城市排水管網改建工程中非開挖修復工藝分析

黃 凱，馬 坤，滕 龍

（山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司，濟南 250013）

隨社會經濟不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程快速提升，城市基礎設施日趨完善，特別是城市排水管網，在城市經濟社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但早期城市排水管網使用年限已久且運行負荷不斷增加，一些排水管道出現(xiàn)老化、損壞、外溢等狀況，排水管網修復與改建工作一直是市政工程日常維護與管理的重點及難點。當前常用方法是開挖后重新?lián)Q管，雖修復較為徹底，但道路開挖會對地面交通運行產生極大影響，且會對電力、燃氣等地下管線造成破壞[1]。為解決此類問題，可采用非開挖修復工藝，占用場地小、修復效率高等優(yōu)勢突出。

1 城市排水管網改建與非開挖修復技術概述

1.1 城市排水管網改建主要內容

對城市排水管道進行升級改造，要先對現(xiàn)有的排水管道情況進行全面的排查，并根據(jù)所掌握信息對現(xiàn)有排水管道存在的病害進行細致了解，這些病害主要有結構病害和功能病害，對這些病害進行檢測要使用視頻檢測法，以更好確定病害位置、病害原因等，后續(xù)升級改造中也能采取有效措施進行處理，若發(fā)現(xiàn)較大的病害還可以采用非開挖修復技術進行解決。具體來說，城市排水管網改建主要內容包含：①對現(xiàn)有排水管道運行情況進行監(jiān)測，并根據(jù)所得監(jiān)測信息對排水管道運行狀況進行分析與評估，對管道中存在的淤泥量也要進行有效估算。②對排水管道中存在的淤泥進行有效清理，并注意細致檢查排水管道實際存在的質量、功能等缺陷，同時融合所掌握信息對管道運行健康情況進行科學評價，并圍繞存在主要問題制定改造修復計劃。③在排水管道監(jiān)測中若發(fā)現(xiàn)存在較大的質量缺陷問題，后續(xù)進行改造修復就要優(yōu)先考慮非開挖修復方式，以防止對人們正常生活出行造成不利影響，并取得較好的修復效果。

1.2 非開挖修復技術的優(yōu)越性

相較于傳統(tǒng)開挖后重新埋管，非開挖修復技術具有以下優(yōu)勢：①技術優(yōu)勢。可以一次性地解決管道不定時泄漏問題，并且能夠保證管道管理安全無隱患；排水管網改建工程中，注重對非開挖修復技術的應用，實際投入成本比較低，大約為新上管道的60%；對非開挖修復技術進行運用，只需要進行局部開挖工作坑，不僅減少了掘路量，而且不會對公共交通環(huán)境造成較大的影響；運用非開挖修復技術進行管道連接較為方便，并且不需要進行養(yǎng)護，可以即修即投，整個施工周期也比較短；排水管網改造施工可以采用非開挖修復技術的類型比較多，并且針對不同類型工藝技術適用情況也不盡相同，根據(jù)工程實際對這些修復技術進行合理選用，可以取得較好施工效果，并確保排水管網實際運行效能。②施工優(yōu)勢。開展排水管網非開挖修復施工，對交通擁擠的生活區(qū)和商業(yè)區(qū)造成干擾比較小；實際開展施工可以對待修復管線的路由進行有效利用，也就不再需要對路由重新進行申請，相應施工周期也會進一步縮短；非開挖修復施工技術應用，實際操作暴露面比較小，無形中也提高了施工安全性。

