非开挖修复技术在排水管网改造项目中的应用

2022-02-04燕勇凯

甘肃科技纵横 2022年9期

燕勇凯

（中国铁工投资建设集团有限公司，北京 101300）

0 引言

排水管道非开挖修复技术具有对社会影响程度小，经济效益良好等特点，因此在城市管道更新过程中逐渐受到人们的青睐［1］。本项目需要改造的老旧排水管网均位于主城区，道路交通繁忙，为最大限度降低影响，决定采用非开挖修复技术对老旧排水管网存在的缺陷进行处理，以恢复其使用功能。根据调查了解，目前业内常用的管道非开挖修复技术种类较多，对工况环境等作业条件均有不同的要求和限制。而且，任何一种非开挖修复工艺技术都无法代替所有的其他技术，只有了解并掌握了各种技术特点之后，针对目标管道的特点，进行综合评价，合理选择技术工艺，才能做到对症下药，才是最科学的最有针对性的选择［2］。因此，在项目方案设计阶段，采取先排查分析清楚管道缺陷状况，再筛选出适用的非开挖修复技术，最后按照管道缺陷情况，逐一选择适宜的修复技术的工作思路制定修复方案。在施工阶段，对质量控制要点和关键环节进行识别和记录，不断总结经验、提高工程质量，保证管网改造修复目标的实现。

1 项目概况

本管网改造项目隶属于某市山水林田湖草生态保护修复工程，采取政府与社会资本合作的PPP模式，政府与社会资本方共同出资成立项目公司，负责项目的投资、建设与运营工作，项目公司由社会资本方控股。社会资本方由联合体组成，各联合体成员按照协议约定承担相应的工程施工任务。

项目实施内容是对该市约113 km2范围内的排水管网进行清淤修复和雨污分流改造，主要工程内容为清淤疏通既有排水管网，修复存在缺陷的管道，改造建设部分雨污水管道实现雨污水分流。本项目根据雨水排放收纳水体划分为5个分区（流域），各分区（流域）主要工程量详见表1所列。

表1 项目主要工程量

2 修复方案的制定

科学合理的设计方案是保证项目顺利实施的关键，在项目方案设计阶段，采取的工作思路是：先排查分析清楚现状管道缺陷状况，明确管道修复的总体原则；再对业内常用的非开挖修复技术进行比较，筛选出几类经济、高效、适用范围广的非开挖修复技术作为备选，同时清楚掌握各类技术对工况的要求；最后按照管道缺陷情况，逐一选择适宜的修复技术，确定最终的修复方案。这样可以充分保证修复方案的针对性和经济合理性。

2.1 管道缺陷状态分析

在对现状管网全面清淤疏通的基础上，委托专业机构对清淤后的管道进行全面的CCTV检测，形成检测视频，并出具管道检测评估报告。组织设计和运管单位专业技术人员查看检测视频成果、复核管道检测评估报告，并及时修订评估结果。根据复核和汇总情况，最终归纳出本项目现状管网存在的主要缺陷类型有：脱节（TJ）、错口（CK）、破裂（PL）、变形（BX）、数根（SG）、异物穿入（CR），其中以脱节、错口和破裂三种缺陷最为普遍，典型照片如图1所示。

图1 管道缺陷典型照片

2.2 确定修复原则

对现状管道的缺陷状态全面分析清楚后，结合当地运管单位的经验和要求，并与管道修复专业公司及设计等其他相关单位研讨后，确定了以下的管道修复原则。

（1）重点考虑管道结构性和安全性。针对缺陷等级为III 级及以上的管道进行修复，缺陷等级为II 级及以下的管道列入维修计划。

（2）综合比较开挖更换和非开挖修复。经技术经济和适用性比较，选用开挖更换或非开挖修复方式。

（3）综合比较整体修复和局部修复。优先采用局部修复，管道纵向长距离破裂或局部修复比例较大时（一段管道超过3处）采用整体修复。

（4）雨污水管道系统分类考虑。重点考虑污水管道的运行和安全，适当放宽对雨水管道的修复要求。

（5）提高雨污水并行管道修复要求。当雨污水管道并行时，将管道修复的缺陷等级要求降低一级。

（6）对变形、破裂等有严重结构性缺陷的管道进行原位开挖更换，对异物穿入、支管暗接进行改造和封堵处理。

2.3 非开挖修复技术筛选

通过查阅大量现有的研究和应用成果等资料，并实地调查在施的项目，在管道修复专业公司的技术支持下，结合本项目实际，对业内常用的管道非开挖修复技术进行了比较，筛选出了综合效益较高的几类管道非开挖修复技术。

2.3.1 紫外光固化法（UV-CIPP）［3］

原位固化法的一种，其原理是通过紫外光固化待修复管道内拉入的已浸渍了树脂的玻璃纤维软管，在待修复管道内形成内衬管。此技术的特点是需在无水状态下作业，适用于DN1600以下管道整体修复。

2.3.2 机械制螺旋缠绕法

利用缠绕设备将预制好的型材逐步推进至待修复管道内，通过缠绕在待修复管道内形成内衬管。此技术的特点是可带水作业，可随时中断作业，适用于DN1000以上管道整体修复，修复后管道缩径量稍大。

2.3.3 局部树脂固化法［4］

点状原位固化法的一种，其原理是通过气囊使浸渍了常温固化树脂的毡布紧紧挤压在待修复管道内壁上，固化后形成管道内衬。此技术的特点是需在无水状态下作业，适用于管道局部修复。

