非开挖技术在排水管道修复中的应用

庄奇翼

（永建设计集团有限公司，福建 厦门 361000）

1 项目现状分析及存在的问题

本次设计范围包括高新区内27 条市政道路，污水管道总长37 359.10m，污水检查井1 335 个。检测报告共计1 792 个结构性缺陷、226 个功能性缺陷，合计2 018 个缺陷。缺陷情况见表1。

表1 管道结构性状况

2 管道修复原则

（1）根据项目特点和业主方要求，本方案仅对管道二、三、四级缺陷进行修复。（2）管道损毁长度较短或埋深较浅的，原则上采用开挖更换新管道。（3）横穿机动车道管存在缺陷的，原则上优先采用非开挖工艺进行修复。（4）管道损毁长度较长或开挖有困难地段，原则上采用非开挖工艺进行修复。（5）管道功能性缺陷如沉积、障碍、残墙、结垢等，采用机械清通；树根采用机械清通，破损点采用局部点树脂固化加固。（6）管道结构性缺陷根据缺陷长度和缺陷等级视情况采用原位固化内衬CIPP、局部点树脂固化法、短管置换、开挖修复等工艺，具体实施方案结合工艺特点和管道现场施工条件确定。

3 管道修复方式

根据管道缺陷情况和管道承载能力，管道修复方法一般分为开挖修复方式和非开挖修复方式。开挖修复方式即使用挖掘机械开挖沟槽，在管道安装、修复或置换完成后再回填沟槽。开挖修复方式施工的优点是施工相对便捷、操作直观，但需要破除现状路面，对路面结构有一定的损坏，在一定程度上影响道路的使用寿命；同时，开挖修复方式施工时需要占据多幅路面，甚至阻断道路正常通行、施工工期长，对附近的交通、临街的商业活动、居民出行造成较大影响。因此，开挖修复方式适用于人口密度不高、施工现场较为宽敞、对交通影响较小的场所。非开挖修复方式避免了开挖修复方式影响路面、影响交通的缺点，但是，操作没有开挖修复直观，需要管线探测等相关机器的辅助，对操作人员水平要求更高。常见的非开挖修复方式有以下几种：

3.1 原位固化法

原位固化法按照软管进入原有管道的方式不同可分为翻转式和拉入式两种工艺。软管的固化工艺目前包括热水固化法、蒸汽固化法和紫外光固化法。水翻转——热固化法是采用树脂加热固化的原理，在不用对修复管道进行开挖的情况下，将未成型树脂软管利用水压或气压翻转至管道内部，然后对管道内部热水或蒸汽加热，使树脂在管道内部固化，在原有破损管道内部形成新的“管中管”的一种新兴、高效的管道修复工艺，适用于管径150～2 200mm 的排水管道、检查井井壁和拱圈开裂的局部和整体修理。拉入式原位固化法常见的有紫外光固化修复法。紫外光固化修复法是玻璃纤维软管内衬修复工艺，同样采用翻转方式将预制好的软管衬入管道后固化，材料采用玻璃纤维树脂，并利用紫外光加热固化。紫外光加热固化宜满足下列条件：管径小于600mm 的排水管道；管道结构性缺陷呈现破裂、变形、错位、脱节、渗漏和腐蚀，且接口错位不大于直径的15%；管道结构基本稳定；管道线形无明显变化；管道壁体坚实不酥化。紫外光加热固化不适用于管道基础断裂、管道坍塌、管道脱节口呈倒载式状、管道接口严重错位、管道线形严重变形等结构性缺陷损坏的修理。

3.2 点状原位固化法

采用原位固化法对管道进行局部修复的方法也称局部内衬修复工艺。树脂固化内衬局部修复法是与原位固化法翻转整体内衬相似的一种技术，其原理是将含有促进剂的特种树脂涂抹在玻璃纤维材料上，将纤维材料包裹在修复气囊上，然后放入待修复的管道，定位后充气，以便含有树脂的纤维材料紧紧地贴在管壁上，最后采用常温固化方式使树脂发生化学反应，最终生成玻璃纤维增强塑料。此方法适用于管径 200～1 500mm的排水管道，同时，每个病害点的长度不宜超过10cm。点状原位固化法主要工艺流程如下：首先，将待修复的管道上下紧邻关口及前一段排水管关口分别用堵水气囊（即上、下游各个堵水气囊）堵住，然后对管道进行清淤。其次，用合适的树脂浸透毡筒绕于气囊上，在CCTV 机器人的引导下到达要修复的地点，向气囊充空气、蒸气或水，使毡筒和补丁被压覆在管道上，保持压力待树脂固化，气囊泄压缩小并拉出管道。最后，用CCTV 机器人进行施工质量检测。