1.3 城市排水管網改建非開挖修復技術應用現(xiàn)狀

盡管人們開展城市排水管網改建工作時已經認識到非開挖修復技術應用的優(yōu)越性，但是實際施工中也暴露出許多問題，無法保障城市排水管網改建修復取得理想的效果，這些問題主要表現(xiàn)：①不夠重視前期工作，城市排水管網改建施工對非開挖修復技術進行應用之前，需要采用視頻檢測法對排水管道實際運行情況進行監(jiān)測分析，針對排水管道存在的質量、功能缺陷能及時發(fā)現(xiàn)，然后結合所了解到的管道具體情況選用合適的非開挖修復技術，促使這些問題得到切實解決。但是從實際來看，城市排水管道改建工程施工中，對非開挖修復技術進行運用，對前期排水管道運行情況監(jiān)測分析、結合實際合理選擇非開挖修復技術、制定可行性高的施工方案等工作沒有得到足夠的重視，不僅會對城市排水管網改建工程施工順利進行造成極大影響，還不利于非開挖修復技術應用優(yōu)勢充分發(fā)揮。②工藝操作要點把握不足，排水管網改造施工中，可以選用的非開挖修復技術類型比較多，比如紫外光固化內襯修復技術、管片內襯法修復技術等，針對不同非開挖修復技術應用，其施工操作要點也不盡相同，實際作業(yè)若出現(xiàn)未嚴格按照工藝流程和標準規(guī)范進行操作情況，就無法保障最終管道施工質量，并為其穩(wěn)定可靠運行埋下諸多隱患。從實際情況來看，施工作業(yè)人員對非開挖修復技術進行運用，對工藝技術實施流程和操作要點把握還不足，尤其是在重點作業(yè)環(huán)節(jié)，還經常出現(xiàn)操作失誤、銜接不當?shù)惹闆r，極大影響到排水管網改建施工效果。

2 城市排水管網改建施工常用非開挖修復技術

常用非開挖修復技術適用情況見表1。

表1 常用非開挖修復技術適用情況對比分析

2.1 紫外光固化內襯修復

紫外光固化是利用紫外光作為固化媒介，樹脂中含有光引發(fā)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。經修復后斷面損失比較少，而且表面呈現(xiàn)出光滑狀態(tài)，管道構造和完整功能得到進一步增強，管道內部修復施工中還可加裝攝像頭，開展實時監(jiān)控和動態(tài)控制作用[2]。作業(yè)前，需對管道進行全面細致了解，制定針對性修復施工方案，施工時若存在沉積、障礙物等功能性缺陷，要先采用高壓清洗吸污車對管道進行疏通處理；然后再將修復型的材料放入有問題的管道中進行修復處理，完成修復施工后也要注意對管道兩端及附屬支線進行有效處理；最后開展通水檢測，檢驗修復施工質量。

2.2 螺旋纏繞法

螺旋纏繞法的工作原理主要是將管道修復專用纏繞機放置到問題管道前后端管口，并運用事先準備好的帶狀塑料管材，在問題管道內纏繞旋轉成一條新管，整個過程不僅實現(xiàn)了施工上的非開挖，而且施工作業(yè)對管內環(huán)境要求較低。實際作業(yè)過程中，無需對管道進行封堵作業(yè)，且施工途中可隨時暫停，適合復雜工況管道修復。施工前，要對問題管道進行詳細了解，具體包括管道長度、檢查井長度、問題管道直徑、管道實際埋深、周邊管道及建構筑物等基本信息，現(xiàn)場核查無誤后，對問題管道進行有效清洗。利用纏繞機具從檢查井一端進行帶狀塑料管纏繞，待纏繞至管道的另一端檢查井時，將兩端固定住，并施加一個向外拉的作用，使管道向四周擴張，直到塑料管材與問題管道緊密貼合為止。最后在鋼線空隙中灌入泥漿使之成為一個整體的管道，設備撤出管道以后，及時開展浸水試驗，檢驗問題管道修復施工質量[3]。

