基于市政道路下破损管道短管内衬修复施工分析

文／韩宁宁 中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450000

引言：

在我国的大部分城市中，传统的排水管道修复方式是在挖掘后重新进行管道埋置。随着城市的不断演进和完善，其面貌也愈加多姿多彩，相较于明挖修复管的方法，非开挖铺管、修管和换管技术不仅不会对交通和人们的正常工作和生活造成任何负面影响，而且能够显著提升施工效率和质量，具有诸多优点。因此，为保证缺陷管道修复施工安全，通过等径压缩的方法进行管线分段穿插，通过缓慢牵引HDPE 管径缩径机放入管道之中，后衬管胀贴在管道内壁上，形成性能优良的衬里来进行管道修复，具有对周围环境影响小、铺管速度快、效率高，环境破坏小、安全可靠度高及经济效益显著的特点[1]。

1.工法特点

1.1 修复施工的重点

在于对旧管道进行彻底的清洗，这一步骤占据了整个施工周期的2/3，然而，对于穿插修复工艺而言，其对清洗质量的要求并不苛刻，只需确保内壁表面光滑无毛刺即可满足要求。采用穿插法进行管道维修时，首先将需要更换部分的新管道从管壁上拆下来，然后把已被污染的管段用清洗液冲洗干净后再安装起来。这样一来，旧管道的清洗成本和时间将得到有效降低，同时整个施工周期也将被压缩。

1.2 适用范围

由于施工现场位于城市中心，通过采用非开挖施工的工法，避免了在管道周围进行大规模的挖掘，从而有效减少了尘土对市区环境造成的污染。此外，它并未对城市交通造成任何妨碍，且对市区设施的破坏程度相对较低。因此，这种工法尤其适用于那些无法进行挖掘的区域。

1.3 施工方法

施工方法为PE 短管现场焊接，PE 管材耐腐蚀性高，使用寿命长，且重量轻，人工即可搬运至工作面，大大提高了工作效率。

1.4 主要优势

非开挖技术降低各类土地费用，同时施工过程中不对周围土体进行扰动，减少了对周围建筑物的房屋鉴定费用，可以有效降低工程成本。

2.工艺原理

在插入待修管道之前，利用HDPE 材料的形状记忆特性，可以实现对HDPE 衬管横截面积的有效压缩。如果要进行长距离的管道连接，则必须对现有的衬管加以改造以满足新要求。一旦衬管穿过管道，HDPE 的形状记忆可以被激活，这可以通过加热或加压的方式实现，从而使衬管恢复到其原始直径。当需要更换新管时，只需将原内衬重新铺设即可。图1 所示的方法不仅可以增加穿管距离和减少接头数量，还可以有效降低HDPE 衬管在管道运动时的磨损。由于衬管是由高密度聚乙烯制成，因此它比普通塑料具有更高的强度和更好的韧性。为了确保HDPE 衬管与管道的紧密结合，我们选择了略大于管道内径的直径作为衬管直径，以便在形状恢复后将衬管紧密贴附在管道内壁上，从而形成具有卓越性能的衬里。为确保HDPE 衬管不受外界物体的压扁或刺破，同时防止输送介质从管道内部撑破，待修管道的钢管起到了保护作用。HDPE 衬管具有隔离输送介质和待修管道的功能，从而有效地防止介质对管道的腐蚀。

图1 短管内衬施工示意图

3.工序流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程图

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

施工前准备的主要内容包含：围挡及标识标牌的设立、防汛应急物资的准备等。（1）围挡及标识标牌的设立。围挡及标识标牌的设立按标准化施工要求设立。（2）应急物资的配备。开工前，除了准备好下井作业人员的氧气瓶、面罩、防护服等防护用具外，还需准备好应急救援人员，应急氧气瓶、药品等物品。

3.2.2 污水导流

首先，为了确保安全，对施工段的上下游进行围堵截水处理。为了封堵施工区域，采用了上下游各一处气囊封堵的方法。然而，由于管线目前正在运营阶段，封堵后会增加上游的水压力。因此，必须使用潜水封堵的方式来处理主管线，以避免封堵破裂，给施工人员的生命安全带来隐患。其次，封堵井段的抽排水。在确认管道封堵好后，使用污水泵将检查井内污水抽排至井底淤泥位置。将井段内的污水排至下游检查井内。位于市政道路路口的检查井无法采用泥浆泵抽排的采用吸污车直接抽取运走。第三，封堵井段上游导排水。因管道封堵造成上游水位增高的，采取导排措施，将上游污水排至下游检查井内。导排水现场配备（80WQ40-15-4）型和（100WQ100-15-7.5）型污水泵各2 台，配备45KW 发电机一台，根据上游来水量选择污水泵规格和数量。

3.2.3 管道清疏

为了实现管道的畅通，高压清洗车是一种可行的选择。其工作原理与人工打捞不同。进行操作时，需将高压清洗车带伸入上游，仔细检查井底部，并将喷水口精准对准管道流水方向，以喷水方式对管道进行彻底清洗。由于冲洗时水流冲击管壁表面，会使管内产生一定压力和冲击力，因此要注意保持水管畅通。在污水管道下游的检查井中，对冲出的淤泥进行了有效的吸附处理，以清除其污染。

