非開挖修復(fù)技術(shù)在某排水管道修復(fù)工程中的應(yīng)用

趙士雄 宋清泉 楊元元

1. 北京市市政專業(yè)設(shè)計(jì)院股份公司 北京 100037；2. 深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司 廣東 深圳 518031；3. 鄂爾多斯市環(huán)保投資有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000

引言

排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在城市防洪排澇、水污染防治等方面發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著城市飛速發(fā)展，很多老城區(qū)排水管網(wǎng)出現(xiàn)缺陷。管道漏損導(dǎo)致旱季污水外溢污染周邊環(huán)境，雨季外部水內(nèi)流，地下水中的泥沙進(jìn)入管道造成管體周圍形成空洞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致路面塌陷[1]。為保障排水安全與道路基礎(chǔ)穩(wěn)定，亟須對(duì)缺陷管道進(jìn)行修復(fù)。

然而老城區(qū)往往地下管線眾多，交通繁忙，傳統(tǒng)開挖的施工方式非常受限。非開挖修復(fù)技術(shù)具有占地少、施工周期短、社會(huì)及環(huán)境成本低的特點(diǎn)，在老城區(qū)排水管網(wǎng)改造工程中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)[2]。

本文結(jié)合惠州市某老城區(qū)排水管道修復(fù)工程案例，對(duì)非開挖修復(fù)技術(shù)在市政排水管道修復(fù)中的選擇與應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 工程概況

惠州市某老城區(qū)污水管道位于道路西側(cè)機(jī)動(dòng)車道下，管道總長度為616.8m，鋼筋混凝土管材，管徑為DN600，污水管道已出現(xiàn)不同程度缺陷，擬采用非開挖修復(fù)工藝對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)。

2 管道檢測(cè)與評(píng)估

2.1 管道檢測(cè)

根據(jù)CCTV（閉路電視）檢測(cè)結(jié)果，現(xiàn)況污水管道各段存在不同程度的破裂、脫節(jié)、錯(cuò)口、腐蝕等缺陷，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)況污水管道缺陷情況

2.2 缺陷評(píng)估

按照公式1計(jì)算各管段結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)，確定管段結(jié)構(gòu)性缺陷等級(jí)，當(dāng)管段結(jié)構(gòu)性缺陷等級(jí)大于Ⅱ級(jí)時(shí)采用結(jié)構(gòu)性修復(fù)。按照公式2計(jì)算各管段結(jié)構(gòu)性缺陷密度，當(dāng)SM≥0.1時(shí)采用整體修復(fù)[3]。

式中：F—管段結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)（F≤1，為Ⅰ級(jí)缺陷；1＜F≤3，為Ⅱ級(jí)缺陷；3＜F≤6，為Ⅲ級(jí)缺陷；F＞6，為Ⅳ級(jí)缺陷）；S—管段損壞狀況參數(shù)平均值；Smax—管段損壞狀況參數(shù)最大值，為管段結(jié)構(gòu)性缺陷中損壞最嚴(yán)重處的分值；n—管段結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量；n1—縱向凈距大于1.5m的缺陷數(shù)量；n2—縱向凈距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷數(shù)量；Pi1—縱向凈距大于1.5m的缺陷分值；Pi2—縱向凈距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷分值。

式中：SM—管段結(jié)構(gòu)性缺陷密度（SM＜0.1為局部缺陷，SM≥0.1為整體缺陷）；L—管段長度（m）；Li1—縱向凈距大于1.5m的結(jié)構(gòu)性缺陷長度（m）；Li2—縱向凈距大于1.0m且不大于1.5m的結(jié)構(gòu)性缺陷長度（m）。

計(jì)算結(jié)果表明，全線20段管段結(jié)構(gòu)性缺陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)共8段，缺陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)共12段，結(jié)構(gòu)性缺陷密度均大于0.1，故對(duì)全線管段進(jìn)行結(jié)構(gòu)性整體修復(fù)。

3 修復(fù)方案

3.1 修復(fù)方案比較

管道整體修復(fù)方式主要有原位固化法（包括紫外光固化法、熱水翻轉(zhuǎn)法）、螺旋纏繞法、管片內(nèi)襯法、裂管法。

紫外光固化法適用管徑為DN150～DN1600，施工機(jī)械化程度高，施工速度快，材料成本相對(duì)較高[4]；熱水翻轉(zhuǎn)法通過控制水溫控制內(nèi)襯管道固化溫度，實(shí)現(xiàn)軟管固化，可修復(fù)管徑為DN150～DN2200的管道，修復(fù)過程需消耗大量熱水，修復(fù)操作時(shí)間較長；螺旋纏繞法適用于修復(fù)管徑小于DN3000的管道，可帶水作業(yè)（充滿度≤30%），考慮建設(shè)成本，應(yīng)用于管徑DN2000以上的管道修復(fù)較為經(jīng)濟(jì)，螺旋纏繞法修復(fù)后管道過流能力受到一定影響[5]；管片內(nèi)襯法需人工進(jìn)入管道內(nèi)將管片焊接為整體管道，最小適用管徑為DN800，修復(fù)后在內(nèi)襯管與原管道之間注漿加固，修復(fù)后過流斷面損失較大；裂管法是采用裂管工具在原管道內(nèi)將原管道破壞，舊管材被擠入土體，新管拉入管孔的管道更新方法，其最大優(yōu)勢(shì)在于可以進(jìn)行管道擴(kuò)容，對(duì)于變形嚴(yán)重的管道也適用。

