非开挖施工工艺在黄埔区排水管线缺陷修补工程中的应用

叶宇潜

（广州市黄埔区河涌管理所（广州市黄埔水务工程质量安全监督站），广东 广州510000）

1 引言

城市管道在长期使用过程中难免出现缺陷、渗漏等情况，亟需采取措施加以修补［1-2］。当采用开挖施工时，则对当地交通产生严重影响，同时，施工开挖土方量较大，工期较长，对当地交通及发展带来不利影响，也造成维修成本过高［3-4］。因此，结合黄埔区排水管线缺陷修补工程，对非开挖工艺在管道维修中的应用进行分析。

黄埔区排水管线隐患排查结构性缺陷维修改造及查漏补缺工程（II标段）主要包括黄埔区东区、西区、老黄埔区、生物岛片区四个施工区域。针对四个区域的缺陷管段采用开挖和非开挖修复方式进行修复。其中施工内容主要为通风、气体检测、施工导流、气囊加砖体封堵、注浆、开挖回填、管道埋设、CCTV、拉入法CIPP紫外光固化修复、局部树脂固化法修复、管内金属穿入物清除、其他障碍物清除等。

2 施工前准备工作

2.1 通风、有毒气体检测

为了保证下井施工人员的安全，下井作业前必须进行管道通风和有毒气体检测。

施工前，打开待修复段管段上、下游检查井井盖进行自然通风或机械强制通风换气。在检查井井口处用专用有毒有害气体检测仪对检查井井室及污水管道内部的气体进行检测，检测内容包括：氧气含量、可燃气体、有毒有害气体浓度，经气体检测合格后人员方可下井作业，作业过程中应保持连续通风，每2小时至少检测一次管道内气体浓度并做好记录。

2.2 管道封堵

管道封堵采用气囊封堵及砖砌封堵。

2.2.1 气囊封、拆堵（气囊管堵）

1）在气囊封堵之前，用高压冲洗车把管口的石子等杂物清理干净，保证气囊不被杂物损坏。

2）利用高压冲洗车的压力把高压皮管从一座窨井牵引至另外一座检查井，而后在一头扣上细绳，把高压皮管收回的同时细绳从管道内部贯穿完毕。

3）选择适合管径大小的气囊，检查气囊的完好性，平顺地摊铺在地面上。尽量使得气囊抽成真空状态，然后把抽成真空状态的气囊折叠成最小，折叠好后用胶带捆扎固定（注意胶带不能捆扎太厚，需要考虑充气时气囊能否自动弹开，胶带捆扎在3～4道即可）。

4）把穿好在管道内的细绳系在气囊一端，同时用专用工具把气囊摁压至管道底部，细绳的另外一端施工人员用力缓慢的牵引气囊至管口位置；可使用潜水人员辅助安放。

5）用气泵对气囊进行缓慢充气，充气压力必须小于气囊的最大承受压力，一般为0.8 MPa，可根据水压差适当调整气囊压力。

6）拆除气囊顺序与封堵气囊顺序相反，放气时应缓慢均匀。

2.2.2 砖砌封、拆堵（管堵砌筑、拆除）

当气囊封堵达不到安全要求时（一般DN≤1000 mm管道采用气囊封堵，DN＞1000 mm管道采用砖砌封堵），则通常采用砖砌封堵；砖砌封堵前需采用气囊临时堵水，便于砖砌封堵施工。施工步骤如下：

1）封堵

①辅助工在施工区域内进行围护，利用专业工具打开检查井盖；专业人员利用四合一气体检测仪（型号：M40）对检查井内有毒有害气体进行测试，硫化氢最大允许浓度为10 ppm，由安全员进行监护。检测完毕后，辅助工在井内放好扶梯，协助潜水员做好穿好潜水衣、戴好潜水面镜，系好安全绳等下井前的工作。待辅助工检测设备无误后，潜水员下井封头子。

②水中清障：为保证封堵质量，须清除井内垃圾，以保证封堵材料与管道的粘着力。

③材料的运输及整理：主要包括材料运输。水泥砂浆拌制和道板整理等工作。

④铺筑基础：基础铺筑需要清障完成后进行，施工前应当在管底涂抹混粘土（厚度2 cm～3 cm），在混粘土砌筑道板，道板间需有厚2 cm～3 cm的混粘土，封堵墙抗压性需满足要求。