其次，可将圆形钢丝绳固定于钢丝刷上，其直径可达管道内径的1 至2cm。用钢绳将钢丝拉紧成一个圆环。通过利用卷扬机的牵引力，将钢丝刷在管道内反复拖动，直至观察管道内壁无异物为止。这一项技术能够高效地消除管道内的阻塞现象。

3.2.4 CCTV 检测

在施工过程中，借助管道内窥检测系统对管道内壁进行监测，可为制定修复方案提供可靠依据。该技术是以图像分析技术作为基础，通过对被检对象表面缺陷特征的观察、测量与计算来确定其是否存在潜在危害或破坏隐患。对于管道内壁的结垢和腐蚀情况，我们可以进行直观的检查、比较和记录，以便进行清洗和修复前后的比较。同时还可根据需要对管壁上存在的缺陷部位实施标记，以方便后续作业人员观察并处理。为管道施工的质量评估提供可靠的依据，以确保施工过程的高质量。

3.2.5 PE 管的焊接工艺

（1）对于聚乙烯管道的连接，有三种常见的方式可供选择，包括热熔对接、电熔和机械连接。本项目所采用的连接方式为热熔技术，以实现对接。

（2）为方便管道长度控制、运输、施工等因素考虑，采用1m 长Φ500PE 短管。

（3）采用 630 型热熔对接焊机进行PE 管道连接，设定加热板温度至200～220℃。

（4）为确保焊接管材与机架中心线处于同一高度且便于移动，需备足足够的支撑材料。

（5）将铣刀置于容器中，启动铣刀电源开关，随后将管材两端合并，施加适宜的压力，直至两端连续产生切屑，最后松开压力。此时在铣出的表面上有许多明显的小沟槽。稍等片刻，将活动架移开，同时切断铣刀的电源。切屑厚度要在0.5mm 左右，切屑厚度可以通过铣刀片高度的调整来进行调整。

（6）将铣刀取出，将两个管端合拢，仔细检查它们的对齐情况。在加工完成后，将其与铣头连接固定好，并使两管件处于同一平面上。管材两端错位量不能大于壁厚的10%.如果大于，可以通过管材直线度调整及松紧卡瓦等手段进行改进；管材两端之间的间隙也不能大于壁厚10%，否则应再铣削一次，直到达到以上要求。

（7）在进行焊接之前，务必对加热板的温度进行仔细检查，以确保其已达到预设值。一旦温度达到设定值，将其置于机架内，施加规定的压力，直至两侧最小卷边达到规定值（0.1×管材壁厚+0.5）mm，方可使用。

（8）将物体所受的压力降至与接触物体接触的程度，并在规定时间内持续进行加热。如果要进行下一次工作，则需要在退压之后再对其重新加压。当时间到达时，请将活动架移开，迅速取出加热板，并将两管端合拢。在合拢两个管端的过程中，应尽可能缩短时间间隔，同时确保切换时间不会超过最大限度。

（9）将压力提升至规定的熔接压力，并维持一定的保压时间，等待自然冷却后，进行卸压操作并松开卡瓦，最终将连接完成的管材取出。

3.2.6 将管道进行分段穿插

首先，运用等径压缩技术，将高密度聚乙烯管道缓慢地通过缩径装置拖入管道内。缩径机的进给速率略低于其牵引速率。其次，根据不同规格的管材，选择合适的牵引机型号。机械式牵引机的每分钟牵引速度应控制在5 米至10 米之间，以确保操作效率；对于液压式牵引机而言，其每分钟的牵引速度应当控制在3 至8 米之间。由于机械结构和液压系统复杂多样，所以选择合适的驱动方式是非常关键的。其次，需运用坚固、简练、便捷的固定方式，将牵引机与管线紧密相连。

3.2.7 进行水泥砂浆的灌注处理

为了增强HDPE 管内衬的强度，填充内衬与原管之间的空隙时采用了水泥砂浆灌注技术。该工艺可以使管道保持较高的刚性和抗弯拉能力。根据工程管线的实际长度，自管线末端起，每隔约20 米开设一处小孔，以供加料或排气孔之用。将需要进行灌浆处理的管材放入到钢管和水泥砂浆管内，然后用螺旋输送机将混凝土灌入其中。在进行HDPE 管道灌注之前，需要施加压力至0.2Mpa，以确保施工段管道不会因外力影响而发生塌陷。将注入管道内且固化后的水泥砂浆通过钢管上的孔灌入管壁内部，使之密实。所用水泥标号425，配比1:1。通过对水泥浆性能和施工工艺研究后，选择了合适的搅拌设备和工艺参数。根据管道长度的不同，推算出水泥砂浆的用量，并进行比例调整。通过对现场环境和设备条件的分析，确定了水泥浆的最佳配合比。将经过精心配比的水泥砂浆注入专用的“砂浆泵-UB3”灌注设备中，并与加料口紧密相连。通过控制砂浆泵的压力来改变砂浆注入量。在施加0.2Mpa的砂浆泵压力后，将水泥砂浆注入管道的缝隙之中。当水泥浆液从进料口向出料口处流动时，会出现排气口处无砂浆流出或流完了却又流不出去的情况。当排气孔出现砂浆溢出时，表明该段管的缝隙已经被充分填充完毕。此时用工具刮除管内残留的砂浆及多余混凝土。经过48 小时的缝隙凝固，水泥砂浆即将进入下一个工序。

