非开挖工艺在排水管道修复工程中的应用

梁华俊(南宁市排水有限责任公司 广西 南宁 530000)

引言

排水管道非开挖局部修复是对旧管道内的局部破损、接口错位、局部腐蚀等缺陷进行修复的方法。非开挖施工技术的整体优势在于施工负面影响小,且所占用场地比较少,对地面、交通、环境以及周围地下管线等的影响很微弱。非开挖施工技术推广的难度在于费用的居高不下,使得很多中小城市望而止步。其实综合考虑交通影响、周围管线开挖的危险、市民的生活质量等因素,非开挖修复的费用是可以接受的。随着城市化进程的加快,市政施工设施投资建设和修复维护也与日俱增,现实条件使得市政施工设施建设和管理必须探索新的施工工艺和方法。

一、排水管道修复工程非开挖技术应用分析

(一)排水管道软管内衬修复法

软管内衬技术也被称之为原始固化技术,即CIPP,其应用原理是在原有管道内壁上衬一层软衬层,达到优质的修复效果。软管内衬技术常用软衬层材料为浸渍液态热固性树脂,工程人员借助加热作用促使其完成固化,确保形成的薄层管与原管道间存在紧密的连接关系,当然也可使用热水、热气或紫外线等方式代替加热,也能达到同样的固化效果。这样的内衬修复方式不会对管道断面造成更严重的破坏效果,还能在此基础上完成流动性能的提升,是一种实用性较高的非开挖技术。实际应用过程中,软衬法的应用存在两种形式,分别叫做翻转浸渍树脂软管内衬法和CIPP拉入法树脂内衬法,工程人员还需结合不同特征进行判断,为后续排水管道修复工程提供更具针对性的选择依据。

首先是翻转浸渍树脂软管内衬法的应用分析(图1),该修复技术所应用的材料为带有防渗膜的纤维增强软管或编织软管,这样的软管由浸透热固性树脂构成,具有优质的修复效果。实际应用过程中,工程人员使用夹具将浸有树脂的软管端固定于排水管道入口处,借助水压或气压的辅助,完成内层到外层的翻转,使其建立与原有管道的连接关系。待软衬管到达终点后,工程人员需要迅速将热水或蒸汽注入管中,促使树脂完成固化,加速衬里的形成。这样的衬里不仅具有较高的坚固性,防腐与防渗功能也能对排水管道应用做进一步优化。翻转浸渍树脂软管形成的内衬无论是柔性还是内部压力都符合修复标准,不仅能满足充填裂隙的要求,还能避免间隙与弯曲段造成的负面影响。树脂固化后形成的软衬管与原管形状一致,仅内径略小于原管。

图1 翻转浸渍树脂软管内衬法的应用分析

CIPP拉入法树脂内衬法使用的材料为无纺毡软管,这类软管上有一层防渗薄膜,在树脂的充分浸渍下,也能起到良好的修复效果。预处理完成后,工作人员可从检查井处将软管拉入原有管道,介质使用水压或气压使软管膨胀,待其完成固化后就能形成一条光滑的新管,坚固性也能满足排水管道的标准化需求。CIPP拉入法树脂内衬技术在国外的应用情况十分普遍,相关调查研究显示,这一修复方式能适应大多数排水管道的修复工作,且质量方面也有所保障。施工方面真实做到“一锹土不动”,是完全性的非开挖施工技术,是排水管道修复中的有效修复方式。

(二)U-HDPE管道内衬修复法

新时期背景下,排水管道修复工程非开发工业也在不断更新,穿插、衬装高密度聚乙烯的U-HDPE 管道内衬修复法(图2)就是新时期研究出的全新型非开挖管道修复技术,一般也将其称之为HDPE 技术。这类技术主要针对老化程度过高的管道内衬HDPE 管进行处理与修复,管道赋予其钢管和HDPE管的综合性能,保障后续应用效果。U-HDPE管道内衬修复法应用了牵拉原理,将原有的HDPE管变形为“U”字形,接着使用纤维胶带进行固定,再借助牵引机的辅助将HDPE 管引入管道中。最后则是加压流程,压力作用下HDPE 管会膨胀到与待修复管道内壁贴合的程度,这时采取一定的固化措施,形成兼具防腐性能机械性能的复合内衬结构。U-HDPE 管道内衬修复法具有一定局限性,实际应用中也仅在结构性破坏不严重的直圆形排水管道修复过程中使用,且其适用的管径范围应控制在75～2000mm 以内,最大长度也不能超出1000m。对比分析可知,U-HDPE管道内衬修复技术的卫生性能更高,不会造成过流断面损失过大的问题,还能适应更大范围的变形与距离延长情况,在排水管道修复中拥有着良好应用效果。

