排水管道非开挖修复技术研究进展与工程应用

2021-10-27居朝荣

城市道桥与防洪 2021年9期

居朝荣

（上海浦东新区东宝市政实业有限公司，上海市 200125）

0 引言

近年来，排水管网作为关系黑臭水体治理、城镇内涝防治和污水处理厂提质增效的关键因素，关注程度日益提高。截至2019 年底，我国城市排水管道长度已达到743 982 km[1]。随着排水管道总量逐步增长和老化程度加剧，亟需修复的排水管道数量激增，传统的开挖式修复方式既影响道路交通、污染环境，同时也面临着施工效率低下的问题，而非开挖修复方式具有施工周期短、社会影响小和使用寿命长等优势，已成为排水管道修复的主要手段[2]。

1 非开挖修复技术

非开挖修复技术是指采用少开挖或不开挖地表的方法进行地下管道修复或更新，基本目的是恢复管道原有功能。按修复范围可分为整体修复和局部修复。整体修复包括原位固化技术、机械制螺旋缠绕技术、碎裂管技术、短管内衬技术等，以原位固化技术最为常用[3]，近年来原位热塑成型技术、管片内衬修复技术也得到了快速发展和应用[4-5]。局部修复是对管道内的局部破损、接口错位、局部腐蚀等缺陷进行修复的方法，主要包括点状原位固化技术、不锈钢双胀环/ 不锈钢快速锁技术等。

1.1 原位固化

原位固化的原理是将树脂浸渍在纤维软管中，通过现场安装施工将软管置入原有管道中，使软管和原有管道紧密贴合，在特定条件下使树脂发生固化反应，从而在原有管道内部形成一层新的内衬，施工完成后的内衬管单独或者与原有管道共同承载管道上方的所有载荷。

原位固化根据软管置入原有管道方式可分为拉入法和翻转法；根据树脂的固化方式可分为热水固化、蒸汽固化和紫外光固化。目前应用最广泛的工艺包括翻转原位固化和紫外光原位固化，此外，局部树脂原位固化也属于原位固化。

1.1.1 翻转原位固化

翻转原位固化适用于DN150~DN2700 的圆形、矩形和蛋形管道修复，将衬管设计成结构性衬管，从检查井进入管道内，通过水体的压力进行翻转并紧贴原母管，经过加热固化后，管道能够完全不依托原有管道，独立承受内压和外压。修复后的新管基本不影响过水断面，且由于曼宁系数降低，有利于增强过水能力，正常使用年限在50 a 以上。

翻转原位固化修复材料主要包括软管、树脂和聚乙烯涂层（PU 或PTU 膜），其成品的弯曲弹性模量一般能达到2 500~3 000 MPa。应用于翻转原位固化的软管一般采用无纺布或复合增强软管，前者以无纺布为基层涂覆防渗膜，适用于DN100~DN2400 的管道；后者以织物复合材料为基层涂覆防渗膜，适用于DN100~DN3300 的管道。树脂材料包括聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂，应用最广泛是聚酯树脂，其中又以间苯型不饱和聚酯树脂的应用最为常见。

1.1.2 紫外光原位固化

紫外光原位固化利用紫外光作为固化媒介，树脂中含有光引发剂，经过特定波长的紫外光照射时，树脂产生固化反应，形成高强度内衬新管，适用于DN150~DN1600 各种形状的排水管道。施工时采用卷扬机将充填有树脂的玻璃纤维内衬管拉入既有管线，通过大流量风机将内衬管“吹”鼓并紧贴在既有管线内壁上。与翻转原位固化类似，管道经紫外光原位固化后，可以独立承受内压和外压。修复后的内衬管密封效果好、抗腐蚀性强、使用寿命长，在较小厚度下即可达到较高机械强度，正常使用年限在50 a以上。

据介绍，“水稻+”是以水稻生产为本，以稻田生态系统为基，以种植制度创新为魂的新型农作制度，包括稻经轮作、稻禽协同、稻渔共生等生产体系，是水稻绿色生产的重要模式之一。“水稻+”通过改进提升和集成创新传统模式，具有稳粮优经、种养结合、绿色高效等特点，对确保口粮安全、推进绿色兴农、实现质量兴农、加快品牌强农具有重要意义。截至目前，全国“水稻+”应用面积约为166.67万hm2，按667 m2平均效益2 000元计算，实现经济效益500亿元。同时数据显示，仅以稻渔共生模式为例，就可减少用肥20%～30%、减少用药30%～40%。

紫外光原位固化修复材料主要采用玻璃纤维软管和树脂。玻璃纤维软管在玻璃纤维布基材内外贴附防渗膜，为了增强树脂浸渍能力，有的还在多层玻璃纤维布之间增加无纺布层，其结构从外到内依次为：防紫外线保护膜、外膜、玻璃纤维织物、内膜。

1.1.3 局部树脂原位固化

局部树脂原位固化与整体原位固化相似，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，放入待修复的管道，定位后进行充气，以便含有树脂的纤维材料紧贴在管壁上，然后采用常温固化方式，使得树脂发生化学反应，最终生成玻璃纤维增强塑料。玻璃纤维局部修复后的管壁光滑，可提高通水能力。

