污水管道非開挖修復設計與分析
——以河濱南路污水管道塌堵修復工程為例

王濤WANG Tao

（科設勘察設計有限公司，廈門 362000）

0 引言

由于城市的污水管道使用年限延長，很多城市污水管道即將進入服務周期末期，但是，因為管道處于地下，導致管道的各類缺陷多且復雜，會經常出現跑、冒、漏等嚴重影響污水管道排污能力的現象，排水管道滲漏還會對道路路基結構安全產生較大影響，各地因排水管道滲漏造成路面塌陷的新聞報道已屢見不鮮，對人們的出行和交通安全造成嚴重的影響，因此需要及時對污水管道缺陷進行養護和修復。

本文以河濱南路污水管道塌堵修復工程為例，通過對該段污水管道進行CCTV 可視化檢驗，發現目前管道缺陷已經對管道的正常運行及周邊路基造成嚴重影響，亟需進行養護和修復。因該段管道處于大同路與河濱南路交叉口處，傳統的開挖修復技術會對周邊地下管線、交通安全及周圍居民、環境有較大影響，而非開挖修復技術具有施工作業時間短、環境污染小、交通影響小等優勢，因此，本段管段選擇采用非開挖方式進行修復。在對該段管道修復前，還需要對管道外周圍的土體進行探地雷達檢測，確定空洞及土體松動的詳細情況，并采取有針對性的處理措施，以保證后續非開挖修復施工安全和修復效果。

1 工程概況

1.1 現狀管道情況

本工程位于河濱南路與大同路交叉口處，該段管道為縣城區污水主干管，上游收集縣城西片區污水后沿河濱南路污水主干管排入縣城污水處理廠，目前道路下污水管道已無法正常過水，導致上游污水無出路而漫溢至路面。河濱南路污水主管道管徑為DN1000，大同路污水支管管徑為DN300。

1.2 污水管道檢測結果

針對河濱南路及大同路損壞污水管道進行CCTV 可視化檢測，根據檢測結果確定該段污水主、支管道存在2級和4 級結構性缺陷，具體如圖1 所示。

圖1 污水管道損壞段平面示意圖

依據《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》CJJ181-2012 中8.3 條相關公式對缺陷等級及養護指數進行分析評估，結果如表1 所示。

表1 河濱南路污水管道缺陷情況表

2 修復方案選擇

2.1 總體方案

目前，排水管道常用的修復方法主要有開挖修復和非開挖修復兩種。開挖修復工藝是路面破除開挖后將原破損管道取出更換新管道，其主要特點為開挖后可直接對管道進行更換，施工質量有保證，但其需開挖路面，會對道路交通等各方面造成許多影響，尤其對于交通要道，交通繁忙地帶。相比于開挖修復工藝，非開挖修復工藝是采用少破除開挖或不破除開挖現狀地面來進行排水管道修復更新的方法，其具有對交通及周邊環境影響小、速度快、施工周期短、施工安全性高等特點。

本工程污水主管道（W2-W1 段）缺陷點位于大同路與河濱南路交叉口，屬于交通繁忙的路口，根據現場踏勘確定現狀道路路面結構良好，相關配套市政公用管線均已完成建設。如若采用開挖修復技術、頂管、拉管或遷改方案，會對地面通行、周邊構（建）筑物及地下管線帶來安全隱患，也會對周邊居民日常生活產生較大影響，而且還會造成公共資源的浪費。從項目工程造價考慮，非開挖修復工藝的單價相比傳統的開挖換管的單價要高，但是開挖換管施工過程中會受到各種復雜環境因素的影響而產生高昂的工程措施費用，例如交通導行、施工圍擋、溝槽支護等，而且開挖換管施工過程中也存在其他地下管線被挖斷的安全隱患。

綜上所述，本段污水主管道采用非開挖修復工藝。

2.1.2 污水支管道總體方案

污水支管道（W2-W3 段）缺陷點位于大同路與河濱南路交叉口交通導流島內，該段管道缺陷長度較短，道路下無其他公用管線且交通導流島具有封閉施工的條件。本段采用開挖翻排管道方案相較于非開挖修復方案來說，具有施工效果好、工程投資低等優勢。