本工程因管徑較小，施工人員不能進(jìn)入操作，考慮建設(shè)周期與經(jīng)濟(jì)成本，選用紫外光原位固化法進(jìn)行管道修復(fù)。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1 內(nèi)襯管道壁厚。采用公式3計(jì)算內(nèi)襯管道最小壁厚。同時(shí)最小厚度應(yīng)滿足公式4的要求。

式中：t—內(nèi)襯管壁厚（mm）；D0—內(nèi)襯管管道外徑（mm）；N—安全系數(shù)，取2.0；C—橢圓折減度系數(shù)；EL—內(nèi)襯管的長期彈性模量（MPa），本工程采用玻璃纖維增強(qiáng)管，長期彈性模量為13000MPa；qt—管道總外部壓力（MPa），包括地下水壓力、上覆土壓力及活荷載；Rw—水浮力系數(shù)；B’—彈性支撐系數(shù)；Es’—管側(cè)土綜合變形模量（MPa）；Hw—管頂以上地下水位高（m）；γ—土的重度（kN/m3）；H—管道敷設(shè)深度；Hs—管頂覆土厚度（m）；Ws—活荷載（MPa）；E—內(nèi)襯管初始彈性模量（MPa），本工程為15600MPa。

結(jié)合本工程設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算得到紫外光固化法的內(nèi)襯管厚度為4.81mm，取5.00mm。

3.2.2 過水能力校核。原管道流量可按照公式5計(jì)算：

修復(fù)后管道的過流能力與修復(fù)前管道過流能力比值按照公式6計(jì)算：

式中：Q—管道流量（m3/min）；DE—原有管道平均內(nèi)徑（m），本工程取0.6；S—管道坡度，為0.002；n—管道的粗糙系數(shù)；B—管道修復(fù)前后過流能力比；ne—原管道粗糙系數(shù)，原管道管材為鋼筋混凝土，粗糙系數(shù)為0.013；DL—內(nèi)襯管管道內(nèi)徑（m），為0.584；nL—內(nèi)襯管的粗糙系數(shù)，為0.01。

經(jīng)過計(jì)算，過流能力比為124%，修復(fù)后管道過流能力增加，滿足排水管道修復(fù)要求。

4 修復(fù)過程

4.1 管道預(yù)處理

采用高壓水射流對(duì)原管道內(nèi)進(jìn)行清理，經(jīng)過處理后的管道內(nèi)表面應(yīng)清潔，管內(nèi)不得有積水。通過土體注漿在管道周圍形成隔水帷幕，防止修復(fù)過程中發(fā)生滲漏，同時(shí)加固管道周圍土體[6]。

4.2 操作流程

①采用充氣氣囊對(duì)管道上下游實(shí)施臨時(shí)封堵，并排出管道內(nèi)積水。②將滑動(dòng)墊膜鋪放置到管道內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢茫谠艿纼啥祟^固定。③將碾好樹脂的紫外光固化內(nèi)襯玻璃纖維軟管從檢查井處平穩(wěn)、緩慢的拉進(jìn)待修復(fù)的管道內(nèi)，拉入速度不宜大于6-8m/min。④待內(nèi)襯軟管拉入到指定位置后，捆綁軟管兩段扎頭，向管道內(nèi)緩慢灌注壓縮空氣將軟管撐起并緊貼到原有管道內(nèi)壁。⑤持續(xù)充氣并用紫外光燈組對(duì)軟管進(jìn)行實(shí)時(shí)巡航固化。⑥固化完成后取出扎頭，切除管段端頭多余料，抽出內(nèi)膜，內(nèi)襯管與原管道的交界處做好防滲漏處理。

5 修復(fù)后效果

修復(fù)后的管道應(yīng)進(jìn)行外觀與功能性驗(yàn)收，內(nèi)襯管表面應(yīng)平整、光潔，無局部褶皺、劃傷等影響管道結(jié)構(gòu)的缺陷，內(nèi)襯管與原管道應(yīng)緊密貼合。通過閉水試驗(yàn)進(jìn)行功能性驗(yàn)收，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）的要求[7]。

6 結(jié)束語

本文結(jié)合惠州市某排水管道修復(fù)工程，介紹了排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷的評(píng)估方式與相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法，比較了不同非開挖修復(fù)技術(shù)的適用條件，詳細(xì)介紹了紫外光固化法的操作流程。工程建成情況表明，紫外光固化法適用于此類工程，具有很好的修復(fù)效果。