1.2 原位热塑成型

原位热塑成型是一种新型的非开挖修复技术，其利用热塑性材料在一定温度范围内能够反复加热软化和冷却硬化的特性，将工厂预制的工字型或C字型断面衬管在现场采用蒸汽加热软化，牵引置入原有管道内部，通过加热加压方式使其紧贴原有管道内壁，后冷却形成具有一定结构强度的内衬管，实现老化管道的修复。

原位热塑成型适用于DN100~DN1350 的圆形、矩形和变径（变径一级）等多类型截面管道，以及雨水、污水、压力（供水、燃气）等多用途管道修复。高分子热塑材料强度高、韧性好、耐腐蚀性强，现场施工不改变材料力学性能，设计寿命可达到50 a 以上。此外，高度预制化的管道修复产品一方面可以在安装前进行检测，保证修复质量稳定可控，另一方面也方便运输和储存。

1.3 管片内衬修复

管片内衬修复适用于DN800~DN5000 的圆形管、以及短边大于1 000 mm 的非圆形管，在管道材质方面可用于钢筋混凝土管或砖砌管。施工时，在管道内分段置入管片，通过人工拼接和固定，使管片成为整体，然后在内衬管道与原管道之间注浆进行结构加固。管片内衬修复采用轻质、透明、化学性质稳定的PVC 模块，修复后的管道环刚度高，耐磨性能好，粗度系数小。

管片内衬修复的主要优点在于施工较灵活，例如：可少量带水施工；可上下分开施工或中间向两边施工，以缩短施工工期；可进行曲线施工和局部施工，单次修复长度不限；可临时中断施工。

1.4 不锈钢双胀环/ 不锈钢快速锁

不锈钢双胀环/ 不锈钢快速锁属于局部修复技术。不锈钢双胀环主要用于管径不小于DN800 的大口径管道接口渗漏的预防性修复，管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补，以及管道基础结构基本稳定、管壁坚实不酥化情况下变形、错位（不大于3 cm）、脱节、渗漏等结构性缺陷的修复。不锈钢双胀圈主要采用不锈钢压条和特制的止水橡胶条，施工时需进入管道安装，先手工固定橡胶条，接着通过扩张器，用不锈钢条压住橡胶条，完成管道局部防渗修复，必要时还可以对管道渗漏处进行注浆处理。

不锈钢快速锁是在双胀环基础上发展起来的新型局部修复技术，由不锈钢套环、锁紧机构和橡胶圈三部分组成，根据修复管径不同，分为DN300~DN600 的小管径快速锁和DN600~ DN2600 的大管径快速锁。不锈钢快速锁操作简单，施工时间短。

1.5 修复方法选择

上述修复技术的适用范围和使用条件见表1，应根据现场条件、管道特征及损环情况选择合适的修复方法。

表1 不同修复技术的适用范围和使用条件

2 工程应用

2.1 世博园区排水管道修复工程

2.1.1 工程概况

世博园区运行近10 a 后，经对园区内排水管道进行CCTV 检测，发现世博大道等9 条道路排水管道（DN300~DN3000）存在不同程度的渗漏、错口、腐蚀等病害及缺陷，影响管道过流能力和使用功能。由于待修复管道周边道路交通繁忙，大面积开挖更换新管施工难度大，成本较高，因此全部采用非开挖方式进行修复。其中，整体修复主要采用翻转原位固化，共修复管段1 000 余米；局部修复采用局部树脂原位固化和不锈钢双胀环，共修复400 余处。

2.1.2 实施效果

根据CCTV 检测，修复完成后的内衬管表面光滑，无局部凹陷、划伤、裂缝、磨损、孔洞、起泡、干斑、隆起、分层和软弱带等缺陷，对整体修复管道进行的渗漏测试均达到合格标准，修复质量达到预期效果。该工程是浦东新区首次大规模采用非开挖修复技术进行管道修复的项目。实践证明，非开挖修复技术不但施工方便、简单、节约了工期，还避免了开挖施工引起的环境污染和交通堵塞问题，具有良好的经济效益和社会效益。

2.2 浦东三林地区排水管道修复工程

2.2.1 工程概况

浦东新区三林地区在管道CCTV 检测中，发现上南路、成山路、耀龙路等25 条路段的雨污水管道（DN300~DN2400）存在不同程度的腐蚀、错位、渗漏、破裂等缺陷，给雨污水排水和道路通行带来严重隐患。由于三林地区属于老城区，周围居民较多、人流量较大、交通繁忙，为避免出现环境污染、发生交通堵塞，从缩短工期、减少工程造价等方面综合考虑，根据缺陷等级，实施开挖修复或非开挖修复。非开挖修复中，整体修复主要采用紫外光原位固化，共修复管段2 039 m；局部修复采用局部树脂原位固化和不锈钢双胀环，分别修复144 处和45 个。

2.2.2 实施效果

该工程的实施使区域内的排水安全性得到了切实保障，创造了良好的社会效益。同时，随着老城区管道使用年限逐渐增长，病害出现的周期也越来越短，城市发展与人口增长导致使用功能与需求之间的矛盾突出。本工程在一定程度上缓解了上述矛盾，给予了解决问题的时间窗口。