原位热塑成型管道修复法在水库除险加固中的应用

詹蓉 珠海市斗门区城乡防洪设施管理和技术审查中心

1.工程概况

珠海市斗门区七宗水库除险加固工程纳入《广东省水利厅关于商请加快小型水库除险加固攻坚行动的函》（粤水建设函〔2020〕769号）范围内，按要求2021年底前基本完工，2022年4月底前全面完工并验收。为确保完成工作节点，保证水库安全运行，本工程于2021年3月正式开工，王保水库即为七宗水库中的一宗。

王保水库位于珠海市斗门区，建成于1974年9月，主、副坝均为均质土坝，最大坝高分别为21.8m和10.0m，正常蓄水位为27.0m，死水位为12.92 m，水库设计总库容为373万m³，王保水库库区集雨面积为3.11km2，设计灌溉面积2474亩，防洪保护面积6000亩，是一座以防洪、灌溉为主的小（1）型水库。它不仅是“黄杨八景”之一金台寺景区的唯一交通出行通道，更为下游重金打造的宋城演艺度假区汛期安全保驾护航。

王保水库建有一高一低两座放水涵管。低涵位于主坝0+145 处，为内衬钢板的有压圆形管，直径为700mm，进程高程14.686m，出口高程12.00m；高涵位于主坝0+100处，为浆砌石方涵，断面尺寸为0.5m×0.9m，内衬圆形钢管的直径为300mm，出口底高程18.3m。两座涵管的进口均设有转动门盖。1986年4月底，通过采用承插灌浆法，对原浆砌石低涵进行套管修复，至本次除险加固周期已时隔35年之久。

2.坝下放水涵管存在的问题

根据2016年王保水库安全鉴定报告显示，放水涵管存在的主要问题是出口阀门老化锈蚀、启闭困难，进口阀门的启闭机型式老旧，运行操作不便。由于安全鉴定期间，水库因供水需要未能降至相应管涵水位，故安全鉴定单位未对管道内部进行检测，管道接口、变形等情况不详。考虑到坝下埋管使用条件恶劣，且运行时长较长。为准确掌握管道实际情况，水库管理单位配合将库区水位降低至管道以下，通过CCTV内窥技术详细检测管道。

根据CCTV 检测报告（详见表1)，涵管锈蚀严重且局部管道接缝处有下沉错位，应已发生渗漏，长此以往，水库中的水会沿管壁与坝体土之间接触面产生集中渗流，不仅造成水库水量的损失，而且抬高了坝身的浸润线或引起坝体土的渗透变形，最后可能导致坝体的沉陷、坍塌和滑坡，更严重者会导致溃坝事故。针对该涵管的现状情况，应制定合理可行的修复方案。

3.坝下放水涵管传统修复方式分析

坝下放水涵管渗漏是病险水库中较为常见的问题，针对坝下输水涵管修复加固方法有多种，其中传统修复方式如下：

（1）补强灌浆法：适用于现状涵管自身结构未发生破裂，只是止水部位、接头设置不良的涵管，可考虑采用外灌浆、内补强的方式进行处理。即采用环氧砂浆等粘合材料把涵管接头进行修补加固，具备相应的强度和防渗性能后再对涵管外壁四周与土体接触部位进行灌浆处理，通过灌浆充实其管壁四周的空隙，进而与坝体良好结合，重新发挥涵管功能[2]。

（2）管内套管：适用于管径较大的管涵。当涵管已破裂、渗漏、腐蚀较严重，一般采用钢管内套或是新型柔性内衬[3]。不论是钢管内套或是新型柔性内衬法，二管（管与内衬）之间的空隙用混凝土或水泥砂浆堵塞，再进行充填灌浆处理。钢管套管法作为传统方法在水库大坝旧输水管多有采用，缺点是明显减少原管道过水断面，管径较小不宜采用，也不宜重复套管。新型柔性内衬法虽对于原管道过水断面影响不大，但对于管缝发生错位的管道却不适用。

图1 涵管内照片

（3）开挖重建：对于涵管已破裂、渗漏、腐蚀较严重，无法修补，采用将原涵管进行开挖，重建新涵管。该方法对坝体自身密实度伤害较大，且工期较长，严重影响水库防洪及水库供水。

（4）顶管法：适用于土坝，是原管无法修复加固，根据输水需要重新顶置管道，取代原来输水管道，并废除封堵原有管道。顶管法难免对坝身土体产生一定扰动，且顶管外壁与土体之间容易出现接触渗漏，需要对管壁外围土体进行灌浆加固。

