市政排水管道水泥裂縫損傷非開挖修復技術

李玉萍

（山東積高環境工程有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

市政排水管道外表面水泥裂縫損傷是城市基礎設施維護和管理中常見的問題之一[1]。隨著城市化進程的加快，城市排水管道系統遭受日益增加的壓力和負荷，這使得排水管道外表面水泥裂縫損傷情況愈發突出[2]。這些裂縫損傷不僅可能導致排水管道的泄漏和滲漏，影響下水道系統的正常運行，也可能引發地面塌陷、路面崩坍等安全隱患，給城市運行和居民生活帶來諸多問題。在傳統的維修方法中，開挖維修是一種常用手段，然而，這種方式需要破壞原有路面和地基結構，造成交通阻塞、環境污染和工程成本高昂等問題，對城市社會經濟和居民生活帶來一定的影響[3]。因此，針對市政排水管道外表面水泥裂縫損傷，開發一種非開挖修復技術成為當前亟須解決的問題。

王凱等[4]認為通過添加摻量可以實現對水泥裂縫的修復，將硅灰、膨脹劑以及生石灰按照一定配比，修復觀測到的水泥裂縫，測定修改后的抗壓強度。Zhang C 等[5]根據自愈顆粒與透水晶體添加劑的協同作用，研究水泥修復技術，通過裂紋閉合率和抗壓強度恢復率來評價自愈效率。李麗莎[6]在水泥基材料的基礎上，采用聚合物對水泥基材料改性，以修補水泥裂縫。本文在此基礎上，提出市政排水管道水泥裂縫損傷非開挖修復技術。非開挖修復技術能夠最大程度地減少對城市道路和地下管線的破壞，提高維修效率，并能更好地適應城市化發展的要求。通過研究市政排水管道外表面水泥裂縫損傷的非開挖修復技術，不僅可以有效解決排水管道裂縫損傷帶來的問題，還能提升城市基礎設施的維護水平，為城市可持續發展和居民生活品質提供保障。

1 工程概況

以一個具體的市政排水實際系統為例來介紹相關參數及排水管道外表面水泥裂縫損傷情況。該市政排水系統是某城市的下水道系統，主要用于收集和排放城市內的雨水和廢水。市政排水系統局部示意圖如圖1 所示。

圖1 市政局部排水系統示意圖

以下是該系統的相關參數：

①管道數量：總共有400 條排水管道。

②長度：總長度為200km。

③管徑范圍：管道的管徑從225 ～900mm 不等，以適應不同區域的排水需求。

④材質：主要采用水泥管道、鋼管和塑料管道等材質。

在這個市政排水系統中，由于多種因素的影響，包括地基沉降、溫度變化、水土腐蝕等，導致部分排水管道的外表面出現了水泥裂縫損傷。裂縫的形成可以歸因于多種原因。例如，地基沉降會導致管道受到壓力變化，進而引發裂縫；溫度變化使得管道承受著熱脹冷縮的影響，也容易導致開裂；另外，水土腐蝕也會使得水泥管道表面產生裂縫。裂縫的嚴重程度不盡相同。有些裂縫只是細微的表面開裂，對排水功能影響較小；而一些裂縫可能較寬、較深，可能導致泄漏、滲漏以及地面陷落等更嚴重的問題。

針對這些排水管道外表面水泥裂縫損傷，選擇合適的非開挖修復方法，如注漿修復、碳纖維加固等，可以保護管道的穩定性及排水效率，確保市政排水系統的正常運行，維護城市的基礎設施安全。

2 排水管道外表面水泥裂縫寬度測量

測量上述市政排水管道外表面水泥裂縫寬度通常可以使用激光測距儀。基本原因為利用激光器產生的激光束與水泥管道表面進行反射，通過接收器接收反射光信號，根據光線傳播的時間來計算出管道表面到測量點的距離。在探傷過程中，激光測距儀無需直接接觸管道表面，通過測量反射光束的距離變化，可以檢測出地下水泥管道的裂縫、凹陷等損傷情況，實現精準的非接觸式管道探測和評估。激光測距儀對管道外表面水泥的非接觸探傷的原理圖如圖2 所示。

