城市排水管道非开挖带水修复技术研究

（上海锦兴市政设计咨询有限公司，上海 200215）

城市排水管道是城市市政建设中的主要组成部分，被称为“地下生命线”，主要用于对城市中的雨水、生活污水、城市污水等进行排放[1]。由于城市排水管道在开挖过程中会在不同程度上影响交通，对环境造成破坏，社会经济效果差。因此，对城市排水管道非开挖带水修复技术提出了更高的要求，应在非开挖的前提下对缺陷城市排水管道进行修复，应通过约束条件规范城市排水管道非开挖带水修复的市场。目前，国内针对城市排水管道非开挖带水修复技术方面的研究并不多见，常见的非开挖带水修复方式为结构性修复或半结构性修复[2]。一般情况下，我国城市排水管道材料为钢筋混凝土，结合以往研究中表明半结构性修复更适用于城市排水管道非开挖带水修复方面。国外学者Eric Wood结合管道内部检测技术提出了insituform.管道修复程序，通过PE、PVC等材料，在原管道中经循环热水或蒸汽固化，形成管中管的结构，实现城市排水管道非开挖带水修复，取得了一定的研究成果。在此基础上，Volimar Jonasson引进了玻璃纤维增强材料作为城市排水管道非开挖带水修复基础材料，增强了城市排水管道的强度。

文章以此为研究依据，开展城市排水管道非开挖带水修复技术研究，通过设计一种新型城市排水管道非开挖带水修复技术，提高城市排水管道非开挖带水修复的修复率，增强城市排水管道的强度，延长城市排水管道的使用寿命。

1 城市排水管道非开挖带水修复技术

城市排水管道非开挖带水修复示意如图1所示。

图1 城市排水管道非开挖带水修复示意图

城市排水管道非开挖带水修复技术核心在于，在城市排水管道中用非开挖牵拉或顶推的方式，将内衬管直接接入原有城市排水管道，并对内衬管与原有城市排水管道的间隙进行非开挖带水修复。

1.1 确定城市排水管道非开挖带水修复测控要求

由于非开挖带水修复时城市排水管道内会产生较大的压力，导致内衬管强度分布不均匀，须确定城市排水管道非开挖带水修复测控要求[3]。对原有管道内径为1 000～2 700 mm的城市排水管道，建议采用内衬管材质为玻璃纤维、针状毛毡、热固性树脂或不饱和树脂等不需要工作坑、注浆的城市排水管道非开挖带水修复基础材料。

针对原有管道内径为100～1 000 mm的城市排水管道，建议采用内衬管材质为PE、PVC、玻璃钢等。通过选择与城市排水管道参数条件相匹配的内衬管，满足非开挖管道修复技术的适用范围和使用条件[4]。面对存在内衬管直接接入原有城市排水管道间隙大的难题，结合影响城市排水管道非开挖带水修复测控要求的关键指标，减小内衬管与原有城市排水管道的间隙。

1.2 计算城市排水管道非开挖带水修复结构性参数

在确定城市排水管道非开挖带水修复测控要求的基础上，计算城市排水管道非开挖带水修复结构性参数[5]。选取城市排水管道非开挖带水修复结构性参数中的贴合半结构性修复刚度系数作为关键参数。设贴合半结构性修复刚度系数为c，计算如下：

式中：n——原有城市排水管道支撑系数；i——带状型材高度（mm）；w——内表面至中性轴距离（mm）；m——城市排水管道管顶水位高度（m）；k——原有城市排水管道椭圆度（%）；g——内衬管平均直径（mm）；μ——内衬管泊松比；u——内衬管短期模量（MPa）；x——城市排水管道管侧土综合弹性模量（MPa）；y——内衬管长期弯曲强度（MPa）。

通过式（1）得出城市排水管道非开挖带水修复贴合半结构性修复刚度系数，贴合半结构性修复刚度系数数值越小[6]。证明内衬管与原有城市排水管道的间隙越小，为城市排水管道非开挖带水修复提供数据参考。

1.3 完成城市排水管道非开挖带水修复

通过将内衬管直接接入原有城市排水管道的方式，提高城市排水管道硬度，完成城市排水管道非开挖带水修复[7]。城市排水管道非开挖带水修复的具体流程为：首先，结合城市排水管道具体参数，根据城市排水管道的缺陷类型，包括城市排水管道渗漏情况、错位现象、变形特征，判断城市排水管道的缺陷等级，记录城市排水管道的缺陷位置。其次，根据《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》（CJJ/T 210—2014）的规定选择城市排水管道非开挖带水修复方法，以贴合半结构性修复刚度系数为关键参数设计内衬管壁厚。最后，通过测试修复后城市排水管道的过流能力得出城市排水管道非开挖带水修复结果，修复后城市排水管道的过流能力越好，证明城市排水管道非开挖带水修复率越高。至此，完成城市排水管道非开挖带水修复技术设计。

2 实例分析

2.1 试验准备

本文以某城市排水管道为试验对象，对城市排水管道非开挖带水修复进行了试验研究。样本采用生活污水排放，为了评价不同的非开挖带水修复工艺的差异性，本试验选取了玻璃钢和热固性树脂两种非开挖带水修复工艺基础材料。分别采用传统的非开挖带水修复工艺和本文设计修复工艺进行对比试验，将传统修复工艺作为试验对照。本试验设10个试验次数，前5个试验采用玻璃钢材料作为非开挖带水修复基础材料，后5个试验采用热固性树脂作为非开挖带水修复基础材料，并根据试验所得修复率，记录试验结果，判断两种非开挖带水修复技术对城市排水管道的修复能力。为了避免由外部因素引起的城市排水管道修复率误差，整个试验过程都在统一的环境下进行。

2.2 试验结果分析

根据上述设计的对比试验步骤，采集10组试验数据，将两种技术的修复率进行对比。对比结果如表1所示。

表1 修复率对比结果 单位：μ

通过表1可得出如下的结论：本文设计方法的修复率最高可达92.14μ，试验对照组为52.04μ，所提方法修复率更高，可以实现对城市排水管道非开挖带水修复。通过对比试验结果证明，所提方法其各项功能均可以满足设计总体要求，可以广泛应用于城市排水管道非开挖带水修复方面。

3 结语

由于城市排水管道存在建设规模大、管道长度长等特点，铺设年代久远的管道修复问题严重，城市排水管道非开挖带水修复还处于发展阶段，城市排水管道非开挖带水修复工作较为重要。针对城市排水管道非开挖带水修复技术研究在国外已经进行了大量的报道，本文提出的城市排水管道非开挖带水修复技术以设计内衬管为核心思想，在城市排水管道非开挖带水修复方面取得了显著的进展。现阶段城市排水管道非开挖带水修复技术仍处于不完全成熟的阶段，但城市排水管道非开挖带水修复技术将随着科学技术的发展而进步。为了验证设计城市排水管道非开挖带水修复技术的有效性，设计对比试验，试验结果证明设计城市排水管道非开挖带水修复技术在修复效率方面更为优异。