2.3 點狀原位固化法

點狀原位固化法的工作原理是在問題管道缺陷位置使用氣囊擴張法，即使用玻璃纖維織物在管道缺陷位置貼緊，在固化以后取得短管內襯全包圍性局部修復。由于該項非開挖修復工藝適用范圍比較廣，使得這項工藝成為無法下井展開修復作業(yè)管道的最優(yōu)選擇，無施工垃圾、保證車輛通行及節(jié)省資源等優(yōu)勢十分明顯[4]。操作中，首先要保證施工材料、人員配置、施工機械設備等，能夠切實滿足實際管道修復施工要求，然后對問題管段的兩端進行封堵作業(yè)，并在無流水溢出后對管內存在缺陷進行預處理。待完成這些準備工作后，將內襯管繞到氣囊上，到達管道缺陷地點后，使內襯材料膨脹并緊貼到問題管道缺陷位置。待樹脂穩(wěn)定固化后，再將泄氣氣囊拉出管道，最后撤出封堵氣囊并對施工質量進行檢測，直到確定修復質量達標為止。

2.4 管片內襯法

管片內襯法的工作原理是以問題管道作為承載體，使用觸碰相連方式，利用機械設備牽引內襯管片進入到問題管道內部，通過加熱塑化、冷卻固化，實現(xiàn)管道有效修補，并將待修管道有效連接為一個整體。由于該工藝修復程序多且持續(xù)時間長，對排水管道的適用情況提出較高要求，實際操作也只有在管道流量較小的時候才能夠進行修補作業(yè)，不過采用管片內襯法修復以后的問題管道，無論是結構性能，還是運行負荷，都會得到進一步增強。經修復后，接口連接處無需用水泥澆筑，有效降低對周邊管道的影響[5]。具體操作中需要對問題管道進行前期排查，準確把握管徑、管材、埋深和周邊施工條件等基本情況以后，使用氣囊對管道兩端進行封堵，然后通過操作桿進入到管道底端，使之對需要更換的管材進行定點、定位和拉引。在達到下一個檢查井后，要將操作桿進行移除，并將準備好的膨脹設備與之進行連接。在牽引機作用下將管材拉入到舊管道中，以此實現(xiàn)管道有效更新。最后使用高溫高壓介質使其膨脹貼緊，并對封堵排水和施工質量進行解除、驗收。管片內襯工藝如圖1所示。

圖1 管片內襯工藝

3 實際工程案例

3.1 工程概況

某城市排水管網改擴建工程，包括3個老舊片區(qū)雨污水管道分流改造、重點排水戶建檔及接駁口排查等內容，實際施工面積共計80.2 km2。由于該范圍現(xiàn)有市政排水管網長度約為2 500 km，包括污水管網900 km和雨水管網1 600 km，采用CCTV、潛望鏡、聲納等儀器設備對排水管道進行檢測，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域地下管道多為?300～1 000 m管道，管材大部分為鋼筋混凝土管和PVC管，管道缺陷主要為結構性缺陷和功能性缺陷，前者主要有破裂、變形、腐蝕和錯位等，后者包括沉積、污垢、浮渣等，由于這些區(qū)域交通較為繁忙，采用開挖修復技術進行施工，占地面積較大，并且會對人們正常生活出行帶來不利影響，涉及的其他燃氣、電力等地下管道也會遭到一定破壞，經過多方考量最終決定采用非開挖修復技術進行施工操作[6]。