圖2 激光測距儀對管道外表面水泥的非接觸探傷的原理圖

將喜利得Hilti PD-CS 激光測距儀對準水泥裂縫的兩側，確保激光線垂直于裂縫并能夠完全覆蓋裂縫的兩側。然后，啟動激光測距儀進行測量，儀器會準確顯示裂縫的寬度值[7]。這款Hilti PD-CS 激光測距儀具有高度精確的測量功能，能夠快速準確地測量水泥裂縫的寬度，幫助工程師和維修人員實時掌握裂縫情況，為后續維護和修復提供準確數據支持。使用激光測距儀進行排水管道外表面水泥裂縫寬度測量，不僅簡便高效，而且具有較高的測量精度，是一種常用的現代化測量工具。 Hilti PD-CS 激光測距儀實物圖如圖3 所示。

圖3 Hilti PD-CS 激光測距儀實物圖

喜利得 hilti PD-I 激光測距儀主要技術數據如下：

三腳架螺紋直徑： 1/4 寸

測量范圍： 0 ～100m

準確性： 誤差±1 mm

特點如下：

（1）當測量最短距離時，沒有最低測距；（2）LED 提供清晰地識別測量基準，從而有助于避免測量錯誤；（3）內置360° 的傾斜傳感器適合各種應用可能；（4）非常堅固，適用于苛刻的工地環境；（5）測量快速可靠。

3 排水管道外表面水泥裂縫損傷的注漿技術

在不開挖的情況下，通過鉆眼來完成排水管道外表面水泥裂縫的注漿可以減少對地面和管道的破壞，提高施工效率。具體步驟如下：

（1）勘察定位：首先需要對漏水部位進行勘察，確定水泥裂縫的具體位置和范圍[8]。然后根據具體情況確定施工方案。

（2）Hilti PD-CS 激光測距儀對準水泥裂縫的兩側，準確顯示裂縫的寬度值。

（3）鉆孔[9-10]：使用EP550 便攜式鉆床和Diamond Core Drill Bit（金剛石芯片鉆頭）在漏水區域周圍鉆孔，孔徑為直徑20mm，深度取決于具體情況。鉆孔的位置和間距要經過精確測量和規劃。

在使用EP550 便攜式鉆床和Diamond Core Drill Bit 進行鉆孔的過程中，需要特別注意以下幾個問題：

①安全防護：在操作鉆床時必須戴安全眼鏡、手套和其他適當的防護裝備，以避免發生意外傷害。

②鉆孔位置的選擇：鉆孔位置應該準確測量并規劃，避免損壞管道或其他重要設施，同時確保位置的合適性和穩定性。

③鉆孔深度的控制：鉆孔的深度取決于具體情況，必須根據實際需要進行精確調控，避免超深或不足的情況發生。

④冷卻與潤滑：在鉆孔時要確保金剛石芯片鉆頭保持良好的冷卻與潤滑，以防止過熱導致鉆孔效果不佳或鉆頭損壞。

⑤鉆孔間距的設置：鉆孔之間的距離也需經過精確測量和規劃，確保鉆孔布置合理、均勻，以及達到預期的效果。

⑥清潔工作：在鉆孔完成后，要及時清理現場，清除掉可能堵塞孔道的碎屑和灰塵，確保下一步工作能夠順利進行。EP550 便攜式鉆床如圖4 所示，金剛石芯片鉆頭如圖5 所示。

