水環(huán)境治理管道非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究
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［摘要］介紹管道非開挖修復(fù)方法，闡述固化內(nèi)襯、短管及管片內(nèi)襯、螺旋管內(nèi)襯、牽引內(nèi)襯、涂層內(nèi)襯等方法的原理和工藝。結(jié)合九江十里河沿線水環(huán)境綜合治理項目，對比不同管道非開挖技術(shù)的適用性，最終選擇熱水固化和紫外光固化法作為非開挖修復(fù)方法，這兩種方法不影響交通、鋪管速度快、效率高、無環(huán)境破壞、不影響人們正常工作生活，取得良好的經(jīng)濟和社會效益。
［關(guān)鍵詞］地下工程;管道;水治理;非開挖修復(fù)
1非開挖整體修復(fù)方法的研究
非開挖整體修復(fù)是對2個檢查井間的管段進行整段加固修復(fù)，對管道內(nèi)部破裂、變形、滲漏、脫節(jié)、錯位、膠圈脫落、異物穿入等進行整體修復(fù)，達到修舊如新的效果。整體修復(fù)包括固化內(nèi)襯、短管及管片內(nèi)襯、螺旋管內(nèi)襯、牽引內(nèi)襯、涂層內(nèi)襯等方法。
1.1固化內(nèi)襯
原位固化法(cured-in-placepile，CIPP)是當前使用較廣泛的非開挖管道修復(fù)技術(shù)，將CIPP軟管通過翻轉(zhuǎn)和牽引的方式伸入需要修復(fù)的管道中，利用水壓或氣壓緊貼于管道內(nèi)壁，然后通過熱水、水蒸氣或紫外線CIPP軟管，形成與舊排水管道緊貼的內(nèi)襯層，完成后密封和切割對應(yīng)內(nèi)襯管端頭。1.2短管及管片內(nèi)襯以待修管道為載體，采用人力或液壓牽引、碰撞連接的方式進入舊管道，通過熱塑焊接的方式將短管連接為整體，最后在空隙間注入水泥漿進行固定，形成管中管，該修復(fù)方法適用于水流量較低的情況，結(jié)構(gòu)性能得到加強，延長使用壽命。此方法損失斷面較大，逐漸被新工藝替代。
1.3螺旋管內(nèi)襯
螺旋管內(nèi)襯適用于修復(fù)和更新大口徑污水管，塑料板帶通過放置于井中的制管機被纏繞成螺旋管，并連續(xù)推入舊管，在管內(nèi)形成新的內(nèi)襯管。施工過程中，破損的原管道往往滲漏嚴重，難以完全排除地下水，特別是地下水位較高且管道埋深很大的情況下，施工難度更大。螺旋管可在存在30%以下水流的情況下施工，占地面積小，適用于長距離管道維修，修復(fù)后的管道內(nèi)壁光滑，可提高輸送能力。螺旋管內(nèi)襯施工可隨時中斷，最大限度減少對交通的影響。
1.4牽引內(nèi)襯
牽引內(nèi)襯采用牽引機，將整條塑料管由工作坑或檢查井內(nèi)引入舊管，復(fù)原成新的內(nèi)襯管。按施工技術(shù)分為折疊牽引法、縮徑牽引法、滑襯法、裂管法。常采用折疊管牽引內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)，U形內(nèi)襯HDPE管修復(fù)技術(shù)通過變形設(shè)備將HDPE管壓成U形，并暫時進行捆綁以減小直徑，使用牽引機將HDPE管穿入舊管道，利用水壓或氣壓打開外徑比舊管道內(nèi)徑略小的HDPE管，使HDPE管脹貼到舊管道內(nèi)壁上，新HDPE管防腐性能與原管道機械性能合二為一，形成管中管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該技術(shù)衛(wèi)生性能良好、過流斷面損失小、變形適用范圍大且可進行長距離修復(fù)。碎(裂)管法采用碎(裂)管設(shè)備破碎原有管道，清空碎渣后形成管洞，將新管道(同口徑或更大口徑)拉入管洞進行更新，碎(裂)管法修復(fù)技術(shù)適用于陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、塑料或鑄鐵管的更新中。
