市政给排水管道非开挖修补技术研究

郑满水

（云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650000）

随着城市化进程的不断推进，给排水管道作为市政基础设施的一部分被大量埋设于地下，随着使用寿命的临近，很多管道出现损坏情况；同时随着城市用水量的增加，管道负荷越来越大。经调查[1-2]，我国大部分城市在管道建成之后很少定期进行维护，管道淤塞情况普遍存在，在经历暴雨时，往往出现排水不畅的现象。

非开挖技术是指在施工时不对地面进行开挖或开挖程度非常小的情况下对破损的管道进行修复。给排水管道通常埋设于城市道路之下，常规开挖施工势必会对正常交通产生干扰，导致通行效率降低，也会对周边商业产生不利影响，路面“开窗”造成的不良社会影响也值得被重视[3]。若施工时非开挖技术，则将会把对交通和商业的影响降至最低，同时该技术施工便捷、环保、工期短，具有良好的经济效益。

1 常用的非开挖修补技术分析

1.1 碎裂管法 该技术施工时利用特种设备在破损位置将管道从内部按适当尺寸切割，切割掉的破损部位管道材料被挤入周边的土体，并形成管孔。与此同时，将新管道拉入管孔替代破损部分，达到管道修复的目的。

1.2 短管内衬法 短管内衬法是一种引进时间较早，应用时间较长的修补工艺，用于管道修补经济效益良好；采用顶管施工的管道在修补时采用该方法效果最佳。施工时利用现状检查井采用顶管将事先设计好的内衬短管送入待修补的管道，内衬短管就位后，在短管与待修补管件间高压注入水泥浆进行粘结加固。

1.3 管片内衬法 管片内衬法施工方法类似于短管内衬法，采用的材料为PVC 管，将PVC 管与待修补管道内进行拼接并在新旧管件间填充粘结材料完成修补。该技术可应用于钢筋混凝土圆管、方管、马蹄形管。

1.4 螺旋缠绕法 在待修补管道内部通过采取带状型材以螺旋缠绕的方式形成全新管道，新旧管道间采用粘结材料进行加固处理。该技术是以PVC 或PE 材质为板材，在常温及常压情况下即可施工。现场施工时将带状型材压缩成环状钢带用缠绕机按螺旋方式制作成管，完成后将预置在板材内的钢线拉出，可使管道扩张紧密贴合，不断向前推进最终完成管道修复，密封处采用黏合剂粘合防止渗漏。

1.5 原位固化法 按具体操作工艺分为翻转法和牵引法两种施工方法。翻转内衬修技术采用有防渗膜的纤维增强软管、编织软管等作衬里材料。施工时利用压力将软管内层翻转并与旧管的内壁紧贴，通过升温、紫外线照射等方式在新旧管线间形成性能良好的防渗层。与翻转内衬法相比，牵引法的区别在于采用外力将软管牵引至待修补位置。原位固化技术施工时应注意施工质量的把控，严格的质量控制对该技术的成功与否具有决定作用。

1.6 管道喷涂法 管道喷涂法是利用专用设备或人工将胶结材料送入管道内，将原管道清洗干净后将材料直接喷涂在待修补位置。为保证喷涂材料良好的粘结在管壁上，施工前应对待修补部位管壁进行仔细检查，确保无水渍存留。工程中常用的喷涂材料有环氧砂浆、水泥混凝土砂浆、以及其他化学类浆液。喷涂层厚度很小，根据采用的材料不同，厚度大约为1～4 mm。由于喷涂层很薄，为增强材料的耐久性，通常还会喷涂一层防腐材料。

常用修补技术使用条件对比情况见表1。

表1 常用修补技术使用条件对比

由以上分析可知各种修补技术在特定条件下各具优势。共同点在于：所适用的管径普遍属于大管径管道，根据实践经验[4]，管径越小，操作越困难，适用性越低，经济性越差。

2 小管径非开挖修补技术研究

由于常用修补技术在修补小管径管道时存在技术局限性，所以出于实际工程需要，近两年出现了针对小管径市政给排水管道修补的内壁再构修补技术。本研究对该技术进行研究并对管道修补后的粘结强度进行分析。

2.1 粘结强度研究

该技术采用内衬短管进行破损修补，在正常使用状态下内衬短管会长期处于被水流冲刷的环境状态中，内衬短管与原管道的粘结强度是该技术应用成功与否的关键。因此，必须对粘结强度进行检验，粘结强度能够抵抗水流冲刷强度条件下才能保证修补后的管道正常使用。

为此，本次研究以给水管道为对象，采用给水管道常用的材料分别制作试件，然后在标准条件下进行拉力试验，分析试验数据并验证内壁再构修补技术，验证内衬短管与原管道的粘结强度是否满足要求。

试件1：改性高密度聚乙烯HDPE 与光滑铸铁管；试件2：改性高密度聚乙烯HDPE 与粗糙铸铁管；试件3：改性高密度聚乙烯HDPE 与光滑PVC管；试件4：改性高密度聚乙烯HDPE 与粗糙PVC管。

试验结果见图1 至图4。

图1 改性高密度聚乙烯HDPE 与光滑铸铁管应力应变曲线

图4 改性高密度聚乙烯HDPE 与粗糙PVC 管应力应变曲线

图2 改性高密度聚乙烯HDPE 与粗糙铸铁管应力应变曲线

2.2 管道所处环境模拟

为确保试验环境尽量与实际一致，本次研究对城市管道压强及加压情况下的压力进行了调查，结果见表2。

表2 城市给水管道水流压力

本次研究使用Solidworks 进行建模并使用其Simulition 进行模拟仿真，模拟在φ300 mm 的给水管道中修补套管所需承受的冲击强度。仿真模拟结果见表3。

表3 仿真模拟结果

根据软件仿真模拟结果，在加压(0.8 MPa)情况下水流在修补后内衬管上产生的冲击强度为1.312 kPa。

根据试件应力应变曲线可以看出：改性高密度聚乙烯HDPE 与铸铁粘结后试件的断裂强度为242 MPa，改性高密度聚乙烯HDPE 与PVC 粘结后试件的断裂强度为168.2 MPa。

与仿真模拟试验结果相比：242 MPa ＞1.312 kPa、168.2 MPa＞1.312 kPa。

因此可以得出结论，采用内壁再构修补技术进行破损修补后的管道强度远大于正常工作状态下的水流冲击强度，该技术具有良好的管道修补效果。

图3 改性高密度聚乙烯HDPE 与光滑PVC 管应力应变曲线

3 结论

目前我国城市化进程正在不断推进，各种管线在地下错综复杂分布；给排水管道往往设置于城市道路之下，随着交通量的不断增长，地下管线修复的难度及代价也越来越大，动辄就需要封闭半幅道路，给道路通行造成极大的困扰。因此，地下管道非开挖修补技术的推广及应用已经迫在眉睫。地下管线规模庞大，对环境保护的要求越来越严格，非开挖修补技术具有经济、环保、对交通干扰小的显著优势，已经成为市政给排水管道修补的重要方法，正在得到越来越广泛的关注，具有非常广阔的应用前景。本研对市政给排水管道常规非开挖修补技术进行分析总结，并对适用于小管径管道修补的内壁再构修补技术的可行性进行了分析论证，希望为类似项目施工提供可行性参考。