图2 U-HDPE管道内衬修复法[2]

(三)不锈钢内衬修复法

传统型排水管道多使用不锈钢为主要建设材质,但在长期以来的应用研究中发现,即使使用不锈钢材料也会出现严重的锈蚀情况,为解决这一问题,排水管理部门也在原有不锈钢修复技术的基础上创新出了不锈钢内衬修复技术,采用不开挖的方式对不锈钢管道进行内衬修复,保障排水管道的最终应用效果。进行不锈钢内衬修复施工前,工作人员应对不锈钢板选型进行严格化审查,选择全板式不锈钢板材。接着,工作人员还需使用焊枪对锈蚀严重的部分进行修复,保障排水管道正常应用效果。管道耐压能力一直是限制不锈钢排水管道应用发展的条件,不锈钢内衬修复技术能进一步加强管道的耐压效果,赋予管道内壁更高的完整性,避免排水过程中水流受到阻碍,提升排水管道应用整体安全性,避免产生额外的管道损耗,延长管道使用寿命,也降低了管道更换带来的成本消耗。

(四)碎(裂)管法修复法

顾名思义,碎(裂)管法修复法就是利用相关设备从内部粉碎原有管道,再将管道碎片挤入周围土体形成管孔,接着再将新管道拉入原有管道位置,完成管道更新。现阶段所应用的碎(裂)管法修复法主要有两种表现形式,一种是静拉碎(裂)管法,另一种是气动碎管法,两类方法的根本性区别在于动力源不同。其中,静拉碎(裂)管法动力源为经历作用,以此达到破碎或切割原有管道的目的,接着使用膨胀头对新管道进行扩张,凝固后实现修复排水管道的修复工作。气动碎管法则是由气动冲产生的冲击力作为动力源,其他与静拉碎(裂)管法应用流程无明显差别。

但需明确的是,现阶段碎(裂)管修复法仅适用于较宽的管道直径范围和各种地层条件下的管道修复,而在美国非开挖中心制定的碎(裂)管法技术应用相关指导文件中也明确对碎(裂)管法修复法应用问题作出了指示。当典型管道直径超出50m 且不超过1000m 时,碎(裂)管法的最大直径不能超过1200m。事实上,只有当排水管道需要进行等管径管道更换或增大直径管道更换时,才应首选段碎(裂)管法修复法,但在更换时也要对原有管道与更换管道的直径差进行控制,当扩大原有管道直径超出3倍范围时,不建议使用碎(裂)管法修复法进行修复与更换。就我国目前碎(裂)管法修复法应用情况来看,大于原有管道直径的30%左右的施工情况最为常见。但还需注意的是碎(裂)管法修复气动碎管法可能会对邻近的管道造成一定的破坏效果,有时还会引起地表隆起的问题,这就需要工作人员对邻近管线距离进行检验,当管线距离小于0.8cm或深埋不足0.8m 时,均不能使用气动碎管法,即使必须使用这一方法,也要在保护措施齐备的情况下进行。

(五)机械制螺纹缠绕修复法

为保障施工质量,带状PVC-U 型材与钢带通常在工厂就已预制完成,缠绕机部分也在正式施工前安装完毕。实际修复过程中,工作人员只需将型材与钢带同步送至检查井下,按照螺旋缠绕的标准推进,这时型材边缘的公母锁扣紧密连接在一起,在一定程度上保障了修复效果。此外,工作人员还应加大对钢带的压合力度,保证其与接缝处紧密结合,直到进入下一检查井,才能在新旧管道间展开水泥浆灌注施工,待其凝固后形成水密性与强度均符合修复标准的钢塑加强型新管。与其他修复方式差异性最大的地方在于,螺旋缠绕修复法可带水作业,既可以满足管道修复对柔韧度的要求,也能达到内壁光滑度的标准。此外,机械制螺纹缠绕修复法制造的加强型新管是一个独立的结构,不仅自身轻度足以支持排水应用,环刚度也符合设计施工标准,再加上可随时截断与连接的应用灵活性,在地层变化中的适应力也十分强悍,简化了预处理流程,具有良好的修复效果。