1.5涂層內(nèi)襯
涂層內(nèi)襯可用于管徑(井徑)800～4000mm的水平或垂直結(jié)構(gòu)中，進行噴涂內(nèi)襯修復(fù)。噴涂材料主要是特種水泥砂漿，涂層內(nèi)襯主要用于防腐處理，并不增強結(jié)構(gòu)強度，只對輕微滲漏有一定預(yù)防作用。涂層襯砌對施工前的堵漏和管道表面處理有嚴格要求，施工質(zhì)量不易保障。
2工程案例
九江市十里河沿線(7號調(diào)蓄池—長虹大道)截污管鋪設(shè)于河道兩側(cè)，管徑為1000～2400mm，河道長約5km，是水環(huán)境綜合治理項目的主要河道之一。目前河道存在不同程度的黑臭現(xiàn)象，前期污水管道經(jīng)CCTV檢測發(fā)現(xiàn)管道存在破裂、錯位、滲漏、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷，管道自身密封性能差，結(jié)構(gòu)完整性喪失，應(yīng)進行管道修復(fù)。河道部分穿越九江建成區(qū)，為減小工程影響，采用非開挖管道修復(fù)技術(shù)。
2.1修復(fù)方法選擇
對主要非開挖修復(fù)技術(shù)的對比如下:①固化內(nèi)襯管徑范圍為100～2700mm，內(nèi)襯管采用玻璃纖維、針狀毛氈、熱固性樹脂，不需要工作坑，過流能力損失小，施工周期較短，造價較高;②短管及管片內(nèi)襯管徑范圍100～1000mm，內(nèi)襯管為PE、PVC、玻璃鋼等，需要工作坑，過流能力損失大，施工周期很短，造價低;③螺旋管內(nèi)襯管徑范圍100～2700mm，內(nèi)襯管為PVC，PE管，不需要工作坑，過流能力較小，施工周期短，造價適中;④牽引內(nèi)襯管徑＜600mm，內(nèi)襯管為HDPE管，需要工作坑，過流能力損失小，施工周期較長，造價適中;⑤涂層內(nèi)襯管徑≥800mm，內(nèi)襯管為水泥基聚合物、玻璃鋼涂層、水泥砂漿和聚脲，不需要工作坑，過流能力損失很小，施工周期較長，造價較高。根據(jù)管道檢測結(jié)果，依據(jù)CJJ181—2012《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》要求，評估管段結(jié)構(gòu)性和功能性狀況的修復(fù)與養(yǎng)護狀況，同時考慮修復(fù)成本和技術(shù)成熟度，提出管道明挖置換新管的方法，其他區(qū)域采用非開挖管道整體修復(fù)方法，整體修復(fù)采用翻轉(zhuǎn)熱水固化和牽引紫外光(UV)固化的CIPP修復(fù)方法(見圖1，2)。施工前編制施工組織設(shè)計，通過審批后進行書面交底并實施。對原有管道進行預(yù)處理，使原有管道內(nèi)無沉淀物、垃圾及其他障礙物，不應(yīng)有影響施工的技術(shù)和滲水現(xiàn)象，舊管道內(nèi)磨掉尖銳毛刺和凸起，管道內(nèi)使用高壓水槍進行清洗。對地下水位較高、已出現(xiàn)或有滲水征兆的區(qū)域進行止水或隔水處理，處理完畢后進行CCTV檢測，檢查結(jié)果作為記錄進行保存。熱水固化時首先檢查軟管，確保干軟管無破損，在室內(nèi)浸漬樹脂時采取避光和降溫措施。浸漬完成后運至現(xiàn)場，運輸過程中避免與硬質(zhì)、尖刺物體發(fā)生碰撞和刮擦。管道運至現(xiàn)場后，通過氣壓將管道翻入原有管道，氣壓壓力控制在使軟管充分擴展所需的最小壓力和軟管承受的最大壓力間，翻轉(zhuǎn)過程中使用潤滑劑減少翻轉(zhuǎn)阻力，翻轉(zhuǎn)后管道伸出管道末端的長度宜＞0.5m。