)行時(shí)間較長，亟待改造維修的供水管線，由于歷史發(fā)展原因，多處在城市的核心區(qū)域的市政道路，這些區(qū)域市政道路相對較窄，交通流量大，斷路占道明挖施工對城市交通系統(tǒng)影響很大，且地面上的征地拆遷費(fèi)用過高，因此很難實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：非開挖技術(shù)；供水管網(wǎng)；破損；維修。

1、非開挖技術(shù)

1.1非開挖簡介

非開挖技術(shù)是指通過導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)等手段，在地表極小部分開挖的情況下（既入口和出口小面積開挖），敷設(shè)、更換和修復(fù)各種地下管線的施工新技術(shù)。該技術(shù)對地上干擾小，因此有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

采用非開挖技術(shù)進(jìn)行管線施工，可以大大緩解城市地下管線建設(shè)帶來的道路擁堵狀況，加快施工進(jìn)度。在一些無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)鋪設(shè)管線，如穿越公路、鐵路、河流、古跡保護(hù)區(qū)、鬧市區(qū)等方面，非開挖技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，可廣泛用于煤氣、自來水、石油與天然氣等管線工程部門。

1.2非開挖技術(shù)的發(fā)展歷程

我國最早使用的非開挖施工法是頂管法，1953年，北京市在市政工程中首次使用頂管法，此后逐漸推廣到全國。1959年，北京地質(zhì)學(xué)院首次采用水平鉆進(jìn)法穿越剛完工的北京三里河路，鋪設(shè)了三根高壓動(dòng)力電纜，長度為48.5米。從80年代中后期起，現(xiàn)代非開挖技術(shù)開始引入中國。進(jìn)入90年代后，我國現(xiàn)代非開挖技術(shù)的引進(jìn)和開發(fā)應(yīng)用的速度明顯加快，相關(guān)的政府、社會(huì)組織及專業(yè)公司不斷產(chǎn)生，促進(jìn)了非開挖產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。

1.3非開挖技術(shù)的分類

非開挖管線修復(fù)技術(shù)發(fā)展至今日，基本工法已十分成熟，且各種新工法層出不窮，大致可劃分以下幾類：

1.3.1內(nèi)襯管法

又稱穿插（內(nèi)襯）法，是指在舊管道中拖入新管，即將一條新的管徑略小于舊管道的聚乙烯PE管或鋼管拉入到原有舊管道中。也可通過專用設(shè)備將直徑大于或等于原管道管徑的聚乙烯管橫截面壓為“ U ”形拉人管道，就位后，利用加熱或加壓使其恢復(fù)原來的管道形狀，從而與舊管道構(gòu)成緊密配合的符合管道。

1.3.2管內(nèi)壁噴涂法

此法為在管道內(nèi)噴涂一層膜而對舊管道內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)，以達(dá)到避免結(jié)垢、減少輸送阻力、提高輸送能力、增強(qiáng)管內(nèi)防腐、減少管道漏損的目的。根據(jù)噴涂材料的不同，可分為水泥砂漿噴涂和有機(jī)化學(xué)噴涂。

1.3.2管道內(nèi)翻轉(zhuǎn)法

管道內(nèi)翻轉(zhuǎn)是將由聚合物，玻璃纖維布或無紡纖維材料做骨架，浸漬樹脂材料而成，利用水壓、氣壓或卷揚(yáng)機(jī)拉力的作用，將內(nèi)襯材料翻轉(zhuǎn)進(jìn)入管道的內(nèi)壁，并在熱水、氣的作用下，使樹脂固化，形成堅(jiān)硬的內(nèi)壁。

1.3.4爆 （ 碎 ） 管襯裝法

該方法采用氣壓、液壓或是靜拉力來破壞現(xiàn)存的舊管道，并將舊管道碎屑擠入周圍的土層中，同時(shí)拉入新管道。主要適用與新管直徑大於原有管道的翻新。

1.3.5管線定點(diǎn)（修復(fù)）法

此法是針對不同管線各自特點(diǎn)，分析其易損部位，選擇適當(dāng)工藝，對管線局部薄弱點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)修復(fù)或加固處理，恢復(fù)管線原有輸送能力。

2、非開挖技術(shù)在供水管網(wǎng)維修中的應(yīng)用

非開挖技術(shù)在北京市市區(qū)供水管網(wǎng)中的應(yīng)用相對較晚，2000年左右才進(jìn)行了初步嘗試，但發(fā)展速度迅速，截至目前已采用不同非開挖技術(shù)對數(shù)百公里不同口徑的管線進(jìn)行了修復(fù)和加固，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。下文將詳細(xì)列舉幾處典型供水管線修復(fù)案例：

