排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)在市政管養(yǎng)中的應(yīng)用分析

田 豐

(合肥市新站高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)城市管理局,安徽 合肥 230000)

0 引 言

近年來,排水管道系統(tǒng)隨著我國(guó)城市市政系統(tǒng)的迅速發(fā)展而逐步完善,貫穿城市的大街小巷,但排水管道施工時(shí)間不同,疏于排水管網(wǎng)維護(hù),造成部分管道接口泄露、接頭松動(dòng)、錯(cuò)位等。排水管道連接松動(dòng)會(huì)有縫隙,管道周圍的泥土進(jìn)入管道,在沒有土壤支撐的情況下管道會(huì)下沉,管道接口錯(cuò)位,在承受外力時(shí)不均勻,容易產(chǎn)生裂縫,導(dǎo)致管道緩慢變形。排水管道缺陷導(dǎo)致道路坍塌、水環(huán)境污染,增加處理成本等[1-3]。

當(dāng)前,中國(guó)城市地下排水系統(tǒng)長(zhǎng)期存在“重建設(shè)輕養(yǎng)護(hù)”的情形。雖然采用開挖修復(fù)的方式相對(duì)簡(jiǎn)單,直接建設(shè)費(fèi)用較低,但在多數(shù)情況下,開挖方法會(huì)給社會(huì)帶來許多負(fù)面影響[4,5]。例如開挖時(shí)交通車輛和行人的混亂,以及施工人員的安全,修復(fù)后道路使用壽命的降低等。管線位置的特殊性帶來了修復(fù)方式的局限性,而非開挖修復(fù)技術(shù)使管線修復(fù)和妨礙城市交通之間的矛盾達(dá)到了平衡。

1 國(guó)內(nèi)外非開挖修復(fù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

1971年,英國(guó)最早研發(fā)出排水管道非開挖修復(fù)技術(shù),即CIPP翻轉(zhuǎn)法和滑動(dòng)襯里法。在進(jìn)行排水管道修復(fù)的過程中,首先需要檢測(cè)埋地管道損壞的位置和損壞情況,因此應(yīng)用了閉路電視(CCTV)檢測(cè)管道的檢測(cè)方法。20世紀(jì)80年代,排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)在英國(guó)得到廣泛應(yīng)用,并逐步推廣到全球,各種非開挖修復(fù)技術(shù)施工方法標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。90年代,西歐、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家開始廣泛使用該技術(shù),其良好的可加工性和經(jīng)濟(jì)性得到世界范圍的認(rèn)可。日本創(chuàng)立了“管道再生方法與技術(shù)協(xié)會(huì)”,組成各種非開挖修復(fù)技術(shù)協(xié)會(huì)[6]。該協(xié)會(huì)統(tǒng)一了技術(shù)術(shù)語(yǔ),聯(lián)合舉辦了技術(shù)研討會(huì)等。在日本,翻轉(zhuǎn)襯里技術(shù)和牽引技術(shù)經(jīng)過大量工程實(shí)踐已經(jīng)非常成熟,一些公司也參與研究,創(chuàng)新了非開挖修復(fù)技術(shù)。而在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,非開挖技術(shù)的建設(shè)量已占所有地下管道工程的10%,個(gè)別城市如柏林市已達(dá)到40%。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)于1998年首次引進(jìn)非開挖修復(fù)技術(shù),該技術(shù)在我國(guó)起步相對(duì)較晚,還需要進(jìn)一步完善。目前北京、上海、廣州等大中型城市在應(yīng)用排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)。以上海為例,管道非開挖修復(fù)年投資金額已達(dá)2 000萬(wàn)元,而且投資還可能會(huì)進(jìn)一步加大。國(guó)內(nèi)排水管道修復(fù)工程已成功采用減少HDPE管道修復(fù)技術(shù)、短管內(nèi)襯焊接修復(fù)技術(shù)、轉(zhuǎn)CIPP內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)和機(jī)械系統(tǒng)螺旋管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)等多種非開挖技術(shù),尤其是轉(zhuǎn)CIPP內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用[7]。2013年4月,《上海市城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)實(shí)施指南(試行)》由上海市水務(wù)局發(fā)布,該文件詳細(xì)介紹了各種非開挖修復(fù)技術(shù)的工藝特點(diǎn)和適用范圍等。我國(guó)還向全國(guó)主要城市制定了城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的技術(shù)法規(guī),非開挖修復(fù)技術(shù)在我國(guó)正處于蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期[8]。