翻轉(zhuǎn)完成后使用熱水進行固化，熱水從標高較低的端口引入，固化溫度均勻升高，除滿足樹脂說明書的要求外，還應(yīng)根據(jù)管段材質(zhì)、周圍土體熱傳導(dǎo)性、環(huán)境溫度、地下水位的情況進行調(diào)整，固化完成后進行冷卻并將端頭切割整齊。拉入式施工和翻轉(zhuǎn)法施工均須浸漬樹脂。拉人式施工在管道內(nèi)覆蓋＞1/3管道周長的底部墊膜，應(yīng)用墊膜將軟管平穩(wěn)、緩慢地拉入原有管道，軟管在兩端伸出原有管道1倍的長度。采用壓縮空氣擴展軟管，充氣前檢查軟管接頭的密封性，壓縮空氣壓力能使軟管充分膨脹并緊貼軟管內(nèi)壁，軟管末端設(shè)置調(diào)壓閥，然后使用紫外線燈進行固化，根據(jù)軟管管徑和壁厚控制燈的前進速度及照度，固化完成后進行空氣降壓，最后完成1個收口并切割端頭。施工結(jié)束后需要對施工質(zhì)量進行驗收，原位固化法CIPP內(nèi)襯施工質(zhì)量檢測包括三點彎曲測試、拉伸測試、厚度測試、密實性測試等，現(xiàn)場取樣檢測應(yīng)在相同施工條件下，每3個修復(fù)段現(xiàn)場制作1個樣品管，或按設(shè)計要求進行取樣，樣品送至第三方進行檢測。修復(fù)后的管道應(yīng)無明顯濕漬，不得出現(xiàn)滴漏、線漏等滲水現(xiàn)象。
2.2熱水固化和紫外光固化的比較
紫外光固化工藝在質(zhì)量控制、成品性能、施工時間、場地占用、水資源要求等方面有明顯優(yōu)勢;熱水固化能修復(fù)轉(zhuǎn)彎較大的管道，可修復(fù)更大的管徑范圍，壁厚可做到非常厚，以滿足強度需求。熱水固化與紫外光固化的比較如下。①熱水固化適用于150～3000mm的管徑，主要材料為無紡布+樹脂，鍋爐車需移動至窨井附近，安裝時需使用大量水，水源不能太遠;現(xiàn)場架設(shè)翻轉(zhuǎn)架，需占用窨井口附近區(qū)域;設(shè)計壽命50年;轉(zhuǎn)彎管可修復(fù)成90°彎頭的管道;成品彎曲強度、彈性模量、抗拉強度分別為31，1724，21MPa;為熱傳遞固化，理論上無厚度限制;每個工作循環(huán)時間≥15h，其中固化過程的溫度受控時間≥10h;工廠加工內(nèi)襯管，現(xiàn)場翻轉(zhuǎn)與固化對人員專業(yè)水平和熟練度有較高要求;翻轉(zhuǎn)后，樹脂直接接觸舊管，對既有管線滲漏預(yù)處理有較高要求。②紫外光固化適用管徑為150～1600mm;主要材料為玻璃纖維+樹脂;200m長電纜延伸范圍內(nèi)均可施工;材料拉入管線，無須用水;采用卷揚機牽引鋼絲繩，無須架設(shè)翻轉(zhuǎn)平臺;設(shè)計壽命50年;管道轉(zhuǎn)彎角度≤22.5°;成品彎曲強度、彈性模量、抗拉強度分別為45，6500，62MPa;紫外光存在穿透極限，超過一定厚度的內(nèi)襯管可能存在紫外燈照射不透、固化不充分的問題;每個工作循環(huán)5～6h，固化過程中燈架行進速度為0.5～1m/min，固化過程于2h內(nèi)完成;材料充填在德國工廠完成，省去材料加工環(huán)節(jié);固化現(xiàn)場全程自動控制，全程監(jiān)控，減小人為因素導(dǎo)致的質(zhì)量不穩(wěn)定。
3結(jié)語
非開挖管道修復(fù)技術(shù)具有不影響交通、鋪管速度快、效率高、無環(huán)境破壞、不影響人們正常工作生活等優(yōu)點，受到管道建設(shè)和水環(huán)境治理部門的青睞，在我國發(fā)展勢頭強勁。這項技術(shù)從國外引進，較多設(shè)備和材料需要進口，造價相對較高，應(yīng)在原有施工方法上進行改進和創(chuàng)新，以更加符合我國國情，另外須建立和完善相關(guān)規(guī)范標準，保障施工質(zhì)量，促進該技術(shù)在我國的健康發(fā)展。
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作者：孔祥利 文韜 樊星 周亞超 單位：中國建筑第二工程局有限公司