非开挖排水管道修复技术优越性研究分析

罗 龙

(上海城建市政工程(集团)有限公司 上海 200240)

0 引言

敷设在地下水水位以下的排水管道，地下水进入污水管网，挤占了污水管网的输送容量，降低了污水处理厂的进水浓度，我国4000多座污水处理厂中约有1000座进水COD在150 mg/L以下，污水处理厂设计生活污水进水COD是350mg/L，两者相比说明污水处理厂处理的并不全是污水。我国南方城市这个问题更加明显，南方污水管道地下埋深一般3m～5m，深的达到7m，低于地下水位，如果管网不防渗，地下水就会渗入管网，所以解决污水管网渗漏的问题非常关键[1]。

截止2015年，全国城市排水管道长度达到54万km，其中26.1万km排水管网的使用时间在10年以上。由于污水腐蚀、侵蚀、冲刷、沉积及地面荷载等影响，污水管道破损严重的问题在我国城市普遍存在。

在我国，以往修复地下排水管道，大都采用开挖式修复技术，不仅废工废时，还给城市交通带来诸多不便。基于此，笔者建议引进当前国外流行的非开挖排水管道修复技术，降低地下管道修复成本以及对城市交通影响度。

1 非开挖排水管道修复原理

CCTV(中央控制工业管道内窥摄像)检测系统，通过闭路电视录像形式，将摄像设备置入管道内，拍摄影像数据传输至计算机后，在终端电视屏幕上进行直观影像显示和影像记录存储。检测系统一般包括摄像系统、灯光系统、爬行器、线缆卷盘、控制器、计算机及相关软件。

1.1 CIPP整体修复技术[2]

排水管道紫外线光固化式(CIPP)修复非开挖修工艺，将旧管道作为新管的内衬通道和成型模板，从检查井口通过卷扬机设备将渗透树脂的CIPP软管拉入所要修复的管道内部，在玻璃纤维软管的一端安装好特殊的固定装置(扎头)以后，使用紫外线内衬修复设备的压缩空气将玻璃纤维软管撑开，再将紫外线灯架插入玻璃纤维软管中，烘干固化软管。

全自动紫外线电缆转轮，平均以1m/min的巡航速度带着紫外线灯架行走一次即可实现软管固化，树脂变硬后形成坚硬的刚性管道，玻璃纤维软管便紧紧内覆在下水管道上，不仅具有密封功能，还具有加强作用，管子变硬后，取代旧管道或与旧管道联合承载，实现地下管道非开挖内衬修复，在原位更新，使旧管道成为新管的外保护层，新旧管道固结成一体，共同承受水压力及外部荷载， 然后取下位于探井端管子头上的固定装置。整个过程仅需几个小时，排水管道就可以重新投入使用。

全自动紫外线固化过程施工工艺具体流程如下：

(1)堵水管道清洗：同其他CIPP一样，需将管道排水内的沙石淤泥等彻底清除至管口。采用管道高压清洗车和人工清淤相结合，清洗效果能达到修复工艺的要求。

(2)管道检测：检测目的在于确认待修管道是否达到紫外线修复工艺要求，即不能有石头及大面积泥沙淤泥，外露的钢筋、尖锐突出物、树根等须用机器人切割铣刀设备去除，管道弯曲弧度应小于30°，管道接口之间若有错位，错位大小只允许在150mm以内，错口方向形状必须明确。

(3)铺设塑料垫层：用绳索将塑料垫层拉入待修复的管道中，塑料垫层铺在管道底部，以保护CIPP软管材料在拉入管道过程不受损坏，垫层在管道中沿材料拉入方向固定。

(4)玻纤软管放入待修管道：玻纤软管用卷扬机从井口拉入管道，拉入过程保持流畅、匀速，起重机、上井口、下井口的牵引机默契配合，随时观察物料的拉入情况。

(5)连接充气设备：将紫外线固化设备车上的空气管连接在扎头装置上， 各连接口密封完好，连接气管通气顺畅不漏气。气管耐压保持8kg以上，耐200℃。供气设备确保正常安全运行。

(6)紫外线灯架插入玻纤软管中：比如：采用400W紫外线灯的8支灯架进行固化。在DN400紫外线灯行走速度平均为1.0m/min；长度40m固化时间需约：40min。

(7)全自动紫外线固化过程：此过程是树脂的固化过程，要保证紫外线玻璃纤维树脂材料能够紧密地和原管道贴紧，同时还要保证不破坏原管道，紫外线固化程序设定好在不同的固化阶段以及不同的温度阶段所需控制不同的压力和紫外线灯行走速度，然后，按下鼠标即可全自动控制固化过程。同时，固化过程内置在紫外线灯架上的CCTV摄像头监测录像，随时观看测温仪、测压仪和监视玻纤软管固化全过程，为业主提供静态和动态数据采集的原始记录依据。

(8)固化完成冷却：固化完成后，慢慢冷却材料衬里。外部温度以2℃/min的速度降低到55℃。关闭紫外线灯，利用压缩空气进行冷却。

(9)管口扎头切除：待冷却完成后，进行管口切除处理。

(10)CCTV内窥检测、形成检测报告：以上工艺完成后，进行CCTV内窥检测，并形成检测报告。

1.2 局部树脂点状内衬修复[2]

