排水管道非開挖修復技術研究進展與工程應用

居朝榮

（上海浦東新區東寶市政實業有限公司，上海市 200125）

0 引言

近年來，排水管網作為關系黑臭水體治理、城鎮內澇防治和污水處理廠提質增效的關鍵因素，關注程度日益提高。截至2019 年底，我國城市排水管道長度已達到743 982 km[1]。隨著排水管道總量逐步增長和老化程度加劇，亟需修復的排水管道數量激增，傳統的開挖式修復方式既影響道路交通、污染環境，同時也面臨著施工效率低下的問題，而非開挖修復方式具有施工周期短、社會影響小和使用壽命長等優勢，已成為排水管道修復的主要手段[2]。

1 非開挖修復技術

非開挖修復技術是指采用少開挖或不開挖地表的方法進行地下管道修復或更新，基本目的是恢復管道原有功能。按修復范圍可分為整體修復和局部修復。整體修復包括原位固化技術、機械制螺旋纏繞技術、碎裂管技術、短管內襯技術等，以原位固化技術最為常用[3]，近年來原位熱塑成型技術、管片內襯修復技術也得到了快速發展和應用[4-5]。局部修復是對管道內的局部破損、接口錯位、局部腐蝕等缺陷進行修復的方法，主要包括點狀原位固化技術、不銹鋼雙脹環/ 不銹鋼快速鎖技術等。

1.1 原位固化

原位固化的原理是將樹脂浸漬在纖維軟管中，通過現場安裝施工將軟管置入原有管道中，使軟管和原有管道緊密貼合，在特定條件下使樹脂發生固化反應，從而在原有管道內部形成一層新的內襯，施工完成后的內襯管單獨或者與原有管道共同承載管道上方的所有載荷。

原位固化根據軟管置入原有管道方式可分為拉入法和翻轉法；根據樹脂的固化方式可分為熱水固化、蒸汽固化和紫外光固化。目前應用最廣泛的工藝包括翻轉原位固化和紫外光原位固化，此外，局部樹脂原位固化也屬于原位固化。

1.1.1 翻轉原位固化

翻轉原位固化適用于DN150~DN2700 的圓形、矩形和蛋形管道修復，將襯管設計成結構性襯管，從檢查井進入管道內，通過水體的壓力進行翻轉并緊貼原母管，經過加熱固化后，管道能夠完全不依托原有管道，獨立承受內壓和外壓。修復后的新管基本不影響過水斷面，且由于曼寧系數降低，有利于增強過水能力，正常使用年限在50 a 以上。

翻轉原位固化修復材料主要包括軟管、樹脂和聚乙烯涂層（PU 或PTU 膜），其成品的彎曲彈性模量一般能達到2 500~3 000 MPa。應用于翻轉原位固化的軟管一般采用無紡布或復合增強軟管，前者以無紡布為基層涂覆防滲膜，適用于DN100~DN2400 的管道；后者以織物復合材料為基層涂覆防滲膜，適用于DN100~DN3300 的管道。樹脂材料包括聚酯樹脂、乙烯基樹脂和環氧樹脂，應用最廣泛是聚酯樹脂，其中又以間苯型不飽和聚酯樹脂的應用最為常見。

1.1.2 紫外光原位固化

紫外光原位固化利用紫外光作為固化媒介，樹脂中含有光引發劑，經過特定波長的紫外光照射時，樹脂產生固化反應，形成高強度內襯新管，適用于DN150~DN1600 各種形狀的排水管道。施工時采用卷揚機將充填有樹脂的玻璃纖維內襯管拉入既有管線，通過大流量風機將內襯管“吹”鼓并緊貼在既有管線內壁上。與翻轉原位固化類似，管道經紫外光原位固化后，可以獨立承受內壓和外壓。修復后的內襯管密封效果好、抗腐蝕性強、使用壽命長，在較小厚度下即可達到較高機械強度，正常使用年限在50 a以上。

據介紹，“水稻+”是以水稻生產為本，以稻田生態系統為基，以種植制度創新為魂的新型農作制度，包括稻經輪作、稻禽協同、稻漁共生等生產體系，是水稻綠色生產的重要模式之一。“水稻+”通過改進提升和集成創新傳統模式，具有穩糧優經、種養結合、綠色高效等特點，對確保口糧安全、推進綠色興農、實現質量興農、加快品牌強農具有重要意義。截至目前，全國“水稻+”應用面積約為166.67萬hm2，按667 m2平均效益2 000元計算，實現經濟效益500億元。同時數據顯示，僅以稻漁共生模式為例，就可減少用肥20%～30%、減少用藥30%～40%。

紫外光原位固化修復材料主要采用玻璃纖維軟管和樹脂。玻璃纖維軟管在玻璃纖維布基材內外貼附防滲膜，為了增強樹脂浸漬能力，有的還在多層玻璃纖維布之間增加無紡布層，其結構從外到內依次為：防紫外線保護膜、外膜、玻璃纖維織物、內膜。

1.1.3 局部樹脂原位固化

局部樹脂原位固化與整體原位固化相似，其原理是將含有促進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氣囊上，放入待修復的管道，定位后進行充氣，以便含有樹脂的纖維材料緊貼在管壁上，然后采用常溫固化方式，使得樹脂發生化學反應，最終生成玻璃纖維增強塑料。玻璃纖維局部修復后的管壁光滑，可提高通水能力。

1.2 原位熱塑成型

原位熱塑成型是一種新型的非開挖修復技術，其利用熱塑性材料在一定溫度范圍內能夠反復加熱軟化和冷卻硬化的特性，將工廠預制的工字型或C字型斷面襯管在現場采用蒸汽加熱軟化，牽引置入原有管道內部，通過加熱加壓方式使其緊貼原有管道內壁，后冷卻形成具有一定結構強度的內襯管，實現老化管道的修復。