圖4 EP550 便攜式鉆床

圖5 金剛石芯片鉆頭

（4）清潔孔洞：鉆孔后，需要清潔孔洞，確保孔壁干燥、無污物，以利于注漿材料的粘附和固化。

（5）注漿：選擇注漿材料聚氨酯漿料，通過注漿泵將注漿材料注入鉆孔中，填充水泥裂縫和孔洞。確保注漿均勻充實，填滿所有空隙。

選擇聚氨酯漿料作為排水管道外表面水泥裂縫的注漿材料有以下幾個優點：

①良好的粘結性能：聚氨酯漿料具有優秀的粘結性能，可以有效地附著于水泥表面和填充裂縫，形成堅固的修復層。這有助于提高管道的整體結構強度和耐久性。

②良好的柔性和彈性：聚氨酯漿料具有良好的柔性和彈性，能夠適應管道的微小變形和振動，不易發生開裂或脫落，有利于維持修復層的完整性和穩定性。

③出色的耐久性：聚氨酯漿料具有優秀的耐候性和化學穩定性，能夠抵抗紫外線、酸堿等外界環境的侵蝕，確保修復層長期保持良好的性能。

④優異的防水性能：聚氨酯漿料具有良好的防水性能，能夠有效地阻止水分的滲透和泄漏，提高排水管道的防水性能，降低泄漏和漏水的風險。

⑤施工方便快捷：聚氨酯漿料通常是雙組份或多組份的預混漿料，施工前只需攪拌均勻即可使用，操作簡便、施工效率高，有利于快速完成修復工作，減少對管道使用的中斷時間。

（6）固化養護：注漿完成后，等待注漿材料充分固化。根據注漿材料的要求，進行適當的養護時間，確保修復效果更持久。

4 方法可行性驗證

4.1 水泥裂縫寬度測量結果

通過紅外熱像儀掃描地下管道，在裂縫處常常會有不同的溫度分布，顯示出熱量輻射的差異，從而幫助顯示裂縫修復效果。沿截面高度方向每間隔 10mm 進行裂縫寬度測量并記錄。水泥裂縫可視化結果如圖6 所示。

圖6 水泥裂縫可視化結果

根據圖6 和表1 可知，利用研究方法得到的水泥裂縫顯示結果非常清晰，能夠對裂縫走勢的寬度完成判斷和測量。這說明通過將聚氨酯漿料從孔洞注入排水管道外表面的水泥裂縫中，填充并加固空隙，可以提高管道的整體強度和耐久性。這種注漿法施工相對簡便，不需要開挖地面或拆除原有管道，能有效減少對周邊環境和交通的干擾，同時降低維修成本，并且更環保和經濟。因此，利用這一綜合方法得到的水泥裂縫顯示結果非常清晰，能夠對裂縫走勢和寬度進行精確的判斷和測量。

表1 裂縫沿管道高度方向的寬度/mm

4.2 注漿技術有效性測試

為了驗證進行注漿后管道外表面水泥裂縫是否得到了有效修復，在固化養護1d 之后，在整個排水系統上隨機選擇18 根1m 小段的管道作為測試對象，通過施加一定的水壓來測試地下排水管道的漏水情況。使用水壓泵將管道充滿水，并監測壓力下降情況。如果壓力持續下降，則可能存在漏水點。具體監測結果如表2 所示。

表2 管道壓力監測結果

由表2 的管道壓力監測結果可知，對于隨機選取的18 段1m 長的排水管道來講，其壓力幾乎沒有發生改變，說明管道沒有發生漏水，證明了本文的注漿法具有有效性。

5 結論

本文提出一種市政排水管道水泥裂縫損傷非開挖修復技術，不僅可以迅速修復裂縫，恢復管道的正常使用功能，減少對城市交通和生活的影響，還能夠提高管道的強度和耐久性，延長使用壽命，減少維護成本。主要結論如下：

（1）研究方法得到的清晰水泥裂縫顯示結果可以精確判斷和測量裂縫的走勢和寬度，為管道維修提供了有效的技術支持。將聚氨酯漿料注入排水管道外表面的水泥裂縫，填充并加固空隙，能提高管道的整體強度和耐久性，同時減少對周邊環境和交通的干擾。

（2）所采用的注漿法對水泥排水管道的修復具有顯著效果，有效地解決了裂縫導致的潛在漏水問題。通過壓力監測結果，證實了注漿修復后的管道處于良好狀態，并且沒有出現漏水情況，這為該種修復方案的實用性和有效性提供了強有力的支持。