非開挖技術在排水管道修復中的應用

莊奇翼

（永建設計集團有限公司，福建 廈門 361000）

1 項目現狀分析及存在的問題

本次設計范圍包括高新區內27 條市政道路，污水管道總長37 359.10m，污水檢查井1 335 個。檢測報告共計1 792 個結構性缺陷、226 個功能性缺陷，合計2 018 個缺陷。缺陷情況見表1。

表1 管道結構性狀況

2 管道修復原則

（1）根據項目特點和業主方要求，本方案僅對管道二、三、四級缺陷進行修復。（2）管道損毀長度較短或埋深較淺的，原則上采用開挖更換新管道。（3）橫穿機動車道管存在缺陷的，原則上優先采用非開挖工藝進行修復。（4）管道損毀長度較長或開挖有困難地段，原則上采用非開挖工藝進行修復。（5）管道功能性缺陷如沉積、障礙、殘墻、結垢等，采用機械清通；樹根采用機械清通，破損點采用局部點樹脂固化加固。（6）管道結構性缺陷根據缺陷長度和缺陷等級視情況采用原位固化內襯CIPP、局部點樹脂固化法、短管置換、開挖修復等工藝，具體實施方案結合工藝特點和管道現場施工條件確定。

3 管道修復方式

根據管道缺陷情況和管道承載能力，管道修復方法一般分為開挖修復方式和非開挖修復方式。開挖修復方式即使用挖掘機械開挖溝槽，在管道安裝、修復或置換完成后再回填溝槽。開挖修復方式施工的優點是施工相對便捷、操作直觀，但需要破除現狀路面，對路面結構有一定的損壞，在一定程度上影響道路的使用壽命；同時，開挖修復方式施工時需要占據多幅路面，甚至阻斷道路正常通行、施工工期長，對附近的交通、臨街的商業活動、居民出行造成較大影響。因此，開挖修復方式適用于人口密度不高、施工現場較為寬敞、對交通影響較小的場所。非開挖修復方式避免了開挖修復方式影響路面、影響交通的缺點，但是，操作沒有開挖修復直觀，需要管線探測等相關機器的輔助，對操作人員水平要求更高。常見的非開挖修復方式有以下幾種：

3.1 原位固化法

原位固化法按照軟管進入原有管道的方式不同可分為翻轉式和拉入式兩種工藝。軟管的固化工藝目前包括熱水固化法、蒸汽固化法和紫外光固化法。水翻轉——熱固化法是采用樹脂加熱固化的原理，在不用對修復管道進行開挖的情況下，將未成型樹脂軟管利用水壓或氣壓翻轉至管道內部，然后對管道內部熱水或蒸汽加熱，使樹脂在管道內部固化，在原有破損管道內部形成新的“管中管”的一種新興、高效的管道修復工藝，適用于管徑150～2 200mm 的排水管道、檢查井井壁和拱圈開裂的局部和整體修理。拉入式原位固化法常見的有紫外光固化修復法。紫外光固化修復法是玻璃纖維軟管內襯修復工藝，同樣采用翻轉方式將預制好的軟管襯入管道后固化，材料采用玻璃纖維樹脂，并利用紫外光加熱固化。紫外光加熱固化宜滿足下列條件：管徑小于600mm 的排水管道；管道結構性缺陷呈現破裂、變形、錯位、脫節、滲漏和腐蝕，且接口錯位不大于直徑的15%；管道結構基本穩定；管道線形無明顯變化；管道壁體堅實不酥化。紫外光加熱固化不適用于管道基礎斷裂、管道坍塌、管道脫節口呈倒載式狀、管道接口嚴重錯位、管道線形嚴重變形等結構性缺陷損壞的修理。

3.2 點狀原位固化法

采用原位固化法對管道進行局部修復的方法也稱局部內襯修復工藝。樹脂固化內襯局部修復法是與原位固化法翻轉整體內襯相似的一種技術，其原理是將含有促進劑的特種樹脂涂抹在玻璃纖維材料上，將纖維材料包裹在修復氣囊上，然后放入待修復的管道，定位后充氣，以便含有樹脂的纖維材料緊緊地貼在管壁上，最后采用常溫固化方式使樹脂發生化學反應，最終生成玻璃纖維增強塑料。此方法適用于管徑 200～1 500mm的排水管道，同時，每個病害點的長度不宜超過10cm。點狀原位固化法主要工藝流程如下：首先，將待修復的管道上下緊鄰關口及前一段排水管關口分別用堵水氣囊（即上、下游各個堵水氣囊）堵住，然后對管道進行清淤。其次，用合適的樹脂浸透氈筒繞于氣囊上，在CCTV 機器人的引導下到達要修復的地點，向氣囊充空氣、蒸氣或水，使氈筒和補丁被壓覆在管道上，保持壓力待樹脂固化，氣囊泄壓縮小并拉出管道。最后，用CCTV 機器人進行施工質量檢測。

