内胀环接缝修复技术在排水管道修复中的应用

施琦 徐春蕾

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 200092)

引言

随着城市的发展和人口的增长,城市生活污水的排放量也在不断增加,对于城市排水管网的运营压力也不断上升。完善的排水管网对于提升城市雨污水导排处理效率、保障城市排水系统正常运营起着关键性作用。

然而,随着早期的排水管道使用年限的增加,再加上早期规范要求的管材等级较低以及止水带老化,城市排水管道在受到腐蚀、不均匀沉降及过大附加荷载等情况下,逐渐出现了不同程度的渗漏水情况,极大地影响了排水系统的正常运行;同时,渗漏的生活污水又对周边环境产生了不利影响。如何快速有效地对排水管道各类损坏情况进行针对性修复是相关部门的研究重点。

位于城市中的排水管道,周边环境复杂,当管道出现损坏需要修复时,往往没有条件进行开挖修复;而管道非开挖修复方式极大地解决了这一问题,在修复管道的同时,不占用周边场地,不影响交通。

现阶段,管道非开挖修复方式越来越多,如固化内衬修复技术、管片内衬修复技术、U 型薄壁HDPE 管修复技术、CIPP 翻转修复技术、内胀环接缝修复技术等。在工程应用中,需根据管道不同的损坏形式选用合理的修复方式。本文所述的内胀环接缝修复技术主要针对于未出现结构破坏,仅出现裂缝或管节错位情况的圆形管道。该修复技术操作简便、造价低,对裂缝或管节错位等损坏情况具有针对性,其修复效果较好。

1 内胀环接缝修复技术简介

本修复技术通过不锈钢内胀环自身的环向张力将氯丁橡胶板紧贴于管道内壁如图1 所示,柔性的橡胶板和刚性的内胀环可以更好地解决止水带老化、管道裂缝或管节错位导致的管道渗漏水情况;同时,可视受损管道周边土体受污水影响松动情况,采取注浆加固、旋喷桩加固等方式对土体加固以确保管道正常运营。本修复技术操作简便、工期较短,并对管道结构没有造成破坏。

图1 内胀环接缝修复技术示意Fig.1 Schematic diagram of deformation joint repair technology by internal expanding ring

1.1 工艺原理

内胀环接缝修复技术主要材料为双组份聚硫密封胶、环形氯丁橡胶板、两组不锈钢内胀环(4个半圆)以及扩胀板等。

主要安装步骤如下: 首先将双组份聚硫密封胶嵌于待修复沟缝内;之后将环形氯丁橡胶板定位于待修复区域;再将半圆不锈钢内胀环上下分别压于橡胶板上,并通过内胀环凸点与橡胶板凹槽将其准确定位,定位点位于内胀环上下两处,如图2 所示;之后将两个半圆不锈钢内胀环一侧通过卡扣一连接;最后,在卡扣二处通过扩胀器给内胀环初始扩胀力F,使内胀环扩大,并将扩胀板插入内胀环卡扣二使内胀环保持该状态即完成安装,如图3 所示。

图2 内胀环定位点示意Fig.2 Schematic diagram of locating point

图3 内胀环卡扣Fig.3 Bayonet of internal expanding ring

通过插入扩胀板扩大不锈钢内胀环内径,使不锈钢内胀环与氯丁橡胶板紧密贴于待修复管道内壁,以到达止水的目的。同时,由于氯丁橡胶板拉伸率比较好,接缝处仍为柔性接口,在管道损坏处再次开裂也不会漏水。

橡胶板凹槽沿环向略大于不锈钢内胀环凸点的目的是在精确定位内胀环于橡胶板的同时,扩大内胀板内径时不会将橡胶板拉坏,保证其性能。扩胀板工作原理如图4 所示,通过齿状卡槽,使内胀环紧贴于管道内壁。扩胀板设计成梯形的目的是使内胀环内径可根据需求调节,方便在后期橡胶板老化等因素导致其无法紧贴于管道内壁时,进一步扩大内径以恢复其作用,提高经济性。

图4 扩胀板工作原理Fig.4 Functional diagram of expanding plate

由于受到污水外溢的影响,受损管道周边土体可能已经出现不同程度的松动,若不采取加固措施,该处管道仍会产生不均匀沉降导致再次损坏。因此,在管道内部修复完成后,需视土体情况对管道周边土体采取注浆加固、旋喷桩加固等方式进行加固以确保管道后续正常运行。

1.2 工艺特点

内胀环接缝修复技术是一种针对圆形管道因止水带老化、管道裂缝或管节错位导致渗漏水情况的修复方式。该方法操作简便,对结构无影响。其主要具有以下几个特点:

1.施工工期短

内胀环接缝修复技术所采用的修复材料在厂家生产完毕后运至现场安装,施工完成后无需其他养护工作即可恢复运行;

2.施工占地少

内胀环接缝修复技术为非开挖修复技术,由施工员在管道内部进行操作施工,不会对管道沿线路面造成破坏,保护环境,若需对土体进行加固,影响范围也较小;

3.施工简便

内胀环接缝修复技术施工过程中无需操作大型施工设备,仅需使用钢板将橡胶板固定即可。

1.3 适用范围

内胀环接缝修复技术适用于圆形管道因止水带老化、管道裂缝或管节错位导致的管道渗漏水情况,且需满足以下条件:

(1)管道未出现较严重的结构性破坏;

(2)管节错位情况较轻,且并无进一步加剧的趋势;

(3)该修复方案需在管道内部施工,排水管道需满足停运要求。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

根据对上海市中山南二路292 地块部分污水管道(污水二期D2200 管道)内部采用CCTV影像资料综合检测情况进行分析。发现管道内的防腐层环向0903 位置,纵向整段基本脱落,且部分接口存在渗漏、错位现象,见图5。管道承载力下降,给管道运行带来很大安全隐患。经对管道评估计算,该损坏情况较为严重。根据以上检测结果,急需选择合适的修复方法及时进行抢修,确保管道的正常运营及社会公共设施安全。

图5 管道损坏Fig.5 Pipelines’ damage

本次抢修管道位于漕溪路内环立交东侧,内环高架南侧,附近有上海旅游集散中心总站、上海体育场,漕溪路内环立交、上海游泳馆站、漕溪路地铁站等,人流量较大。若采用明挖修复方案,将对周边环境造成较大的影响,因此选择非开挖局部修理方法进行修复,以确保管道的正常运营及社会公共设施安全。

2.2 内胀环接缝修复技术

本次抢修的排水管道无结构性损坏,主要表现为渗漏水及管节错位。因此,本工程采用较为针对性的内胀环接缝修复技术作为修复方案。具体方案如下:

(1)与上游泵站进行协调,施工期间应严格控制泵站的水泵运行;之后,对管道内部进行垃圾清理;最后,对待修复管道进行检查,确认需修复的渗漏点和错位处。

(2)对渗漏裂缝处进行割扩裂缝,并对裂缝进行清理;之后,在沟缝内预埋尼龙增强注浆管,并用瞬凝水泥对管口裂缝进行嵌实抹平;最后,通过注浆专业高压泵加压,将注浆材料(水溶性聚氨酯)压入沟缝内。若待修复处为管节错位,无需进行此步操作。

(3)对管道待修复区域进行清理,确保基面保持干净平整;之后,使用灰刀将双组份聚硫密封胶嵌入沟缝中,并达到规定厚度。

(4)在待修复区域安装氯丁橡胶板(400mm×10mm),橡胶板与沟缝居中对齐;之后,在橡胶板两侧设置不锈钢内胀环,通过扩胀器及扩胀板,将内胀环与橡胶板紧贴于管道内壁,如图6所示。

图6 扩胀板安装Fig.6 Installing of expanding plate

3 初始扩胀力F的确定方法

假定扩胀器给内胀环一个扩胀力,大小为F(kN),则内胀环与管道内壁间产生一组作用力q1(kN/m)。通过定积分,可求得q1与F间的关系。取1/4 圆进行计算,如图7 所示。可知q1与F的关系为:

式中:R为内胀环半径。

图7 q1与F的积分示意Fig.7 Integral diagram ofq1andF

根据文献[4]的结论,钢板与混凝土界面的静摩擦系数为0.7～1.0,按照最不利工况0.7 考虑,则内胀环对管道内壁的压力所产生的摩擦力f为0.7q1。为保障内胀环修复的可靠性,该摩擦力应大于内胀环迎水面所受到的水流冲力q2(kN/m)。

根据以上内容可知,为保证内胀环不被水流冲击影响其正常工作,可根据管道内水流对内胀环的冲力q2确定初始所需施加的最小扩胀力F,即:

4 结语

内胀环接缝修复技术可以快速简便地对管道进行修复,适用于环境复杂,不宜明挖修复的城市排水管道。但仍需注意以下几点限制条件:(1)该修复方法仅适用于尚未产生结构性破坏的圆形管道;(2)由于需要进入管道内部修复,需与上游泵站进行协调临时停排。

本文介绍的内胀环接缝修复技术为今后类似管道修复工程提供参考及借鉴。