短管內襯法在城市管道修復中的設計與分析

費 婷

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來，我國各地在管道非開挖修復技術的研究和應用上取得了較大的進步，采用非開挖修復的技術比例逐年提高。隨著城市化的迅速發展，城市人口快速增多，管線的負載日益增加，修復任務也越來越重，各種非開挖修復的設計方案與施工方式也參差不齊。作為開挖修復方式的一種，短管內襯法也得到了越來越多的應用。短管內襯法是既可以對排水管道進行整體修復也可以進行局部修復的方法，且修復后的管道結構性能加強，延長管道使用壽命。因此該修復法在延長管道使用壽命和應用范圍方面有著其他方法不可比擬的優勢。

本文結合上海某一雨水管道短管內襯法修復方案，探討在管道埋深較深時，內襯管的設計方法和變形情況研究。

1 工程概況

1.1 工程介紹

該工程位于上海某道路交叉口，暴雨時期該路口積水較為嚴重，很大程度上影響交通安全。

經調查，現狀道路下 ?1500雨水管道已嚴重損壞（該雨水管總長約30 m，埋深約6.3 m，為鋼筋混凝土管），為緩解積水情況，保證排水及交通安全，需對該段雨水管進行緊急搶修。管道總平面圖如圖1所示。

1.2 CCTV檢查結果

對該工程損壞雨水管道進行CCTV檢測，檢測結果顯示，該段雨水管道存在以下結構性缺陷：三處二級錯位、一處二級變形（見圖2）。

圖2 CCTV檢測管道錯位圖

根據管道結構性缺陷評估成果，計算得修復指數為4.2，修復等級為二級。另外結合該段雨水管在系統內的所處位置，建議對該段雨水管采用整體修復。

2 修復方案

2.1 總體方案

該工程范圍屬于建成區，目前路面狀況良好，排水管道及地下公用管線均已建成，且周邊場地不開闊。在此前提下，若采用傳統的開挖修復技術或頂管改排方案，不僅會妨礙交通、影響市民生活、對周邊構（建）筑物及其他地下管線帶來安全隱患，而且會造成公共設施資源的浪費。

從經濟角度考慮，雖然非開挖修復的單價比傳統的開挖重新翻排管道的價格要高，但是開挖翻排管道會受到各種復雜地理環境因素的影響，導致傳統的開挖施工圍護措施代價高昂；另外，開挖道路過程中地下管線被挖斷的事故時有發生，經濟損失巨大。

綜上所述，該工程雨水管道修復采用非開挖整體修復方式。

2.2 非開挖修復方案確定

非開挖修復常用的整體修理技術有現場固化內襯修復技術、螺旋管內襯修復技術、短管及管片內襯修復技術、牽引內襯修復技術、涂層內襯修復技術。

結合該工程特點，對現場固化內襯修復技術與短管及管片內襯修復技術進行比選（見表1）。

表1 現場固化內襯修復技術與短管及管片內襯修復技術比選

結合該工程實際情況，選用頂進設備小、施工方便、施工速度快、質量有保證、工程造價低等特點的短管內襯法作為此次非開挖修復方式。

經計算復核，采用短管內襯法修復后，該工程雨水管道依舊能滿足管道斷面損失的要求。

2.3 短管內襯設計原理

短管內襯是將合適尺寸的HDPE管道插入需要修復的舊管道內，利用原舊管道的剛性和強度為承力結構以及HDPE管耐腐蝕、耐磨損、耐滲透等特點，形成“管中管”復合結構使修復后的管道具備綜合性能，最后將新舊管道之間間隙注漿填滿，對原管道錯位處采用管外局部注漿。

修復后的管道整體性能好，具有良好的抗化學作用和流動特性，提高管道的抗壓抗沖能力，延長管道的使用壽命達到50 a。

短管內襯法斷面示意圖及結構焊接詳圖如圖3、圖4所示。

圖3 短管焊接內襯修復管道結構斷面示意圖

圖4 短管焊接內襯修復管道焊接詳圖

2.4 短管內襯施工順序

生產內襯管（根據管道損壞程度和不同管徑及不同內襯方式決定短管的管徑及結構厚度，為非標制作）→運輸至現場→舊管內抽水通風→舊管內清淤→高壓水槍沖洗清理并封堵滲漏點→管周土體注漿→井口入管→熱熔密封連接→管縫隙注漿→封堵兩端口→檢測與驗收。

2.5 短管內襯技術要求

（1）在短管焊接內襯修理前，應對管周土體進行注漿加固，加強其穩定性，防止水土流失，提高管基土體的承載力。

（2）管道修復前需利用高壓水槍對管道內進行清淤，清除管道內所有可能影響新管成型的污垢、垃圾等。

（3）修復前，需對原管道管節進行修平。

（4）對管道接口錯位修復，對高出的部分需進行切除，再用砂漿抹平。

3 管道變形計算分析

3.1 計算模型

該工程雨水管道為重力管，其受力主要來自外水土壓力。其中，外土壓力可假設為由原混凝土管承擔，內襯管只承擔地下水壓力。有限元計算模型如圖5所示。

圖5 管道受力計算模型

3.2 計算結果

經通過調整壁厚反復計算，最終確定內襯管壁厚設計為25 mm。圖6為在內襯管壁厚達到25 mm時的管道變形情況，可以看出管道豎向變形量為63 mm，為管道直徑的4.2%，滿足規范要求。

圖6 管道變形計算結果

4 結 語

（1）該工程管道修復選用短管內襯法是可行的，既減小了對道路交通、地下管線的影響，加快了施工進度，節省了工程造價，又能有良好的修復效果。

（2）重力管情況下，內襯管受力可假設為僅承受外水壓力，通過有限元軟件計算，在管道埋深時，可通過增加壁厚來滿足內襯管變形要求。