⑤墙体砌筑：完成基础铺筑后砌筑墙体，水泥砂浆均匀铺设，以保证墙体牢靠。

⑥预留孔洞：为了保证封堵、拆堵安全以及雨水管道雨天雨水排放的需要，在封堵头子时必须预留响应孔径大小的孔洞，根据水的流量来预留孔洞的大小；若预留孔洞较小，则直接放置阀管，若预留孔洞较大，则放置相应大小的管道并在管道中间放置阀管，阀管与孔洞管道间空隙水泥砂浆填充。

⑦封堵管道及收口：砌筑道板封堵管道，在道板与管顶之间钉筑倒耙梢，间隔反复钉筑，直至钉紧，再抹、塞水泥砂浆。

2）拆堵

①辅助工在施工区域进行围护，打开窨井盖，利用气体检测仪进行测毒，检测完毕后，方可下井拆头子。

②拆头子：先检查两边水位高低，先上游后下游。水位落差较大时，要先开孔洞，等水位落差平衡后再下水拆头子。

2.3 污水临时导排

施工时需要对上游管道和施工段涉及的支管来水进行导流，同时对待修复管道内积水进行抽排处理。分别在W1、W2、W3检查井内放置污水泵，将污水抽排至W4检查井内。污水临时导排见图1。

图1 污水临时导排示意图

2.4 管道清淤及冲洗

根据现场勘察结果，管道内部淤积均在80%左右。拟采用两种清淤方式对管道进行清理，清淤方法分别为：专业人员下井清掏及水力清淤。具体方法如下：

（1）专业人员下井清掏

安排具有相关施工经验的人员下井进行清掏作业，下井前做好各项安全准备措施，人员下井后对检查井及管道内的淤泥、砖、石等进行清理装桶运至井口，采用电动葫芦提升至地面装袋，将清理出的淤泥装袋运送至指定地点处理。

（2）水力清淤

采用高压联合吸污车进行清淤及冲洗，操作时由汽车引擎驱动高压泵，将水加压到适当压力后送入射水喷头，射水喷头提前放入管道内，靠射水产生的反作用力，对管道进行清洗。

3 非开挖修复工艺

3.1 局部树脂固化修复

（1）工艺流程

工艺流程：判读修复点位→材料制备→玻璃纤维毡布树脂浸透→气囊定位安装→修复完毕。

（2）判断修复点位

根据管道闭路电视（CCTV）检测的数据资料结合人员下井查看，确定所要修复的点位，把玻璃纤维材料按照修复尺寸剪切。

（3）树脂浸透

使用抹刀将树脂混合液涂抹于玻璃纤维毡布上。通过折叠使毡布厚度达到设计值，并将树脂涂覆于新的表面之上。为避免空气进入，可利用滚筒将树脂压入毡布。

（4）气囊定位安装

使用聚乙烯保护膜捆扎气囊使气囊与与管道之间形成一层隔离层，将毡筒捆绑于气囊之上。气囊在送入修复管段时，应连接空气管，并防止毡筒接触管道内壁。气囊安装完成后，使用空压机加压，使毡筒紧贴管壁。该气压需保持到毡布完全固化。最后，释放气囊压力，拖出管道。

图2 树脂固化修复过程

3.2 拉入法CIPP紫外光固化修复

（1）工艺流程

工艺流程：拉入防护底膜→拉入玻璃纤维内衬软管→绑扎堵头→软管加压充气→拉入紫外光灯→紫外光固化→接头处理。

（2）拉入防护底膜

待修复施工管道经过管道清洗、检测、预处理合格并满足CIPP紫外光固化修复施工要求后，应首先在待修复管道内部拉入防护底膜，防护底膜应置于原有管道底部，并应覆盖大于1/3的管道周长，并在管道两端固定。