3.3 不銹鋼內襯修復

不銹鋼內襯修復也稱不銹鋼快速鎖修復。小型管道局部修復專用系統是由沖壓加工成型的高品質不銹鋼套環、專用鎖緊機構和橡膠圈3 部分組成，相較于其他局部修復工藝，可用于任何材質的排水管道和一定壓力的給水管道的局部修復，修復過程無須斷水，操作簡單、可靠高效。此外，對于缺陷沿管道軸向方向長度較大時，可將若干個連續搭接安裝，實現修復，理論上可無限延長。適用管徑：DN150～DN700mm。大直徑管道局部修復是由數控加工的高品質不銹鋼環片、專用鎖緊螺栓和橡膠圈3 部分組成。管道修復施工時，工人進入待修復管道部位，先將不銹鋼環片預拼裝成比管道內徑略小的套環，后將EPDM橡膠圈套在套環外面，然后將套環正確放置在擬修復部位并采用專用安裝工具將快速鎖套環撐開張緊，使套環和橡膠圈與管壁緊密、無縫貼合后將專用鎖緊螺栓鎖死，完成對管道的局部修復。相比于其他局部修復工藝，可適用于任何材質的排水管道和一定壓力供水管道的局部修復。根據直徑的不同，通常由2～3 片不銹鋼管片組成，修復過程操作簡單、結構可靠、效率高。此外，對于缺陷沿管道軸向方向長度較大時，可將若干個連續搭接安裝，理論上可無限延長。適用管徑：DN600～DN1800mm。不銹鋼快速鎖修復有采用氣囊安裝和人工安裝兩種方式，主要工藝流程如下：

（1）采用氣囊安裝的不銹鋼快速鎖應按下列步驟操作：在地表將不銹套筒和橡膠套預先套好，并檢查鎖緊裝置可正常工作；分別在始發井和接收井各安裝一個卷揚機，將快鎖固定在帶輪子的專用氣囊上，然后在CCTV 或QV 的輔助下將氣囊牽拉至待修復位置；在CCTV 或QV 設備的監控下，緩慢向氣囊內充氣，使不銹鋼快速鎖緩慢擴展開并緊貼原有管道內壁，氣囊壓力宜控制在3.5～4.0bar；確認不銹鋼快速鎖完全脹開后將氣囊壓力卸掉并收回。（2）采用人工方式安裝的不銹鋼快速鎖應按下列步驟操作：將不銹鋼環片、橡膠等從檢查井下入并送到待修復位置；到達待修復位置后，先將不銹鋼環片拼裝成小直徑套筒，再將橡膠套套在不銹鋼套上，安裝時橡膠套迎水邊坡朝來水方向；將裝好的不銹鋼快速鎖安放到待修復位置，用專用擴張器對不銹鋼套筒進行擴張，待擴張到橡膠套密封臺基本貼近管壁時，使用擴張器上的輔助擴張絲桿緩慢擴張，在擴張過程中可用橡膠錘環向振擊快速鎖，確認各個部位與原管壁緊貼合后將緊固螺栓鎖死，完成安裝。特別注意，需要人工井下作業時，必須保證井內通風、持續測量井內氣體含量，確保作業環境安全；同時，應保證充分的照明，井下作業照明不宜小于50lx。

3.4 墊襯法工藝

墊襯法工藝是指用速格墊材料預制成與修復管道相配套的內襯墊結構，用機械設備牽引入清理干凈的管道內，向內襯注水或充氣，利用水壓或氣壓將內襯熱撐起，形成管狀結構。速格墊與原管內壁間的空隙進行填充灌漿，灌漿料采用與之配套的漿料。灌漿料固化后，速格墊便通過錨固件與灌漿料形成一個整體，在管內形成新的內襯結構層，達到對原管道的修復作用。墊襯法施工工藝如下：布置施工用地，材料進場、安置施工用水用電等設施設備；對管道內泥砂等雜質進行清理；缺陷預處理：管道結構不滿足相關規范、設計要求時，應先采用相應的方法對管道結構進行加固處理后，再進行墊襯法施工；管道基層經檢測發現較大空洞，存在不穩定等隱患時，應對基層土體進行固化加固處理，管道結構安全時，管內缺陷不影響墊襯法施工、或墊襯法施工后可對缺陷進行修復的，可不作處理；管道結構安全時，管內缺陷影響墊襯法施工，應進行處理，對脫節、破裂、滲漏等可作局部脂固化法進行修復，大管徑可人工進行修復。

4 修復方式選擇

按照管道修復原則，結合現場實際情況和經濟技術分析，本工程對管道缺陷采用的修復方式見表2 和表3。

表2 結構性狀況修復方式

表3 功能性狀況修復方式

據調查，現有管道非開挖修復材料及工藝種類繁多，不同廠家生產工藝略有不同，造成同一種修復方式的修復效果存在差異問題。在實際工程應用中選擇非開挖管道修復方式時，應在遵守非開挖技術指南和相關國家規范的同時，考慮修復材料的實際材質和適用條件，參考以往該工藝在管道修復工程中的恢復、運行情況，慎重選擇修復方式。本工程已竣工驗收，根據竣工驗收情況，本次設計采用的非開挖修復方式修復后的管道運行效果較好，質量符合驗收規范。