市政給排水管道非開挖修補技術研究

鄭滿水

（云南省設計院集團有限公司，云南 昆明 650000）

隨著城市化進程的不斷推進，給排水管道作為市政基礎設施的一部分被大量埋設于地下，隨著使用壽命的臨近，很多管道出現(xiàn)損壞情況；同時隨著城市用水量的增加，管道負荷越來越大。經(jīng)調(diào)查[1-2]，我國大部分城市在管道建成之后很少定期進行維護，管道淤塞情況普遍存在，在經(jīng)歷暴雨時，往往出現(xiàn)排水不暢的現(xiàn)象。

非開挖技術是指在施工時不對地面進行開挖或開挖程度非常小的情況下對破損的管道進行修復。給排水管道通常埋設于城市道路之下，常規(guī)開挖施工勢必會對正常交通產(chǎn)生干擾，導致通行效率降低，也會對周邊商業(yè)產(chǎn)生不利影響，路面“開窗”造成的不良社會影響也值得被重視[3]。若施工時非開挖技術，則將會把對交通和商業(yè)的影響降至最低，同時該技術施工便捷、環(huán)保、工期短，具有良好的經(jīng)濟效益。

1 常用的非開挖修補技術分析

1.1 碎裂管法 該技術施工時利用特種設備在破損位置將管道從內(nèi)部按適當尺寸切割，切割掉的破損部位管道材料被擠入周邊的土體，并形成管孔。與此同時，將新管道拉入管孔替代破損部分，達到管道修復的目的。

1.2 短管內(nèi)襯法 短管內(nèi)襯法是一種引進時間較早，應用時間較長的修補工藝，用于管道修補經(jīng)濟效益良好；采用頂管施工的管道在修補時采用該方法效果最佳。施工時利用現(xiàn)狀檢查井采用頂管將事先設計好的內(nèi)襯短管送入待修補的管道，內(nèi)襯短管就位后，在短管與待修補管件間高壓注入水泥漿進行粘結加固。

1.3 管片內(nèi)襯法 管片內(nèi)襯法施工方法類似于短管內(nèi)襯法，采用的材料為PVC 管，將PVC 管與待修補管道內(nèi)進行拼接并在新舊管件間填充粘結材料完成修補。該技術可應用于鋼筋混凝土圓管、方管、馬蹄形管。

1.4 螺旋纏繞法 在待修補管道內(nèi)部通過采取帶狀型材以螺旋纏繞的方式形成全新管道，新舊管道間采用粘結材料進行加固處理。該技術是以PVC 或PE 材質為板材，在常溫及常壓情況下即可施工。現(xiàn)場施工時將帶狀型材壓縮成環(huán)狀鋼帶用纏繞機按螺旋方式制作成管，完成后將預置在板材內(nèi)的鋼線拉出，可使管道擴張緊密貼合，不斷向前推進最終完成管道修復，密封處采用黏合劑粘合防止?jié)B漏。

1.5 原位固化法 按具體操作工藝分為翻轉法和牽引法兩種施工方法。翻轉內(nèi)襯修技術采用有防滲膜的纖維增強軟管、編織軟管等作襯里材料。施工時利用壓力將軟管內(nèi)層翻轉并與舊管的內(nèi)壁緊貼，通過升溫、紫外線照射等方式在新舊管線間形成性能良好的防滲層。與翻轉內(nèi)襯法相比，牽引法的區(qū)別在于采用外力將軟管牽引至待修補位置。原位固化技術施工時應注意施工質量的把控，嚴格的質量控制對該技術的成功與否具有決定作用。

1.6 管道噴涂法 管道噴涂法是利用專用設備或人工將膠結材料送入管道內(nèi)，將原管道清洗干凈后將材料直接噴涂在待修補位置。為保證噴涂材料良好的粘結在管壁上，施工前應對待修補部位管壁進行仔細檢查，確保無水漬存留。工程中常用的噴涂材料有環(huán)氧砂漿、水泥混凝土砂漿、以及其他化學類漿液。噴涂層厚度很小，根據(jù)采用的材料不同，厚度大約為1～4 mm。由于噴涂層很薄，為增強材料的耐久性，通常還會噴涂一層防腐材料。