綜上所述，本段污水支管道采用開挖修復工藝。

2.2 非開挖修復工藝選擇

排水管道非開挖修復方法很多，隨著科學技術的進一步發展，以后也會有更多的技術被采用。目前，常用排水管道非開挖修復按技術可分為土體注漿法、嵌補法、套環法、局部內襯、原位固化、螺旋內襯、短管及管片內襯、折疊內襯、涂層法和裂管法等，各類非開挖修復技術及其適用條件詳表2。

表2 各類非開挖修復技術及其適用條件

結合本工程中河濱南路污水管道缺陷類型、等級及周邊現狀情況，選用施工設備小、進度快、施工難度低且施工質量好的紫外光固法作為本項目污水管道的修復方式。

經過設計計算復核，污水管道經紫外光固法修復后，過水斷面依然能滿足使用需求。

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3 修復方案設計

3.1 設計方案

本文主要針對污水主管道（W1-W2 塌堵段）非開挖修復方案進行分析、論證。污水主管道總體修復方案如下：①堵水調水：對W2 上游兩股來水檢查井進行封堵，設置臨時調水泵，將上游的污水暫時調往附近雨水系統。②管道預處理：將待修復管段內的水抽干，采用管內塌陷預處理技術對管道變形塌陷部位進行預處理。③缺陷修復：對W1-W2 整段管道使用CIPP 紫外光固化內襯修復技術對缺陷段管道進行整體結構加固。

3.2 工藝流程

該項目的具體施工工藝流程為：前期管道調查→內襯管道結構設計→堵水及調水→鉆孔壓密注漿→塌方管道清除+鋼套環內襯→管道內襯修復→端口處理→CCTV 檢測驗收→拆除管堵→恢復通水。

3.3 管道非開挖修復設計

3.3.1 紫外光固化原理

紫外光固化修復技術是原位固化法（CIPP）中的一種，是近些年應用領域、實用規模拓展非常迅速的一種非開挖管道修復技術。它是將玻璃鋼制動軟管中浸漬光固性樹脂，在樹脂用量中加入光引發物，然后將其拉入原導管中，并通過充氣膨脹使之更貼近于原導管，通過紫外線成為固化媒介，當通過一定波段的紫外線輻射時，樹脂用量產生凝固反應，從而產生了高強度內襯新管。

紫外光固化法修復前，對原管線進行封閉、引流、清淤等預處理，預處理具體措施根據原管線的評價報告根據不同的問題采取相應的預處理技術。對于裂縫的解決辦法采用注漿封閉裂縫部位，保證修復后管道的密封性。在管線預處理之后，使原污染管線內表面保持清潔，對管線再次進行CCTV 檢查，無影響制動軟管所襯入的表面附著物、尖銳毛刺、突起等問題后方可進行下一步作業。

預處理作業完成后，將軟管拉入待修復原有管道內，對軟管充氣使其膨脹擴張至緊貼原有管道，然后在紫外光燈的作用下固化，形成較高強度的內襯，與原有管道共同抵抗管頂荷載。固化后的內襯管具有較好的抗腐蝕、抗沖洗、抗摩擦性能，耐久性優良，使用壽命完全滿足現有管道原設計剩余使用壽命的要求。

3.3.2 管內塌陷預處理

根據CCTV 檢測結果顯示，W1-W2 段管道破裂塌陷、管道上部形成空鼓，在非開挖修復前需對管道塌陷的地方進行鉆孔壓密注漿，以保證修復施工安全和避免路面出現塌陷。待管道周圍地層固結后，將塌方管道進行清除，利用鋼套環內襯進行預處理。