（3）拉入玻璃纤维内衬软管

将防护底膜完全拉入待修复管道并固定好后，使用卷扬机按照规定速度，缓慢、匀速将玻璃纤维内衬软管从检查井一端拉到另一端检查井。

（4）软管充气加压及拉入紫外光灯

利用空压机给内衬软管充气，使内衬软管膨胀。通过管道扎头在软管内拉入小车式紫外线灯。调试小车及灯的运行。加压过程缓慢进行，防止玻璃纤维软管过度膨胀及出现褶皱，每加压50 mbar，保持压力3 min～5 min，然后继续加压直到额定压力，并保压30 min。

（5）紫外光固化

通过小车速度及管内温度控制参数，并结合小车的监测数据，及时调整参数，使树脂处于硬化条件，开启紫外线灯。固化前在内衬软管两端、外壁和旧管内壁间设置好1～2个膨胀胶圈防止渗水。紫外光固化过程中内衬管应保持压力，使内衬管与原有管道紧密接触，待固化完成后，缓慢释放压力。

表1 固化施工参数表

（6）端头处理

固化后切除旧管外软管，拆除扎头、充气管道、紫外线灯架等。将切除后两端的毛边进行修整处理后用快干水泥涂抹四周，充分确保内衬管与老管道间不会有渗漏现象发生。

（7）抽出软管内膜

端头处理后，抽出软管内膜。清理固化作业现场。

图3 拉入法CIPP紫外光固化修复过程

3.3 钢圈内衬法修复

（1）材料选择及设备配置

1）钢圈采用碳素钢，碳素钢需要防腐处理，防腐材料采用纳米复合乳液；钢圈厚度3 mm，每片宽度400 mm。钢板梁板应加工成锯齿形边口，边口宽度宜为20 mm；止回扣应能保证卡住后不回弹，且不应对修复气囊造成破。

2）根据工程施工特点和进度要求，一般配备设备有电视检测系统、发电机、鼓风机、空气压缩机、卷扬机、液压千斤顶、管道封堵气囊、疏通设备和切割设备。所采用的钢圈、高聚物注浆材料等应符合国家有关标准的要求，应具有质量合格证和质量检测报告。

（2）钢圈安装步骤

内衬钢圈环定位：人工下井在待维修检查井管段靠近缺陷点检查井筒壁上开凿一个孔槽，然后将第一节待内衬钢圈安装定位，同时做好待顶进钢圈环的管轴线、标高控制。

内衬钢圈顶进施工流程：

地面对管段破裂、变形塌陷位置注浆固化土体；内衬钢圈定位；管前挖土；第一节钢圈顶进作业；第一段管内破裂、变形塌陷部位切割；第二节内衬钢圈顶进作业；第二段管内破裂、变形塌陷部位切割；依此循环内衬钢圈顶进和管内破裂、变形塌陷部位切割；内衬钢圈环后推顶进压力设定值为30 kN。

钢圈安装后井注浆导管注射高聚物注浆材料，修复完成后应采用CCTV设备进行检查，检查结果应符合以下规定：

钢圈位置应安装正确，完全覆盖缺陷部位，不得出现倾斜、扭曲、变形等情况。钢圈的锁扣应全部扣好，不应出现松抠现象。管道修复部位无渗漏现象。

3.4 检查井喷涂修复

离心浇筑检查井修复技术具有涂层均匀，致密，性能稳定，可灵活设计内衬厚度，成本低，永久性、全结构性修复，施工周期短等特点。

检查井结构性内侧修复专用成品灰浆应为水泥基改性的成品复合材料，应具有高强度、高抗渗、耐磨性好、无收缩等特点，具备抵抗硫化氢等有害气体的腐蚀能力，在地下潮湿封闭环境下无需特殊养护条件4h即可达到终凝，在污水中使用寿命不低于50年，修复后的检查井抗渗等级采用S8。

4 结论

黄埔区排水管线在长期使用过程中出现了不同程度的破损，为了降低对交通的影响、减少工程速度、降低工程投资，采用非开挖施工工艺对管线进行修复，详细介绍了施工前的排气、清淤、导排、封堵等方法，并对树脂固化修复、拉入法CIPP紫外光固化修复、钢圈内衬法修复、检查井喷涂修复4种非开挖施工管线修复方法施工工艺进行分析，可为城市管线修复工程提供参考。