原位熱塑成型適用于DN100~DN1350 的圓形、矩形和變徑（變徑一級）等多類型截面管道，以及雨水、污水、壓力（供水、燃氣）等多用途管道修復。高分子熱塑材料強度高、韌性好、耐腐蝕性強，現場施工不改變材料力學性能，設計壽命可達到50 a 以上。此外，高度預制化的管道修復產品一方面可以在安裝前進行檢測，保證修復質量穩定可控，另一方面也方便運輸和儲存。

1.3 管片內襯修復

管片內襯修復適用于DN800~DN5000 的圓形管、以及短邊大于1 000 mm 的非圓形管，在管道材質方面可用于鋼筋混凝土管或磚砌管。施工時，在管道內分段置入管片，通過人工拼接和固定，使管片成為整體，然后在內襯管道與原管道之間注漿進行結構加固。管片內襯修復采用輕質、透明、化學性質穩定的PVC 模塊，修復后的管道環剛度高，耐磨性能好，粗度系數小。

管片內襯修復的主要優點在于施工較靈活，例如：可少量帶水施工；可上下分開施工或中間向兩邊施工，以縮短施工工期；可進行曲線施工和局部施工，單次修復長度不限；可臨時中斷施工。

1.4 不銹鋼雙脹環/ 不銹鋼快速鎖

不銹鋼雙脹環/ 不銹鋼快速鎖屬于局部修復技術。不銹鋼雙脹環主要用于管徑不小于DN800 的大口徑管道接口滲漏的預防性修復，管道內壁局部沙眼、露石、剝落等病害的修補，以及管道基礎結構基本穩定、管壁堅實不酥化情況下變形、錯位（不大于3 cm）、脫節、滲漏等結構性缺陷的修復。不銹鋼雙脹圈主要采用不銹鋼壓條和特制的止水橡膠條，施工時需進入管道安裝，先手工固定橡膠條，接著通過擴張器，用不銹鋼條壓住橡膠條，完成管道局部防滲修復，必要時還可以對管道滲漏處進行注漿處理。

不銹鋼快速鎖是在雙脹環基礎上發展起來的新型局部修復技術，由不銹鋼套環、鎖緊機構和橡膠圈三部分組成，根據修復管徑不同，分為DN300~DN600 的小管徑快速鎖和DN600~ DN2600 的大管徑快速鎖。不銹鋼快速鎖操作簡單，施工時間短。

1.5 修復方法選擇

上述修復技術的適用范圍和使用條件見表1，應根據現場條件、管道特征及損環情況選擇合適的修復方法。

表1 不同修復技術的適用范圍和使用條件

2 工程應用

2.1 世博園區排水管道修復工程

2.1.1 工程概況

世博園區運行近10 a 后，經對園區內排水管道進行CCTV 檢測，發現世博大道等9 條道路排水管道（DN300~DN3000）存在不同程度的滲漏、錯口、腐蝕等病害及缺陷，影響管道過流能力和使用功能。由于待修復管道周邊道路交通繁忙，大面積開挖更換新管施工難度大，成本較高，因此全部采用非開挖方式進行修復。其中，整體修復主要采用翻轉原位固化，共修復管段1 000 余米；局部修復采用局部樹脂原位固化和不銹鋼雙脹環，共修復400 余處。

2.1.2 實施效果

根據CCTV 檢測，修復完成后的內襯管表面光滑，無局部凹陷、劃傷、裂縫、磨損、孔洞、起泡、干斑、隆起、分層和軟弱帶等缺陷，對整體修復管道進行的滲漏測試均達到合格標準，修復質量達到預期效果。該工程是浦東新區首次大規模采用非開挖修復技術進行管道修復的項目。實踐證明，非開挖修復技術不但施工方便、簡單、節約了工期，還避免了開挖施工引起的環境污染和交通堵塞問題，具有良好的經濟效益和社會效益。

2.2 浦東三林地區排水管道修復工程

2.2.1 工程概況

浦東新區三林地區在管道CCTV 檢測中，發現上南路、成山路、耀龍路等25 條路段的雨污水管道（DN300~DN2400） 存在不同程度的腐蝕、錯位、滲漏、破裂等缺陷，給雨污水排水和道路通行帶來嚴重隱患。由于三林地區屬于老城區，周圍居民較多、人流量較大、交通繁忙，為避免出現環境污染、發生交通堵塞，從縮短工期、減少工程造價等方面綜合考慮，根據缺陷等級，實施開挖修復或非開挖修復。非開挖修復中，整體修復主要采用紫外光原位固化，共修復管段2 039 m；局部修復采用局部樹脂原位固化和不銹鋼雙脹環，分別修復144 處和45 個。

2.2.2 實施效果

該工程的實施使區域內的排水安全性得到了切實保障，創造了良好的社會效益。同時，隨著老城區管道使用年限逐漸增長，病害出現的周期也越來越短，城市發展與人口增長導致使用功能與需求之間的矛盾突出。本工程在一定程度上緩解了上述矛盾，給予了解決問題的時間窗口。

3 結語

近年來，翻轉原位固化法的應用比例有減少趨勢，相比之下紫外光原位固化法的推廣應用速度迅速，同時管片內襯修復和原位熱塑成型等新型修復工藝也逐漸興起。在修復材料方面，樹脂、內襯軟管和熱塑成品管道等修復材料均已實現國產化，成本明顯下降。

工程應用表明，非開挖修復技術的選擇需要綜合現場條件、管道破損程度、工程投資等多因素后確定，是一種多目標優化過程；同一工程中可能同時用到多種修復技術，以發揮綜合優勢，取得理想的修復效果。