在W2-W1 方向0.5m 至15m 的方位，采用導管注漿的方式使變形、塌陷部位周圍軟弱土層固結。注漿范圍為管周1m，注漿管直徑為DN40，注漿孔間隔1.0m。

待管道周圍地層固結確認安全后，采用啟動切割工具將變形、塌陷部位管片切割，然后掏出塌陷部位土體，同時內襯鋼管（鋼片拼裝）。鋼套環內襯修復工藝采用厚度為6mm的Q235B 鋼板進行冷彎加工，每環分為兩片，在污水管道內進行焊接連接，以每50cm 為一進尺，在切割完成后立即內襯鋼套管，在鋼套環襯砌完成后對鋼套圈和加固土體之間的縫隙進行注漿，直至塌陷部分處理結束。施工時可從檢查井兩端同時進行清理、掏挖、內襯程序來減少施工時間。

3.3.3 紫外光固化修復

①內襯管設計。本工程采用紫外光固化法對管道進行非開挖技術的修復，內襯管壁的厚度最小值計算公式如下：

式中：t—內襯管壁厚（mm）；Do—內襯管管道外徑（mm）；K—圓周支持率，取值宜為7.0；EL—內襯管的長期彈性模量（MPa），宜取短期模量的50%；C—橢圓度折減系數；p—內襯管管頂地下水壓力（MPa），地下水位的取值應符合現行國家標準《給水排水工程管道結構設計規范》GB50332 的有關規定；N—安全系數，取2.0；μ—泊松比，原位固化法內襯管取0.3，PE 內襯管取0.45；q—原有管道的橢圓度（%），可取2%；DE—原有管道的平均內徑（mm）；Dmin—原有管道的最小內徑（mm）；Dmax—原有管道的最大內徑（mm）。

根據計算，確定本工程內襯管壁厚為11mm。

②管道內襯修復施工順序。原有管道內鋪設墊膜→拉入軟管→固定扎頭→充氣膨脹→放入紫外燈組→紫外光固化→拉出內膜→卸除扎頭→端頭處理。

③施工要點。1）在拉入軟管前應在原有管道內鋪設墊膜，避免磨損或劃傷軟管，墊膜應放置在原有管道底部，且要覆蓋大于1/3 的管道周長，并在原有管道的兩端進行固定。2）沿管底的墊膜將浸漬樹脂的軟管平穩、緩慢地拉入原有管道，軟管的拉入速度應小于等于5m/min，避免拉入過快導致軟管磨損或劃傷。軟管拉入原有管道后，軟管兩端長度應比原有管道長300mm~600mm，軟管需對折放置在墊膜上，同時保證軟管的軸向拉伸率小于等于2%。3）軟管的擴展應采用壓縮空氣，將充氣裝置安裝在軟管的入口端，并且安裝控制和顯示壓縮空氣壓力的裝置，軟管末端亦需安裝調壓閥。壓縮空氣充氣裝置壓力需能使軟管充分膨脹擴張至緊貼原有的管道內壁，壓力值根據產品的使用說明來確定。在軟管充氣前需要檢查各連接處的密封性。4）紫外光固化過程中內襯管內需要保持一定的空氣壓力，使內襯管與原有管道緊密貼合；應根據內襯管管徑和壁厚控制紫外光燈的前進速度；內襯管固化完成后，應緩慢降低管內壓力至大氣壓。5）固化完成后內襯管端口處內襯管與原有管道結合不緊密時，應在內襯管與原有管道之間充填樹脂混合物進行密封，且樹脂混合物應與軟管浸漬的樹脂材料相同。6）內襯管端頭應切割整齊。

4 修復成果

本工程污水主管道經過非開挖修復后，原有變形塌陷管道恢復正常，管道周圍土體得到加固，管道整體結構強度得到加強，管道內表面較之原有管道更加光滑，摩擦系數降低，增加了原有管道過流能力。

管道完成修復2 年多以來，管道上方地面沒有再發生沉降，污水管道運行情況良好，本工程修復質量滿足要求，效果明顯，很好地解決了原有管道缺陷問題。

5 結語

綜上所述，與傳統的開挖修復技術相比較，采用非開挖技術能夠很大程度地保障周圍道路交通、地下管線安全，同時減少對周圍建筑物、環境及居民正常生活的影響。本文通過具體的污水管道塌堵搶修案例，對常用的管道修復工藝、非開挖修復設計過程中的技術難點及要求進行分析、論證，為后續其他同類項目提供參考和幫助。