2 排水管道非開挖技術(shù)介紹

根據(jù)修復(fù)范圍,排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)可分為輔助性修復(fù)、局部性修復(fù)和整體性修復(fù)三大類。

輔助性修復(fù)往往與其他非開挖修復(fù)技術(shù)配套使用,作為非開挖修復(fù)的預(yù)處理方法,可保證管道及路基在搶修過程中的穩(wěn)定。

局部性修復(fù)是利用非開挖技術(shù)修復(fù)管道局部缺陷的一種方法,該方法主要針對(duì)局部的管道內(nèi)部破裂、滲漏等結(jié)構(gòu)性缺陷,與整體修復(fù)相比更為經(jīng)濟(jì)。常見的局部修復(fù)技術(shù)包括局部樹脂固化、不銹鋼泡沫筒、雙環(huán)和局部現(xiàn)場(chǎng)固化修復(fù)技術(shù)等。

整體性修復(fù)是指在開挖或少量開挖的情況下,對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)的一種施工方法。CIPP內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、內(nèi)襯螺旋纏繞修復(fù)技術(shù)、短管內(nèi)襯修復(fù)焊接技術(shù)、折疊牽引內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、水泥基聚合物涂層修復(fù)技術(shù)等是整體修復(fù)方法中較常用的方法。目前,世界上80%的非開挖修復(fù)技術(shù)是CIPP內(nèi)襯修復(fù)技術(shù),該技術(shù)是1971年由英國(guó)發(fā)明的。

3 不銹鋼泡沫鋼瓶修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介

非開挖設(shè)計(jì)主要采用不銹鋼發(fā)泡瓶修復(fù)工藝,現(xiàn)將有關(guān)工藝介紹如下:不銹鋼發(fā)泡鋼瓶工藝產(chǎn)自加拿大,針對(duì)不開挖就地修復(fù)的管道破裂、漏水、漏泥等專業(yè)方法,能有效強(qiáng)化,避免泥漿密封;耐用,不會(huì)脫落對(duì)截面造成影響;不銹鋼泡沫筒的寬度在400～600mm,適用于直徑在300mm到1 500mm之間輕度/中度管道泄漏,不適用于嚴(yán)重?fù)p壞的管道。直徑小于800mm時(shí),需要管道專用TV內(nèi)窺鏡檢測(cè)設(shè)備輔助;當(dāng)直徑大于800mm時(shí),需要人工輔助修復(fù)。

如果空間口徑大,便于工人進(jìn)入管道施工,人工輔助修復(fù)成本低。如果修復(fù)管道直徑在400mm到800mm之間,建議使用人工輔助修復(fù),相關(guān)修復(fù)工藝如下:

(1) 為保障長(zhǎng)期在管道內(nèi)工作的維修人員的安全,在操作前,要對(duì)管道進(jìn)行停水清洗,檢查管道內(nèi)的氣體是否安全,將危險(xiǎn)完全排除。

(2) 接口處漏水或管路破裂,可做一些水封、泥漿密封或其他預(yù)處理,然后將不銹鋼泡沫筒擺動(dòng)至接口處,在需要維修的管道上做一些維修施工。

不銹鋼發(fā)泡筒的最外層是吸附材料,上面涂有特殊的發(fā)泡劑;中間層是特制的鋼桶,卷曲的桶在維修過程中通過膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹,當(dāng)不銹鋼桶與管壁緊密貼合時(shí),桶上的定位卡將桶鎖住,可保證膨脹收縮后不反彈,再將樹脂漿注于規(guī)定時(shí)間內(nèi)使其發(fā)泡,從而使不銹鋼桶和吸附材料及管路渾然一體,不銹鋼泡沫筒和土壤周圍的所有破裂縫隙被完全填滿,可加強(qiáng)支撐和長(zhǎng)期徹底檢查泥水和泥漿密封,發(fā)泡膠固結(jié)數(shù)小時(shí)后即可澆水。

