截污管道內(nèi)襯修復(fù)工程中 螺旋纏繞法環(huán)形間隙填充注漿的質(zhì)量控制

趙志賓，蔣景生，王利強(qiáng)，張培軍，夏兵兵，安明勇

(1. 天津倚通特種工程有限公司 天津 300458；2. 中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000)

0 引言

九江市兩河(十里河、濂溪河)水系綜合治理工程是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的綜合性工程，主要包括兩河截污管網(wǎng)、小區(qū)改造及調(diào)蓄池、兩河地下污水處理廠、鶴問湖污水處理廠二期工程及河道治理工程項(xiàng)目。十里河上游水體清澈見底，底部沉積物少。水體流經(jīng)城區(qū)后水質(zhì)逐步惡化，至八里湖匯入點(diǎn)水體渾濁且河底淤泥沉積明顯。針對十里河流域水質(zhì)惡化問題，為改善河流水環(huán)境、提高區(qū)域防汛排澇能力，同時最大程度上減少對十里河沿岸周邊生態(tài)的影響，經(jīng)充分論證后，本工程采用機(jī)械制螺旋纏繞法進(jìn)行了非開挖管道修復(fù)[1]。

1 項(xiàng)目概況

本工程為九江市十里河現(xiàn)狀截污管道修復(fù)工程，對十里河(長虹西大道—鶴問湖污水處理廠)現(xiàn)狀DN2000～DN2200截污管道進(jìn)行內(nèi)襯修復(fù)，擬修復(fù)總長度5.6km，其中十里河南路管道長度2000m，管徑為DN2000，管道埋深約10m；興業(yè)大道管道長度1300m，管徑為DN2000，管道埋深約10m；八里湖北大道管道長度2300m，管徑為DN2200，管道埋深約7m。工程平面圖如圖1所示。

圖1 工程平面圖Fig.1 Illustration of project

在該管徑下，非開挖修復(fù)工藝中僅有CIPP翻轉(zhuǎn)法和機(jī)械制螺旋纏繞法可以選用，但CIPP熱水固化法需要對原檢查井的井脖部分進(jìn)行開挖，且國內(nèi)無相近管徑的成功安裝案例。因此，最終將修復(fù)工藝確定為機(jī)械制螺旋纏繞法鋼塑加強(qiáng)型[2]。

機(jī)械制螺旋纏繞法鋼塑加強(qiáng)型(以下簡稱鋼塑加強(qiáng)型)主要用于管道的整體結(jié)構(gòu)性修復(fù)(檢查井到檢查井)，包括2個工序：一是井下纏繞制管，二是環(huán)形間隙內(nèi)填充注漿。由于該工程不同井位之間的管道長度較分散，為便于分步注漿時每步注漿量的計(jì)算，本文以具有典型代表意義的WZ10-WZ11(長度100m，原管道管徑2000mm)為例。

2 工程設(shè)計(jì)與重點(diǎn)難點(diǎn)分析

原管道管徑為DN2000的鋼筋混凝土管，修復(fù)長度為100m，內(nèi)襯管管徑DN1825(取平均直徑)，設(shè)計(jì)選用采用42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液配比1∶1進(jìn)行注漿[3]，水泥漿固化后的強(qiáng)度不小于0.179MPa，以便能夠?qū)⑼獠亢奢d傳遞到內(nèi)襯管。注漿總量按下式計(jì)算：

其中：Q為注漿總量(m3)，R為原管道內(nèi)徑(m)，r為內(nèi)襯管平均直徑(m)，L為管道長度(m)。

計(jì)算理論注漿總量：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用1∶1水泥漿時固化后體積為漿液體積的70%，因此，總注入量應(yīng)為75m3，水泥用量約57t。

本工程的難點(diǎn)主要有：①相鄰檢查井之間距離長，管道中間部位充滿度不好控制；②注漿時計(jì)算每米管道約受到浮力19000N，而每米管道自重約1100N，管道注漿時受浮力影響大。

3 施工過程

3.1 預(yù)埋補(bǔ)漿管

纏繞前在原管道管頂12點(diǎn)位置預(yù)埋外徑32mm的補(bǔ)漿管，材質(zhì)為PVC或PPR，用不銹鋼馬鞍卡沿原管道縱向進(jìn)行固定，補(bǔ)漿管安裝長度為原管道長度的50%，馬鞍卡安裝間距1m。預(yù)埋補(bǔ)漿管在管道的上游進(jìn)行安裝。

3.2 環(huán)形間隙封堵及預(yù)埋注漿管

新管道纏繞完成后利用高強(qiáng)快干水泥、紅磚，通過人工砌筑對新舊管道的環(huán)形間隙進(jìn)行封堵，封堵的厚度不小于150mm。在進(jìn)行封堵砌筑時以內(nèi)襯管管徑中心位置為參照，在新舊管道空隙處的9點(diǎn)、 10點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)位置各布設(shè)一處注漿口(管段兩端均有)，上游12點(diǎn)位置預(yù)留注漿方孔，下游12點(diǎn)位置安裝三通彎頭，彎頭一側(cè)高度應(yīng)高于原管道內(nèi)管頂15cm以上。注漿管直徑40mm，外部留出100～200mm，封堵砌筑完成待封堵材料固化12h后進(jìn)行注漿。兩側(cè)封堵后示意圖見圖2。

圖2 兩側(cè)封堵后示意圖Fig.2 Illustration of pipe after plugging on both ends

注漿前進(jìn)行預(yù)埋注漿管沖洗，每段環(huán)形間隙封堵和預(yù)埋注漿管結(jié)束后應(yīng)立即用大流量水流對預(yù)埋注漿管內(nèi)的殘留水泥、灰層等進(jìn)行沖洗。