但根据表2的适用性分析结果显示，本工程并不适用传统修复方式。

表2 传统加固方式适用性分析

4.原位热塑成型管道修复法（FIPP技术）

4.1 施工工艺介绍

4.1.1 修复材料特性

原位热塑成型管道修复法（FIPP技术）是采用高分子热塑材料在管道内壁进行修复，与套管法相似，但该方法热塑材料紧贴于管道的内壁，与套管法最大区别在于该方法与原管壁无缝粘合，无需充填灌浆处理。具有修复速度快、效率高，无环境破坏等优点，一般可在一周内完成管道修复。该方法不改变管材的力学参数，内衬厚度为5～20mm，不明显减少原管断面，且高分子材料热塑材料糟率低，保障管道输水。FIPP技术适合低于90°弯转及管径≤1200mm管道的修复[4、5]；多种断面 如圆形、矩形、蛋形和三角形[6]及各类材质管道的修复；变径、严重错口的管道修复。

4.1.2 施工流程说明

该修复法目前多用于市政供水管道中，水利工程中几乎未曾使用过，基于目前其它常规修复措施均不适用的前提下，本工程最终决定采用原位热塑成型管道修复法，也是首次水库除险加固工程中进行使用。

1）管壁清理。管道修复前，降低水库水位，在坝体涵管前设置临时围堰，涵管两端架设鼓风机为管道内作业人员提供氧气，采用高压水枪冲洗原有管道内壁铁锈等附着物及管道内淤泥、砂石等杂物，清淤完成后。

2）内衬管预热。根据现场CCTV检测长度制作内衬管，将卷成盘的内衬管送入加热箱，用蒸汽加热至软化，加热温度及时间根据厂家提供的参数和现场实际情况确定；加热温度100℃左右，具体加热软化时间可根据内衬管管壁厚度、卷成盘上内衬管的叠放厚度及周围环境温度来确定[7]。

图2 王保水库放水低涵修复后照片

3）内衬管固化。内衬管拉入待修复管道前，在接收井口安装好卷扬机，通过卷扬机拉入原有管道内[5]，继续向内衬管内加热加压，确保待修复管道内壁与内衬管能够紧密贴合，保持内衬管压力不变，充入冷空气冷却内衬管，待温度降至常温时缓慢释放压力；当内衬管压力释放完毕后，将两端多余的内衬管切除，翻边后用法兰固定形成密封。

4）检测及验收。对修复后的内衬管道进行CCTV内窥检测，取样进行试验及验收，验收合格后拆除围堰，水库恢复蓄水。

4.2 工程造价分析

根据《广东省排水管非开挖修复工程预算定额2019》对该工程管道修复费用进行计算，修复费用包括管道检测、清洗管壁、通风和管道修复等，如表3所示。

表3 管道修复费用

经计算得出，该工程造价约为4683.31元/m。

5.结论与建议

王保水库放水涵管，修复工作从除锈开始至修复成型耗时7天，环境影响较小、工期短、成本低[8、9]，水库可迅速恢复蓄水。同时，衬管的强度高，可达到单独承受坝下涵管所有的外部荷载，包括静水压力，土压力，和坝顶交通桥的交通荷载。涵管修复后的CCT V内窥检测结果显示修复效果显著，对于原涵管存在的问题基本得到了解决。针对本工艺的使用，笔者提出以下两条建议：

（1）尽量避免在汛期使用该工艺，由于该工艺施工时要求管壁已完成清洁且管内干燥，因此，施工前必须在涵管进水口前设置临时围堰，防止涵管过水，若受工程工期限制必须在汛期施工，则需充分论证围堰高度及对近一周内的天气做出预判，确保修复效果。

（2）由于我国目前大部分小型水库建成于20世纪的50～70年代[10]，受当时经济、技术水平的限制，绝大多数小型水库是土坝，且放水设施大多采用了坝下涵管取水型式。但由于历史较久远，历史建设资料或已丢失，建议施工前需对坝下涵管管径及形状进行CCTV内窥检测，充分了解涵管的情况后，再行定制相关施工材料，避免造成工程浪费。

坝下放水涵管作为水库工程的重要主体部分，水库管理部门应关注和重视其安全问题，建议可根据各水库实际情况参考采用该工程成功经验，消除险患，保证水库的安全运行，充分发挥水库的防洪效益、社会效益。