不銹鋼泡沫鋼瓶修復(fù)技術(shù)在一定程度上會(huì)減少管道斷面,造成管道回水,在管道較小坡度處易淤積,因此,該技術(shù)不適用于較小坡度的管道處。

4 給排水施工非開挖技術(shù)的應(yīng)用范圍

4.1 管道修復(fù)技術(shù)

在城市道路施工給排水非開挖技術(shù)的施工過程中,需要對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)、更換、維修,從而保證管道的安全。管道修復(fù)技術(shù),主要是對(duì)發(fā)生損壞和泄漏的管道進(jìn)行修復(fù),使其能夠正常使用。對(duì)于管道的修復(fù),通常采用外防腐修復(fù)技術(shù)和內(nèi)修復(fù)技術(shù)兩種方法。采用水壓和氣壓襯里材料,將復(fù)合軟管翻轉(zhuǎn)襯在管道內(nèi)壁進(jìn)行翻轉(zhuǎn),然后通過熱水和蒸汽使其更加堅(jiān)硬,從而更好地修復(fù)管道內(nèi)壁。管道修復(fù)時(shí),可以采用PE材質(zhì),它具有良好的使用特性,對(duì)舊管道內(nèi)襯的修復(fù)有一定的作用。管道修復(fù)采用PE材質(zhì),采用高壓抓水技術(shù),對(duì)管道內(nèi)部的污垢和雜質(zhì)進(jìn)行沖洗,去除管道內(nèi)部的污垢,保持管道的清潔,使管道恢復(fù)到原來的狀態(tài)。對(duì)于管道的修復(fù),也可以采用這種技術(shù),從而使不銹鋼模襯提高管道的使用壽命,增強(qiáng)它的耐腐蝕性。

4.2 管道更換

對(duì)于城市道路管線的更換,通常采用爆破法。事實(shí)上是使用錐管工具,插入到需要更換舊管道,使用推力打破管道,從而達(dá)到管道斷裂破碎的目標(biāo),管碎片落進(jìn)周圍的土壤,新管通過張力和推力放置到原始位置,從而完成管道的更換。在微巷道掘進(jìn)法中,也稱原位管道置換法。

管道置換法主要是利用專用的隧道掘進(jìn)機(jī),沿著舊管的方向進(jìn)行操作,然后安裝直徑較大的管道。此法可以提高管道輸送能力,主要適用于地下埋深較大的排污管道。管道更換非開挖技術(shù)可以根據(jù)管道的特點(diǎn)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段,以方便管道的更換。

4.3 管道鋪設(shè)

管道敷設(shè)采用非開挖技術(shù)施工,在操作過程中,利用導(dǎo)軌和頂鐵將液壓千斤頂上的泥土及管內(nèi)的泥土清除干凈。第一段管一路進(jìn)土,第二段管繼續(xù)進(jìn)土作業(yè),隨后循環(huán)將所有的土進(jìn)土并使界面連接,從而完成管道敷設(shè)。非開挖技術(shù)特別適用于涉及湖泊、河流及古建筑的管道修復(fù)。采用非開挖技術(shù),管道敷設(shè)可以提高工作效率,減少工作時(shí)間,方便工作人員操作,對(duì)環(huán)境影響小,不會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲和粉塵。

5 給排水非開挖施工技術(shù)的應(yīng)用

5.1 非開挖技術(shù)在新管道敷設(shè)中的應(yīng)用

城市道路施工給排水施工過程中,采用非開挖技術(shù),主要采用水平定向鉆進(jìn)法、錘擊法、頂管作業(yè)鋪設(shè)新管道。舊管道維修主要采用就地固化法和纏繞法進(jìn)行操作。