常用修補技術使用條件對比情況見表1。

表1 常用修補技術使用條件對比

由以上分析可知各種修補技術在特定條件下各具優(yōu)勢。共同點在于：所適用的管徑普遍屬于大管徑管道，根據(jù)實踐經(jīng)驗[4]，管徑越小，操作越困難，適用性越低，經(jīng)濟性越差。

2 小管徑非開挖修補技術研究

由于常用修補技術在修補小管徑管道時存在技術局限性，所以出于實際工程需要，近兩年出現(xiàn)了針對小管徑市政給排水管道修補的內(nèi)壁再構修補技術。本研究對該技術進行研究并對管道修補后的粘結強度進行分析。

2.1 粘結強度研究

該技術采用內(nèi)襯短管進行破損修補，在正常使用狀態(tài)下內(nèi)襯短管會長期處于被水流沖刷的環(huán)境狀態(tài)中，內(nèi)襯短管與原管道的粘結強度是該技術應用成功與否的關鍵。因此，必須對粘結強度進行檢驗，粘結強度能夠抵抗水流沖刷強度條件下才能保證修補后的管道正常使用。

為此，本次研究以給水管道為對象，采用給水管道常用的材料分別制作試件，然后在標準條件下進行拉力試驗，分析試驗數(shù)據(jù)并驗證內(nèi)壁再構修補技術，驗證內(nèi)襯短管與原管道的粘結強度是否滿足要求。

試件1：改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑鑄鐵管；試件2：改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙鑄鐵管；試件3：改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑PVC管；試件4：改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙PVC管。

試驗結果見圖1 至圖4。

圖1 改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑鑄鐵管應力應變曲線

圖4 改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙PVC 管應力應變曲線

圖2 改性高密度聚乙烯HDPE 與粗糙鑄鐵管應力應變曲線

2.2 管道所處環(huán)境模擬

為確保試驗環(huán)境盡量與實際一致，本次研究對城市管道壓強及加壓情況下的壓力進行了調(diào)查，結果見表2。

表2 城市給水管道水流壓力

本次研究使用Solidworks 進行建模并使用其Simulition 進行模擬仿真，模擬在φ300 mm 的給水管道中修補套管所需承受的沖擊強度。仿真模擬結果見表3。

表3 仿真模擬結果

根據(jù)軟件仿真模擬結果，在加壓(0.8 MPa)情況下水流在修補后內(nèi)襯管上產(chǎn)生的沖擊強度為1.312 kPa。

根據(jù)試件應力應變曲線可以看出：改性高密度聚乙烯HDPE 與鑄鐵粘結后試件的斷裂強度為242 MPa，改性高密度聚乙烯HDPE 與PVC 粘結后試件的斷裂強度為168.2 MPa。

與仿真模擬試驗結果相比：242 MPa ＞1.312 kPa、168.2 MPa＞1.312 kPa。

因此可以得出結論，采用內(nèi)壁再構修補技術進行破損修補后的管道強度遠大于正常工作狀態(tài)下的水流沖擊強度，該技術具有良好的管道修補效果。

圖3 改性高密度聚乙烯HDPE 與光滑PVC 管應力應變曲線

3 結論

目前我國城市化進程正在不斷推進，各種管線在地下錯綜復雜分布；給排水管道往往設置于城市道路之下，隨著交通量的不斷增長，地下管線修復的難度及代價也越來越大，動輒就需要封閉半幅道路，給道路通行造成極大的困擾。因此，地下管道非開挖修補技術的推廣及應用已經(jīng)迫在眉睫。地下管線規(guī)模龐大，對環(huán)境保護的要求越來越嚴格，非開挖修補技術具有經(jīng)濟、環(huán)保、對交通干擾小的顯著優(yōu)勢，已經(jīng)成為市政給排水管道修補的重要方法，正在得到越來越廣泛的關注，具有非常廣闊的應用前景。本研對市政給排水管道常規(guī)非開挖修補技術進行分析總結，并對適用于小管徑管道修補的內(nèi)壁再構修補技術的可行性進行了分析論證，希望為類似項目施工提供可行性參考。