2.3.4 不锈钢双胀环法［5］

一种利用不锈钢胀环将橡胶内衬管固定于待修复管道内壁的方法。此技术的特点是可带水作业，适用于DN800以上管道局部修复。

2.4 确定修复方案

通过上述分析可知，当需整体修复的管道管径在DN1000～DN1600之间时，紫外光固化法和机械制螺旋缠绕法均可行。但紫外光固化法对作业条件要求较高，且大直径管道导流困难。而机械制螺旋缠绕法虽对作业条件要求不高，却存在缩径量较大的问题。综合考虑上述特点后，确定对于DN1500以下的需整体修复的管道采用紫外光固化法，对于DN1500及以上的管道采用机械制螺旋缠绕法。

当需局部修复的管道管径在DN800 以上时，局部树脂固化法和不锈钢双胀环法都可以使用。但局部树脂固化法需无水作业，而不锈钢双胀环法可带水作业。同样考虑大直径管道导流难度，确定对于DN800以下的需局部修复的管道采用局部树脂固化法，对于DN800及以上的管道采用不锈钢双胀环法。

表2归纳出上述修复技术选用原则，根据已确定的管道修复原则，逐个确定每一处管道缺陷在表2中的位置，即可确定管道的整体修复方案。

表2 非开挖修复技术适用范围及选用原则

3 工程质量控制要点

在施工阶段，识别和记录质量控制要点和关键环节，不断总结经验，提高修复工程质量。根据归纳，应用非开挖技术修复排水管道需重点关注以下几个方面。

3.1 管道预处理

非开挖修复工程施工前，应对待修复管道进行预处理［6］。预处理的目的是清除影响管道修复作业的障碍物，使待修复管道内壁平整清洁，能与内衬管结合牢固。预处理采用高压喷射水流，清洗的同时用真空吸污车将清洗产生的污水和污泥从检查井内抽出。清洗时，不得在待修复管道内壁某一点停留时间过长，以防止破坏管壁。当采用紫外光固化法与局部树脂固化法时，必须将待修复管道内积水清除干净。若存在渗漏，还需采取注浆等方式进行止水处理。若待修复管道错口严重，超过管径的10%时，应采取垫衬等方式使管内壁平顺。

对于直径大于或等于DN500且缺陷为破裂或变形IV 级的待修复管道，还需用304 不锈钢片对缺陷节点进行预处理。

管道预处理完成后，采用CCTV检测预处理效果。

3.2 修复材料

管道修复所用的内衬管、型材、套筒、止水材料等进场时，必须严格按照设计要求做好进场验收，保证其规格型号、外观质量等满足设计要求。同时还必须按照《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》（CJJT 210-2014）的有关要求做好取样检测，检测其耐腐蚀、抗拉伸、抗裂性、耐久性、材料相容性等指标是否满足设计和规范要求。

修复所用的内衬管在下料和安装时一定要留有足够的富余量，待内衬管固化后再割除处理。

3.3 操作要点

修复工程正式施工前，应选择适宜的待修复管道进行试验段施工，对工艺参数进行验证和修正，总结形成工艺指导书，作为工程施工技术指引。在施工过程中，要做好温度、压力、时间、拉力和速度等关键数据的记录和检验。

使用紫外光固化法时，在向待修复管道内拖入树脂管前，应先在清洗后的待修复管道内铺设一层垫膜，减少摩擦和防止刮擦。树脂管内充气时应控制好气压，使树脂管道充分扩张，并与待修复管道贴合紧密。合理控制紫外光灯行进速度使树脂充分固化，固化过程中管内始终保持压力，固化后缓慢减压。

使用机械制螺旋缠绕法时，应保证内衬管道的缠绕作业与推进作业同步、平稳、匀速进行，锁扣要连接牢固并注入密封剂和胶粘剂，管间环状空隙要注浆密封。

使用局部树脂固化法时，树脂和辅料的配比应合理，毡筒应在真空条件下预浸树脂，树脂的体积应有10%的余量，毡筒必须紧固在气囊上防止滑落，气囊的充气、放气应缓慢均匀。

使用不锈钢双胀环法时，橡胶带和不锈钢胀环安装固定时，先用螺栓、楔形块、卡扣等构件使套环连成整体，再紧贴待修复管道内壁，使用专用液压千斤顶对不锈钢胀环施压并锁定。宜同时对修复位置土体进行注浆加固，填充空洞防止渗漏。

3.4 修复后检测

对于局部修复的管道，施工完成后通过CCTV 检测，查看修复部位是否漏水、安装是否紧凑无松动；接口是否严密、贯通、平顺、均匀；内衬表面是否光滑、无褶皱、无脱皮。

对于整体修复的管道，施工完成后进行闭水试验，验证修复后管道的严密性。

据统计，本项目管道修复完成后的一次检测合格率达到了95%以上。

4 问题与建议

在实施修复的过程中，发现一部分管道的缺陷是管材质量问题引起的，还有一部分缺陷是由外力破坏引起的，可见加强排水管网原材质量管控，做好运行过程中的维护与监管，是保证排水管网正常使用的关键。

本项目实施前，当地可供参照借鉴的经验较少，因此将管道清淤和修复分为两个阶段进行，目的是为了彻底摸排清楚管网缺陷状态后再选择适宜的修复方案，保证方案的针对性和工程成本的可控。这就会导致在管道首次清淤后到修复前的这一时间段内，管道会再次污染或淤堵，增加了管道修复时的预处理工作量。建议其他同类型工程采取选择有代表性的管段作为样本段，采用上述方法确定修复方案，后续的施工作业采取清淤与修复同步进行的方案，这样可缩减一部分成本并大幅度提高工程进度。