5.1.1 水平定向鉆井方法

水平定向鉆井法,是一種比較常見的新型管道敷設(shè)技術(shù),無(wú)須開挖就能實(shí)現(xiàn)管道敷設(shè)。水平定向鉆井方法是在控制技術(shù)和鉆井技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與新技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而成的一種非開挖技術(shù)。水平式鉆孔法的工作原理是,根據(jù)管道已經(jīng)架起的管線,利用楔形鉆孔器配合,將鉆桿埋入地面,然后按照規(guī)劃的方向,通過計(jì)算機(jī)控制,繞過障礙物向前推進(jìn),直到到達(dá)目的地。在這種情況下,有必要拆下鉆頭并安裝一種特殊類型的合適的回位鉸刀,使其能夠完成鉆取鉆桿至所需直徑,將鉆桿用于敷設(shè)孔入口,從而避免在操作過程中,因空間不足而造成鉆桿磨損或損壞。在鉆孔作業(yè)過程中,需要注意加入化學(xué)泥漿,防止在鉆井施工過程中發(fā)生垮塌。水平導(dǎo)向鉆孔法的工作主要有:施工準(zhǔn)備—測(cè)量定位—鉆孔機(jī)就位—導(dǎo)向鉆孔—擴(kuò)孔—拉管—檢查砌體—工作坑回填—地貌回收。工程建設(shè)中使用的主要機(jī)械設(shè)備有導(dǎo)向鉆床、導(dǎo)航儀、輔助增壓裝置、管道探測(cè)器、電探測(cè)器、夯擊設(shè)備等。臥式鉆孔法,可對(duì)PVC管、PE管等管道進(jìn)行剛性連接。需要注意的是,在鋪設(shè)管道之前,需要對(duì)地面上的管道進(jìn)行連接。鉆孔的最遠(yuǎn)距離為800m,導(dǎo)向定位系統(tǒng)可勘測(cè)最深層次為30m,在此范圍內(nèi)開展施工作業(yè)。水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法的主要優(yōu)點(diǎn)是在施工中遇到問題時(shí)可以及時(shí)處理并加以簡(jiǎn)化,從而保證工程的正常施工。如果在鉆孔擴(kuò)孔的過程中遇到了巨大的石塊等障礙物,這時(shí)會(huì)導(dǎo)致通道不能形成直線,需要重新沖孔操作,新的沖孔不會(huì)導(dǎo)致材料損失。

水平方向鉆孔法,具有一定的局限性,對(duì)施工場(chǎng)地有較高的要求,需要敷設(shè)管道留有一定的空間,要放置鉆孔和下一管坑開挖。如果與建筑物的距離很近,并且沒有下方開挖的區(qū)域,則不宜采用水平導(dǎo)向鉆孔法敷設(shè)新管道。

5.1.2 錘擊法

錘擊法,主要是使用氣動(dòng)夯錘錘擊,需要敷設(shè)埋在地層中的鋼管。需要注意的是,氣動(dòng)夯錘錘擊需要使用頻率低,沖擊大。我國(guó)使用的夯擊設(shè)備,主要是國(guó)外進(jìn)口的,可鋪設(shè)直徑2m以上范圍。

長(zhǎng)度小于100m的各類鋼管,與水平導(dǎo)向鉆井方法相比,沖塞方法相對(duì)較低。只需要能進(jìn)下一根鋼管即可,可以有效鋪設(shè)直徑較大的鋼管,且操作簡(jiǎn)單,效率高。使用錘擊法進(jìn)行施工時(shí),需要用到的主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)阻力、夯錘等。在操作過程中,后期的鋼管主要是承擔(dān)鋼管錘的作用,然后通過鋼管的動(dòng)力到前面的鋼管靴上盜取土塊,操作過程中需要克服鋼管和土體的作用力作用,將鋼管埋入地面。用預(yù)埋鋼管將泥土切割入鋼管中,將第一段鋼管放入地下,第二段鋼管繼續(xù)預(yù)埋,做鋼管之間的連接接口,直到最后一段鋼管完全預(yù)埋,再用壓縮空氣、螺旋鉆鋼管或人工開挖的方法,將鋼管中的泥土清除干凈。