局部树脂点状内衬修复技术是一种排水管道非开挖局部内衬修理方法，即利用毡筒气囊局部成型技术，将涂灌树脂的毡筒用气囊使之紧贴母管，然后用毡筒气囊局部加压成型固化。在损坏点固化树脂，增加管道强度达到修复目的，并可提供一定的结构强度。

局部树脂点状内衬修复施工工艺流程：

(1)将毡筒用适合的树脂浸透；

(2)将上述毡筒缠绕于可膨胀的气囊上，在CCTV引导下到达许修复地点；

(3)向气囊充气、蒸气或水使毡筒“补丁”被压覆在管道上，保持压力待树脂固化；

(4)气囊泄压缩小并拉出管道；

(5)进行CCTV检视，进行施工质量检测；

(6)排水管道处于流砂或软土暗浜层，由于接口产生缝隙，管周流砂软土从缝隙渗入排水管道内，致使管周土体流失，土路基失稳，管道下沉，路面沉陷。因此，局部树脂固化修复时，必须进行损坏处管内清洗，并且CCTV确认干净。

2 开挖式与非开挖式修复技术比较

CIPP整体修复技术的优点：①施工现场不需要固化用水源；②不开挖窨井、不开挖路面，材料轻松入管，占地面积小；③固化时间短，UV灯固化时行走的速度可调控，平均以1m/min速度固化；④可以实现测温测压静态和动态数据采集：⑤CCTV摄像头内置在紫外线灯架上；⑥低碳环保，不产生垃圾，噪音低、对道路交通影响极小；⑦整个修复工期相对较为可控，影响工期的不确定性因素较少。

若在旧有道路上采用传统开挖方式，①一般需要采用钢板桩进行支护，容易发生位移现象，导致旧有道路整体发生侧移风险；②同时要对开挖道路进行全封闭施工，增大城市交通压力；③对于地下管网成熟的地段，极易因原有现状管线影响管道的敷设，工期不确定性较大；④地质水文条件对施工质量及安全性也会造成一定的影响。

通过两种修复技术比较分析可知：采用CIPP整体修复技术可最大限度地降低施工本身给交通造成的干扰、和环境(地质水文)造成的影响。同时，极大地缩短了施工工期，确保项目尽早投入使用。

3 开挖式与非开挖式经济指标分析

本文以在旧有道路开挖更换污水管道、采用CIPP整体修复、局部树脂点状内衬修复、传统开挖类修复等3种工艺进行经济指标对比分析。

以50m，一个井位DN800mm污水管道为例，项目选自南昌某经济技术开发区污水管网改造工程，《江西省市政工程及园林工程费用定额(2006年)》以及配套的费用定额；非开挖修复缺项部分执行《广东省排水管道非开挖修复工程预算定额》、费用定额依据江西省配套的费用定额，信息价参照施工当期《南昌建设工程造价信息》。

工艺一(CIPP整体修复)包含主要工作内容：管堵安装、管道人力清淤、淤泥外运输、管道冲洗、CIPP紫外线光固化整体修复、管堵拆除等，因考虑到不同旧有管道内积淤量存在较大差异，且该部分对造价占比不大，对经济指标分析影响不大，故剔除管道人力清淤、淤泥外运输等两个因素，详见表1。

表1 CIPP整体修复经济指标分析表[3]

工艺二(局部树脂点状内衬修复)包含主要工作内容：管堵安装、管道人力清淤、淤泥外运输、管道冲洗、局部树脂点状内衬修复、管堵拆除等。同工艺一，剔除管道人力清淤、淤泥外运输等两个因素，详见表2。

表2 局部树脂固化修复经济指标分析表[3]

工艺三(传统开挖新建管道)包含主要工作内容：旧有路面结构挖除及外运、钢板桩支护、管道土方开挖及外运、沙垫层铺设、管道安装、回填砂、钢板桩拆除、路面结构恢复等；其中旧有路面结构挖除及外运、管道土方开挖及外运、路面结构恢复等因旧有结构及恢复结构不同而不同，本文称为可变指标；钢板桩支护、沙垫层铺设、管道安装、回填砂、钢板桩拆除等相对固定不变，本文称为固定指标，如表3所示。

表3 传统开挖新建管道经济指标分析表[4]

由表3可知：可变指标(拆除旧有结构经济指标+恢复路面经济指标)1606.79元/m，固定指标(新建管道经济指标)8610.64元/m。

3种工艺的管道修复及新建经济指标分析可知，①由表1和表3对比可知，使用CIPP整体修复比传统开挖新建，每米造价节约256.20元～1862.99元；②由表1和表2对比可知，使用CIPP整体修复与局部树脂点状内衬修复对比分析，当50m管道有34.2处局部破损时和采用CIPP整体修复造价指标大致相同，即当原有管道局部破损少于34处时，采用局部树脂点状内衬修复更经济，当原有管道局部破损大于34处时，采用CIPP整体修复更经济。

4 结语

管道修复技术尤其是对于局部破损的管道，采用局部树脂点状内衬修复，极大地降低了更换管道的成本；从优缺点分析及经济指标等两方面综合分析，不论在经济成本、还是环境成本方面都有着非常大的优势，具有广泛的应用空间。我们期待着在不远的将来能够看到管道非开挖修复技术有一个更好的发展，达到科学化、规范化、标准化。