3.2.8 进行闭水实验以验证管道的稳定性

管道闭水试验将在施工完毕后展开。在相邻两管之间放置一个隔板，把两个管段夹在中间。首先把管段隔开的长度通常不超过1km。在试验装置上设置压力表和温度计，记录每一段管道的压力值、温度值以及渗漏点位置。接下来，对每个分段的管道进行分段实验。在每一测试周期内测得每根试管中水流速度和压力变化曲线。需要对试验管段的两端实施封闭措施，并向管道内注入足量的水，待水充满后，需进行至少24 小时的浸泡处理。当管道处于完全密闭状态时，可以通过测量管内压力来判断是否达到了设计要求。在确定水头后，开始进行计时和观测，观测时间应不少于30 分钟。在进行管道闭水试验时，必须对管道进行全面检查，以确保不存在任何漏水现象[2]。

3.2.9 现场清理

施工完成后，清理现场，拆除施工围挡恢复道路通行。

4.环保措施

（1）垃圾处理：施工现场会产生大量的废弃材料和垃圾。为确保环境干净整洁，我们将配备足够的垃圾箱，并定期清理施工现场的废弃物。我们会严格执行垃圾分类政策，将可回收物和有害物质进行正确的处理和处置。

（2）水资源保护：施工期间会有一定数量的废水产生，为了减少对周围水源的污染，我们将采取有效的措施来处理废水。我们将使用合格的过滤系统和净化设备对废水进行处理，确保排放的废水符合环保标准。

（3）空气污染控制：施工过程中可能会产生粉尘和有害气体。为了减少对空气质量的影响，我们将采取措施来控制粉尘的产生和扩散。例如，使用喷洒水雾来减少扬尘，使用工地隔离帘来限制粉尘向周围环境扩散。

（4）噪音控制：施工现场常常会产生噪音，为了减少对周围居民的影响，我们将采取噪音控制措施。例如，在施工现场周围设置围挡和隔音墙，使用低噪音设备进行施工作业，以减少噪音的产生和传播。

（5）合理安排施工，尽可能使用低 噪音设备，对特殊设备采取降噪消音措施[3]。

5.效益分析

（1）广州市白云区同德围片区配套公共管网工程施工过程中，采用原有老旧管道PE 管内衬施工工法代替设计开挖原状替换施工工法，安全有效的完成了市政管道修复的施工任务，减少了土方工程的工程量，大大提高了施工效率，节省了施工成本，缩短了施工工期，共节省成本：

①土方开挖回填施工：

开挖：1.5＊3＊200＊11.8/10000=1.06 万元。

回填石屑1.5＊3＊200＊246/10000=22.14 万元。

节省费用1.06+22.14=23.20 万元。

②排水管管材节省20 万元。

③基坑支护：

型钢支护48.131＊5＊3.125＊200＊2＊0.63/10000=18.95 万元

节省费用18.95 万元。

综上对比可知：PE 管内衬施工工法可节约23.20+20+18.95=62.15 万元，节约了施工成本。同时比原状管道施工提前7 天施工完成，大大提高施工效率，为市政老旧排水管道修复施工提供了宝贵的经验，具有推广应用价值。

（2）广州市白云区沙龙村、朗头村、大石岗村污水管网工程施工过程中，采用原有老旧管道PE 管内衬施工工法代替设计开挖原状替换施工工法，安全有效的完成了市政管道修复的施工任务，减少了土方工程的工程量，大大提高了施工效率，节省了施工成本，缩短了施工工期，共节省成本：

①土方开挖回填施工：

开挖：1.5＊3＊100＊11.8/10000=0.53 万元。

回填石屑1.5＊3＊100＊246/10000=11.07 万元。

节省费用0.53+11.07=11.6 万元。

②排水管管材节省10 万元。

③基坑支护：

型钢支护48.131＊5＊3.125＊100＊2＊0.63/10000=9.4 75 万元

节省费用9.475 万元。

综上对比可知：PE 管内衬施工工法可节约11.6+10+9.475=31.075 万元，节约了施工成本。同时比原状管道施工提前7 天施工完成，大大提高施工效率，为市政老旧排水管道修复施工提供了宝贵的经验，具有推广应用价值。

结语：

综上所述，随着城市化建设进程的加快，地面以上各种建筑物的大规模建设，各种地下管线的交错建设，城市地下排水管线老化、破损问题日益明显，更新修复需求越来越大，开挖替管施工过程中造成的其他管线破损、交通堵塞、扬尘等社会问题深受周围居民的反感。通过工程实践证明，采用PE 内衬施工工法的实践，可以高效、绿色、环保的完成地下管线的修复，减少对周边环境的影响，维护了城市的美好形象。