5.1.3 頂管法

頂管法是一種非開挖技術(shù),這種技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)后的研發(fā)技術(shù),它可以在直徑600～4 000mm的管道內(nèi)敷設(shè)。較早時(shí)頂管法作為一種特殊的敷設(shè)方法,使用起來并不容易。目前頂管的使用比較普遍,并得到了業(yè)主的認(rèn)可。隨著社會(huì)的進(jìn)步,頂管法的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。它的應(yīng)用范圍主要包括水管、燃?xì)夤艿酪约半娏﹄娎|,未來的應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)不斷擴(kuò)大。頂管法具有一定的優(yōu)勢(shì),它可以在不破壞交通的情況下方便城市交通的施工。它對(duì)交通的影響較小,對(duì)于城市道路的建設(shè)非常重要。

5.2 非開挖技術(shù)在舊管道修復(fù)中的應(yīng)用

5.2.1 就地固化法

非開挖技術(shù)在舊管道修復(fù)中的應(yīng)用促進(jìn)了管道修復(fù)行業(yè)的發(fā)展,節(jié)省了管道修復(fù)的時(shí)間和成本,為管道修復(fù)工作帶來了極大的便利。就地固化法主要用于下水管道修復(fù)。

就地固化法最初只是作為一種常見的管道施工方法,在不破壞土壤的情況下對(duì)管道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。隨著社會(huì)的發(fā)展,這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)得到了應(yīng)用,并在此基礎(chǔ)上發(fā)展為我國(guó)最常用的管道維修方法。就地固化法,可以對(duì)不同形狀和不同尺寸的管道進(jìn)行修復(fù)處理。現(xiàn)場(chǎng)固化方法適用于直徑在100～3 000mm的管道,其工作原理主要是在舊管壁上涂上一層液體熱固性樹脂,利用熱固化劑與舊管壁形成一層緊密結(jié)合的黏膜,進(jìn)行封閉修復(fù),增強(qiáng)管道過流。采用就地固化法進(jìn)行管道修復(fù),可將管道的使用壽命延長(zhǎng)30～60年。采用就地固化方法,能夠?qū)濐^、變徑管道進(jìn)行修復(fù),修復(fù)長(zhǎng)度可在數(shù)千米。緊密附著在墻面上的樹脂材料,可以承受管道的臟水污染,可適用于含高濃度化學(xué)物質(zhì)的污水管道。

5.2.2 纏繞法

纏繞法主要是用聚氯乙烯或高濃度聚乙烯設(shè)置母棒材和t形棒材的邊。然后將管機(jī)做成螺旋狀,放入管件內(nèi)嵌鎖,并用硅膠密封。在混凝土與螺旋管之間需要注入水泥漿,此操作需要在管后進(jìn)行。

纏繞法的具體操作流程為:準(zhǔn)備—清理管道—cctv檢測(cè)繞線機(jī)到位—加潤(rùn)滑劑—管子繞線到位—張緊鋼絲—縫漿—支管—cctv檢測(cè)—洪水試驗(yàn)。采用纏繞法進(jìn)行管道維修,在法國(guó)、日本、德國(guó)已得到廣泛應(yīng)用,我國(guó)有一些地區(qū)也開始采用這種方法,且效果較好。纏繞法適用于管道的直徑在150～2 500mm,管道的長(zhǎng)度在300m左右,對(duì)于各種類型的污水管道,都可以進(jìn)行修理。纏繞法用于污水管道的修復(fù)具有良好的發(fā)展前景。

6 結(jié)束語(yǔ)

排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)可以有效減少對(duì)交通、環(huán)境及周邊設(shè)施的影響,特別是在一些不能直接開挖的特殊區(qū)域,只有采用非開挖技術(shù)才能解決管道修復(fù)問題。

雖然非開挖法修復(fù)的直接費(fèi)用比開挖法要高,但深入研究表明,非開挖法的單位平均成本(6 624元/m)強(qiáng)于開挖法(9 425元/m)。目前,我國(guó)的非開挖修復(fù)技術(shù)還處于發(fā)展階段,非開挖修復(fù)技術(shù)不夠成熟,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不夠完善。為此,加大非開挖修復(fù)技術(shù)推廣力度,加快制定中國(guó)市政工程非開挖修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,使非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大,進(jìn)而逐步提高我國(guó)非開挖修復(fù)技術(shù)水平非常必要。