2.1內(nèi)襯管法修復(fù)

對位于城市主干道立交橋下DN600管線進(jìn)行修復(fù)。由于地表重車的反復(fù)碾壓及管線基礎(chǔ)的不均勻沉降，造成管線數(shù)處漏水，對于管線安全運(yùn)行造成極大隱患。此管線位于交通主干道立交橋下，交通流量十分巨大，此處若采用傳統(tǒng)的開槽法維修，將對交通造成極大影響，同時(shí)若開挖溝槽處理不善，甚至可能對立交橋基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，經(jīng)綜合考慮最終決定采用非開挖法進(jìn)行維修。此次采用縮徑內(nèi)襯管法修復(fù)，將一條DN500高密度聚乙烯（HDPE）管道穿入原管道，管道兩端經(jīng)處理以法蘭形式與原金屬管道連接，因新HDPE管道磨阻系數(shù)較原鑄鐵管道大為減小，經(jīng)計(jì)算管道進(jìn)行縮徑后仍可滿足原有通流量要求。

2.2管內(nèi)壁噴涂法修復(fù)

北京市供水管網(wǎng)在役管線中有部分普通灰鑄鐵管及鋼管未進(jìn)行內(nèi)壁處理，致使管線出現(xiàn)不同的程度的結(jié)垢、銹蝕現(xiàn)象，當(dāng)供水條件發(fā)生變化（如停水后恢復(fù)供水或水流方向改變）時(shí)易造成短時(shí)的渾水現(xiàn)象。北京市自來水集團(tuán)為改善供水水質(zhì)、提高輸送能力，2003年起對上述問題管線進(jìn)行內(nèi)壁噴涂工作，現(xiàn)已完成數(shù)百公里不同口徑管線內(nèi)壁噴涂工作。

2.2.1大口徑（直徑大于1000mm）鋼管修復(fù)

大口徑鋼管在城市供水管網(wǎng)的主要起到輸水作用，部分管線已運(yùn)行近二十年，存在一定的內(nèi)壁銹蝕及結(jié)垢，對水質(zhì)安全構(gòu)成較大威脅。但此類管線多數(shù)位于城市主干道，開挖換管或修復(fù)難度極大。因此，確定采用非開挖水泥砂漿噴涂法進(jìn)行內(nèi)襯處理。其施工主要工序包括：安裝臨時(shí)供水管線，保證施工期間用戶正常用水；開挖工作坑（根據(jù)管道敷設(shè)情況及實(shí)際工作需要，一般間隔幾百米）；清潔管道，對管道進(jìn)行除銹、除垢處理；用砂漿噴涂機(jī)在管壁上均勻噴射水泥沙漿襯里（局部彎頭及上下折點(diǎn)處采用人工涂抹方式處理）；養(yǎng)護(hù)水泥砂漿襯里，完成后對管道進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)；管道沖洗消毒，化驗(yàn)合格后與原有系統(tǒng)連接恢復(fù)供水。

2.2.2小口徑（直徑小于200mm）管線修復(fù)

小口徑管道材質(zhì)主要為普通灰鑄鐵管和老鍍鋅管，此類管線多數(shù)位于居住小區(qū)、平房區(qū)內(nèi)，主要承擔(dān)著向用戶配水的功能，與無內(nèi)襯鋼管相似，內(nèi)壁同樣存在腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象，且此類管線直接向用戶供水，一旦水質(zhì)發(fā)生變化，將直接影響用戶的正常用水。此類管線修復(fù)，若采用傳統(tǒng)大開挖方式進(jìn)行，協(xié)調(diào)、賠償問題解決難度較大。最終北京市自來水集團(tuán)引進(jìn)了“旋風(fēng)”內(nèi)壁噴涂技術(shù)，需首先將管道斷開，只是由于其口徑較小，各種施工機(jī)械無法進(jìn)入，只能采用旋轉(zhuǎn)高壓氣體攜帶粒狀石英砂打磨內(nèi)壁結(jié)垢，管道露出原有金屬光澤后，用高壓氣體及高壓水對管道進(jìn)行反復(fù)沖洗，而后噴涂食品級(jí)環(huán)氧樹脂粉末，經(jīng)幾小時(shí)的干燥，環(huán)氧樹脂達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，既可恢復(fù)正常供水。