3.3 不锈钢内衬修复

不锈钢内衬修复也称不锈钢快速锁修复。小型管道局部修复专用系统是由冲压加工成型的高品质不锈钢套环、专用锁紧机构和橡胶圈3 部分组成，相较于其他局部修复工艺，可用于任何材质的排水管道和一定压力的给水管道的局部修复，修复过程无须断水，操作简单、可靠高效。此外，对于缺陷沿管道轴向方向长度较大时，可将若干个连续搭接安装，实现修复，理论上可无限延长。适用管径：DN150～DN700mm。大直径管道局部修复是由数控加工的高品质不锈钢环片、专用锁紧螺栓和橡胶圈3 部分组成。管道修复施工时，工人进入待修复管道部位，先将不锈钢环片预拼装成比管道内径略小的套环，后将EPDM橡胶圈套在套环外面，然后将套环正确放置在拟修复部位并采用专用安装工具将快速锁套环撑开张紧，使套环和橡胶圈与管壁紧密、无缝贴合后将专用锁紧螺栓锁死，完成对管道的局部修复。相比于其他局部修复工艺，可适用于任何材质的排水管道和一定压力供水管道的局部修复。根据直径的不同，通常由2～3 片不锈钢管片组成，修复过程操作简单、结构可靠、效率高。此外，对于缺陷沿管道轴向方向长度较大时，可将若干个连续搭接安装，理论上可无限延长。适用管径：DN600～DN1800mm。不锈钢快速锁修复有采用气囊安装和人工安装两种方式，主要工艺流程如下：

（1）采用气囊安装的不锈钢快速锁应按下列步骤操作：在地表将不锈套筒和橡胶套预先套好，并检查锁紧装置可正常工作；分别在始发井和接收井各安装一个卷扬机，将快锁固定在带轮子的专用气囊上，然后在CCTV 或QV 的辅助下将气囊牵拉至待修复位置；在CCTV 或QV 设备的监控下，缓慢向气囊内充气，使不锈钢快速锁缓慢扩展开并紧贴原有管道内壁，气囊压力宜控制在3.5～4.0bar；确认不锈钢快速锁完全胀开后将气囊压力卸掉并收回。（2）采用人工方式安装的不锈钢快速锁应按下列步骤操作：将不锈钢环片、橡胶等从检查井下入并送到待修复位置；到达待修复位置后，先将不锈钢环片拼装成小直径套筒，再将橡胶套套在不锈钢套上，安装时橡胶套迎水边坡朝来水方向；将装好的不锈钢快速锁安放到待修复位置，用专用扩张器对不锈钢套筒进行扩张，待扩张到橡胶套密封台基本贴近管壁时，使用扩张器上的辅助扩张丝杆缓慢扩张，在扩张过程中可用橡胶锤环向振击快速锁，确认各个部位与原管壁紧贴合后将紧固螺栓锁死，完成安装。特别注意，需要人工井下作业时，必须保证井内通风、持续测量井内气体含量，确保作业环境安全；同时，应保证充分的照明，井下作业照明不宜小于50lx。

3.4 垫衬法工艺

垫衬法工艺是指用速格垫材料预制成与修复管道相配套的内衬垫结构，用机械设备牵引入清理干净的管道内，向内衬注水或充气，利用水压或气压将内衬热撑起，形成管状结构。速格垫与原管内壁间的空隙进行填充灌浆，灌浆料采用与之配套的浆料。灌浆料固化后，速格垫便通过锚固件与灌浆料形成一个整体，在管内形成新的内衬结构层，达到对原管道的修复作用。垫衬法施工工艺如下：布置施工用地，材料进场、安置施工用水用电等设施设备；对管道内泥砂等杂质进行清理；缺陷预处理：管道结构不满足相关规范、设计要求时，应先采用相应的方法对管道结构进行加固处理后，再进行垫衬法施工；管道基层经检测发现较大空洞，存在不稳定等隐患时，应对基层土体进行固化加固处理，管道结构安全时，管内缺陷不影响垫衬法施工、或垫衬法施工后可对缺陷进行修复的，可不作处理；管道结构安全时，管内缺陷影响垫衬法施工，应进行处理，对脱节、破裂、渗漏等可作局部脂固化法进行修复，大管径可人工进行修复。

4 修复方式选择

按照管道修复原则，结合现场实际情况和经济技术分析，本工程对管道缺陷采用的修复方式见表2 和表3。

表2 结构性状况修复方式

表3 功能性状况修复方式

据调查，现有管道非开挖修复材料及工艺种类繁多，不同厂家生产工艺略有不同，造成同一种修复方式的修复效果存在差异问题。在实际工程应用中选择非开挖管道修复方式时，应在遵守非开挖技术指南和相关国家规范的同时，考虑修复材料的实际材质和适用条件，参考以往该工艺在管道修复工程中的恢复、运行情况，慎重选择修复方式。本工程已竣工验收，根据竣工验收情况，本次设计采用的非开挖修复方式修复后的管道运行效果较好，质量符合验收规范。