(六)紫外线光固化管道内衬修复法

严格意义上来说,紫外线光固化管道修复技术是基于原位固化技术演变而来的修复技术,该技术主要通过渗透树脂玻璃纤维的应用达到修复效果。在专业人员的帮助下,渗透树脂玻璃纤维由专用设备运送至待修复的管道区域,这是工作人员要对两段管口进行封闭处理,之二是在玻璃纤维内衬光内压缩进空气。完成上述操作后,工作人员可利用紫外线车自动化设备对玻璃纤维内衬管进行照射,提高其固化效率。如无意外,3～4小时候即可达到高效的修复效果。最后,工作人员再将封闭处的玻璃纤维管封口切除,恢复管道的正常排水应用。

三、排水管道修复工程管道更新非开挖技术

在城市化进程的不断推进下,很多城市的排水管道不能满足日益增长的排水需求,也有排水管道在长期应用中出现了严重的破损,简单修复已不能使其恢复原有应用效果。针对上述两种问题,只能采用更新管道的方式解决。常态下,管道更新并不对原有管道走向进行改变,而是在保留原导向的前提下,将故障管道做破碎处理,接着拉入新型管道,使其恢复正常排水状态。而为避免开挖施工再次带来不必要的消耗,排水管道修复工程管道更新中也主要采取非开挖的管道更新修复方式。原理层面分析,管道更新非开挖技术即在旧管道破碎的同时,同步拉入或顶入全新管道,以此完成旧管道的更新,达到优质的新型管道技术应用效果。这样的方式不仅能实现同直径新管与旧管之间的更换,也能使用直径稍大的新管顶替旧管。过道更新的原理及大致流程相同,但在破碎方式层面还有较多的选择,现阶段使用最多的旧管破碎方式有破管外挤与破管顶进两种方式,工作人员还需全面分析不同技术的应用特点,合理选择最佳管道更新方式。

(一)破管外挤非开挖管道更新技术

破管外挤法即爆管法,也称涨管法,工作人员借助相关工具对旧的排水管道进行破碎处理,在工具辅助下,旧管碎片会被挤入周边土层汇总。这时工作人员再将全新的排水管道拉入破碎部位,使其替代旧管道进行排水工作,完成管道更新。破管外挤法能同时进行旧管破除以及新管引入工作,极大地节约了施工所用时间,且非开挖的施工方式也不会对地表造成严重的破坏效果。但需要明确的一点是,破管外挤非开挖管道更新技术并不适用于弯管的更换。另外,在埋设较浅或不可密压地层中的管道也不能使用破管外挤法,否则可能会引起地面隆起的问题。此外,相邻管线损坏也是破管外挤非开挖管道更新技术应用可能造成的施工问题。破管外挤非开挖管道更新所使用的工具根据实际施工条件也存在差异,工作人员还需合理选择气动、液动与切割等不同爆管技术,保障管道更新效果。

(二)破管顶进非开挖管道更新技术

我国地势地形多样,许多排水管道位于较为坚硬的土层中,这些区域的管道很难使用破管外挤技术破碎旧管道,工作人员可酌情选用破管顶进技术完成新旧管道的转化。破管顶进非开挖管道更新技术主要利用了微型隧道施工设备以及水平钻机等,依旧是以旧排水管道为导向,将旧管及其附近土层一起进行切削破碎,形成直径相等或略大于原管道直径的孔隙。这时再将新型管道顶入孔隙中,完成管道的转换。破碎后的旧管道和周边土层可使用螺旋钻杆排出管道部位,避免造成额外影响。

适合使用破管顶进技术的管道材质多为陶土、混凝土以及钢筋混凝土等,其直径应控制在100～900mm 之间,长度不超过200m 且深埋不浅于4m,即可使用新型球墨铸铁管、玻璃钢管、混凝土或陶土管进行替换。根据我国实际排水情况分析,我国应用钢筋混凝土管的情况最为常见。破管顶进技术非开挖特性不会对地表土层造成破坏,即使是更为复杂的土层也能获得良好的施工效果,这决定了破管顶进技术应用基本不受地质条件的限制,拥有更广阔的发展空间。但需明确的一点,破管顶进技术的应用需配备两个工作井,这也要求地表处有足够的空间供工作井开挖施工。

结束语

随着时代的进步与发展,环保与可持续发展理念越来越渗透到人们的日常生活。排水管道作为人民生活必不可少的基础设施,其管道修复工程应积极采用非开挖技术,降低对地表环境的损害。非开挖技术能将施工破坏效果控制在最低范围,同时不会影响交,再加上施工周期短、成本消耗低等优势,在排水管道施工中获得了优质应用成效。管理人员应积极对其进行开发与完善,提高管道修复质量,必要时对排水管道进行更换,保障排水管道的应用效果。