3.3 氣囊封堵、內(nèi)襯管內(nèi)注水

在兩側(cè)安裝封堵氣囊，其中一端(上游)頂部加裝50mm PPR管，由該管向封堵內(nèi)部注水的方式進(jìn)行內(nèi)支撐，該方式充氣、注水效率相對較高，既可解決管道注漿時可能發(fā)生的形變問題，又能起到管道配重的作用。當(dāng)內(nèi)襯管道內(nèi)部注滿水時總面積為2.543m2，則每米管道內(nèi)加入水的重力為1000×2.543N＝2543N。

由于管道半徑以上部分既受到水或漿液浮力，又受到水或漿液本身對管道向下的壓力，其具體抵消情況尚不明確。故假設(shè)僅9點(diǎn)—3點(diǎn)以下產(chǎn)生浮力， 9點(diǎn)—3點(diǎn)以上部分浮力與向下壓力抵消，則9點(diǎn)— 3點(diǎn)下部面積為1.343m2，當(dāng)采用1∶1水泥漿時每米管道受到的浮力為1500×1.343N＝2014N。

此時浮力＜重力，不會發(fā)生管道上浮。為避免由于漿液流動性導(dǎo)致兩側(cè)漿液液位不同造成管道上浮，計(jì)劃由內(nèi)襯管道兩側(cè)的檢查井各注50%，并按照流水作業(yè)的方式，給予每段管道48h以上的凝結(jié)時間，以最大程度控制管道上浮問題。內(nèi)襯管注水示意圖如圖3所示。

圖3 內(nèi)襯管注水示意圖Fig.3 Illustration of water injection into liner pipe

3.4 注漿壓力

在本工程施工中注漿的主要作用為填充新舊管的環(huán)形間隙，充分考慮注漿壓力過大可能會對內(nèi)襯管和原管道上方路面造成不良影響，因此，根據(jù)本工程的具體情況，在注漿壓力確定時第1次和第2次注漿均采用無壓自流注漿方式進(jìn)行，第3次補(bǔ)漿時壓力設(shè)定為0.1MPa，以確保安全注漿[4]。

3.5 分部注漿控制

3.5.1 第1次注漿量的確定

當(dāng)內(nèi)襯管道內(nèi)充滿水時，經(jīng)計(jì)算其總面積為2.543m2，則每米管道內(nèi)水的重力為1000×2.543g＝2543g，管道自重為110g。9點(diǎn)—3點(diǎn)下部面積為1.343m2，當(dāng)采用1∶1水泥漿時每米管道受到的浮力為1500×1.343g＝2014g。根據(jù)計(jì)算，3點(diǎn)—9點(diǎn)以下管道不發(fā)生上浮時的注入量為0.126×100＝12.6m3。

3.5.2 第2、3次注漿

經(jīng)過第1次注漿，待48h漿液凝固后進(jìn)行第 2次注漿，由高程高處一側(cè)向高程低處進(jìn)行注漿，直至5號觀察孔冒漿為止。待第2次注漿漿液經(jīng)24h凝固后通過預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿，直至觀察高程較低處6號孔冒漿后停止。

3.6 注漿完成

注漿完成后對溢漿孔及觀察孔利用高強(qiáng)快干水泥進(jìn)行封堵。5、6號注漿孔及注漿完成示意圖如圖4所示。

圖4 5、6號注漿孔及注漿完成示意圖Fig.4 Illustration of No. 5 and No. 6 grouting holes and grouting completion

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①注漿時應(yīng)當(dāng)做好注漿記錄，初次配漿時利用比重儀對漿液進(jìn)行檢測，判斷漿液的水灰比是否準(zhǔn)確。

②施工前必須根據(jù)注漿段實(shí)際長度計(jì)算理論注漿量，嚴(yán)格控制漿液注入量，實(shí)際注入量應(yīng)基本等于理論計(jì)算量。注漿時使用流量計(jì)或現(xiàn)場記錄實(shí)際注漿量，并與理論注漿量進(jìn)行對比。

③施工中注意觀察注漿管的排氣和冒漿情況，連續(xù)冒出水泥漿后方可封閉觀察孔和注漿孔。

④注漿應(yīng)分次注漿，并有專人在管內(nèi)觀察，發(fā)生壓力突然升或降、吸漿量突然增加或減少等異?，F(xiàn)象時應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)措施妥善處理，并作好詳細(xì)記錄。當(dāng)出現(xiàn)冒漿、漏漿時應(yīng)根據(jù)具體情況采取嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、間歇灌注等方法進(jìn)行處理，盡量不采取待凝措施。

5 實(shí)施效果

本工程相鄰檢查井之間的距離長，注漿充滿度較難控制。在本工程的實(shí)施過程中創(chuàng)新性地使用了頂部預(yù)埋注漿管的方法，對管道中間部位補(bǔ)漿起到了較好的效果。使用水進(jìn)行管道配重則有效增加了首次注漿量，提高了注漿速度。注漿結(jié)束后經(jīng)參建方共同驗(yàn)收，注漿充滿度好，管道線性平順，符合《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)及施工驗(yàn)收規(guī)程》T/CECS717—2020的質(zhì)量要求，達(dá)到了預(yù)期的修復(fù)效果[5]。

注漿作為機(jī)械制螺旋纏繞法的工序之一，隨著相鄰檢查井距離的增大，如何保證注漿充滿度滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收要求就成為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修復(fù)的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)之一。本項(xiàng)目實(shí)施效果表明，通過選用合適的漿液配比并在纏繞前進(jìn)行注漿管埋設(shè)可以有效地提升注漿質(zhì)量，保證修復(fù)效果。