3.2 非開挖修復工藝

3.2.1 非開挖修復技術應用前準備

為保證非開挖修復作業(yè)效果，需做好以下準備工作：①清理管道，采用高壓水對原管道中雜物、污垢等進行清除，針對出現(xiàn)的無法去除異物，可采用銑刀機器人切除，工作過程若發(fā)現(xiàn)管道有嚴重滲漏水情況，要及時采用注漿法進行堵漏，對于出現(xiàn)的變形、坍塌等部位，也要及時進行注漿加固和套鋼環(huán)，在上述處理均達標以后，才能夠開展非開挖修復處理作業(yè)。②調水封堵，調水和封堵是城市排水管網改建施工中的重要控制工序，為保證作業(yè)環(huán)境安全，施工區(qū)域需進行有效封閉和圍擋，作業(yè)時要注意開井通風，具體可先用鼓風機強制通風。待確定檢查井中氣體檢測達標后，正式開展非開挖修復施工作業(yè)，針對上游管段可布設2個堵頭，下游布設1個堵頭，使用水泵將需要修復管段中的水抽取到檢查井中。③管道檢測，要確保非開挖修復技術的實際運用效果，開始修復前還要注意對管道現(xiàn)狀進行全面細致檢查，該工程項目主要采用了QV檢測技術，通過對原管道進行內窺檢測，其縱向深度可達到100 m[7]。

3.2.2 非開挖修復技術施工操作要點

（1）紫外光固化內襯修復技術。實際操作要點在于：①拉入軟管，先在原管道內部鋪設1層墊膜，發(fā)揮降低軟管拉入摩擦系數(shù)和保護軟管免受磨損作用，操作中要注意沿鋪設在管底的墊膜，使軟管緩慢、平穩(wěn)地進入到原管道當中，整個過程拉入速度要控制在5 m/min左右。②綁扎扎頭，待軟管進入原管道后，對扎頭進行及時綁扎，并且扎頭要小于管道的直徑，由于該工程項目中的一些井口比較小，無形中增加了扎頭綁扎的困難程度；為保證施工順利進行，可以先對組裝的扎頭進行拆除，并在放入檢查井后再進行2次組裝。③充氣固化，完成扎頭綁扎工作后，將燈架放入到軟管中，并不斷加大壓力，然后開啟紫外光燈和按照一定速度拉回燈架，使軟管逐步完成固化，整個過程中要保證內襯管內部存在一定壓力，使之能夠與原管道進行密切接觸，執(zhí)行時還可以在燈架前安裝攝像頭，并通過計算機對內襯管道的固化過程進行實時監(jiān)控，針對出現(xiàn)的問題也能及時處理，最終內襯修復質量也能得到有效保障。④切除縮徑部位，軟管固化完成后，對管道內部壓力進行緩慢釋放，直到與周圍壓力保持相當，卸掉扎頭、取出燈架并切除縮徑部位，經過檢測達到修復標準要求以后，可恢復通水[8]。

（2）破碎法脹管施工技術。采用破碎法脹管施工技術對排水管網進行修復作業(yè)，需在地面上安裝液壓動力設備，并在井內安裝導向滑輪系統(tǒng)；在修復管段時穿入鏈條，將稍大于原管道管徑的脹管頭放入到工作井中，使之與鏈條緊密連接；最后啟動液壓動機設備，使其嚴格按照設定好的工作軌跡進行前進，操作中要保證脹管頭穩(wěn)定工作。針對舊管道周圍的井墻、流槽等設施，則要提前拆除，并在后部接上之前加工的50 cm左右的實壁管，同時采用熱熔法對其進行連接，可實現(xiàn)腐蝕、破碎和漏水等排水管道有效修復[9]。

3.3 整體施工取得效果分析

在該城市排水管網改建工程中，通過對非開挖修復技術的使用，特別是對部分問題管段采用了紫外光固化內襯修復技術和破碎法脹管施工修復技術，整個施工達到了修復施工、國家和行業(yè)質量驗收標準，并且一次驗收合格率為100%，切實保證了城市排水管網運行的安全和穩(wěn)定[10]。

4 結束語

城市排水管網改建施工中，對非開挖修復技術加以運用，不僅可以提高工作效率和保證實際修復質量，還能避免給周圍人們正常生活和出行帶來不利影響，實際操作中要想取得這一理想效果，就要對城市排水管網問題管道的基本情況進行細致了解，并因地制宜地選擇合適非開挖修復工藝進行施工操作，以促進修復目標更好達成，城市排水管網穩(wěn)定、可靠運行也能得到切實保障。