短管内衬法在城市管道修复中的设计与分析

费 婷

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年来，我国各地在管道非开挖修复技术的研究和应用上取得了较大的进步，采用非开挖修复的技术比例逐年提高。随着城市化的迅速发展，城市人口快速增多，管线的负载日益增加，修复任务也越来越重，各种非开挖修复的设计方案与施工方式也参差不齐。作为开挖修复方式的一种，短管内衬法也得到了越来越多的应用。短管内衬法是既可以对排水管道进行整体修复也可以进行局部修复的方法，且修复后的管道结构性能加强，延长管道使用寿命。因此该修复法在延长管道使用寿命和应用范围方面有着其他方法不可比拟的优势。

本文结合上海某一雨水管道短管内衬法修复方案，探讨在管道埋深较深时，内衬管的设计方法和变形情况研究。

1 工程概况

1.1 工程介绍

该工程位于上海某道路交叉口，暴雨时期该路口积水较为严重，很大程度上影响交通安全。

经调查，现状道路下 ø1500雨水管道已严重损坏（该雨水管总长约30 m，埋深约6.3 m，为钢筋混凝土管），为缓解积水情况，保证排水及交通安全，需对该段雨水管进行紧急抢修。管道总平面图如图1所示。

1.2 CCTV检查结果

对该工程损坏雨水管道进行CCTV检测，检测结果显示，该段雨水管道存在以下结构性缺陷：三处二级错位、一处二级变形（见图2）。

图2 CCTV检测管道错位图

根据管道结构性缺陷评估成果，计算得修复指数为4.2，修复等级为二级。另外结合该段雨水管在系统内的所处位置，建议对该段雨水管采用整体修复。

2 修复方案

2.1 总体方案

该工程范围属于建成区，目前路面状况良好，排水管道及地下公用管线均已建成，且周边场地不开阔。在此前提下，若采用传统的开挖修复技术或顶管改排方案，不仅会妨碍交通、影响市民生活、对周边构（建）筑物及其他地下管线带来安全隐患，而且会造成公共设施资源的浪费。

从经济角度考虑，虽然非开挖修复的单价比传统的开挖重新翻排管道的价格要高，但是开挖翻排管道会受到各种复杂地理环境因素的影响，导致传统的开挖施工围护措施代价高昂；另外，开挖道路过程中地下管线被挖断的事故时有发生，经济损失巨大。

综上所述，该工程雨水管道修复采用非开挖整体修复方式。

2.2 非开挖修复方案确定

非开挖修复常用的整体修理技术有现场固化内衬修复技术、螺旋管内衬修复技术、短管及管片内衬修复技术、牵引内衬修复技术、涂层内衬修复技术。

结合该工程特点，对现场固化内衬修复技术与短管及管片内衬修复技术进行比选（见表1）。

表1 现场固化内衬修复技术与短管及管片内衬修复技术比选

结合该工程实际情况，选用顶进设备小、施工方便、施工速度快、质量有保证、工程造价低等特点的短管内衬法作为此次非开挖修复方式。

经计算复核，采用短管内衬法修复后，该工程雨水管道依旧能满足管道断面损失的要求。

2.3 短管内衬设计原理

短管内衬是将合适尺寸的HDPE管道插入需要修复的旧管道内，利用原旧管道的刚性和强度为承力结构以及HDPE管耐腐蚀、耐磨损、耐渗透等特点，形成“管中管”复合结构使修复后的管道具备综合性能，最后将新旧管道之间间隙注浆填满，对原管道错位处采用管外局部注浆。

修复后的管道整体性能好，具有良好的抗化学作用和流动特性，提高管道的抗压抗冲能力，延长管道的使用寿命达到50 a。

短管内衬法断面示意图及结构焊接详图如图3、图4所示。

图3 短管焊接内衬修复管道结构断面示意图

图4 短管焊接内衬修复管道焊接详图

2.4 短管内衬施工顺序

生产内衬管（根据管道损坏程度和不同管径及不同内衬方式决定短管的管径及结构厚度，为非标制作）→运输至现场→旧管内抽水通风→旧管内清淤→高压水枪冲洗清理并封堵渗漏点→管周土体注浆→井口入管→热熔密封连接→管缝隙注浆→封堵两端口→检测与验收。

2.5 短管内衬技术要求

（1）在短管焊接内衬修理前，应对管周土体进行注浆加固，加强其稳定性，防止水土流失，提高管基土体的承载力。

（2）管道修复前需利用高压水枪对管道内进行清淤，清除管道内所有可能影响新管成型的污垢、垃圾等。

（3）修复前，需对原管道管节进行修平。

（4）对管道接口错位修复，对高出的部分需进行切除，再用砂浆抹平。

3 管道变形计算分析

3.1 计算模型

该工程雨水管道为重力管，其受力主要来自外水土压力。其中，外土压力可假设为由原混凝土管承担，内衬管只承担地下水压力。有限元计算模型如图5所示。

图5 管道受力计算模型

3.2 计算结果

经通过调整壁厚反复计算，最终确定内衬管壁厚设计为25 mm。图6为在内衬管壁厚达到25 mm时的管道变形情况，可以看出管道竖向变形量为63 mm，为管道直径的4.2%，满足规范要求。

图6 管道变形计算结果

4 结 语

（1）该工程管道修复选用短管内衬法是可行的，既减小了对道路交通、地下管线的影响，加快了施工进度，节省了工程造价，又能有良好的修复效果。

（2）重力管情况下，内衬管受力可假设为仅承受外水压力，通过有限元软件计算，在管道埋深时，可通过增加壁厚来满足内衬管变形要求。