非开挖修复技术在某排水管道修复工程中的应用

赵士雄 宋清泉 杨元元

1. 北京市市政专业设计院股份公司 北京 100037；2. 深圳市建筑设计研究总院有限公司 广东 深圳 518031；3. 鄂尔多斯市环保投资有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000

引言

排水管网是城市基础设施的重要组成部分，在城市防洪排涝、水污染防治等方面发挥着不可或缺的作用。随着城市飞速发展，很多老城区排水管网出现缺陷。管道漏损导致旱季污水外溢污染周边环境，雨季外部水内流，地下水中的泥沙进入管道造成管体周围形成空洞，严重时导致路面塌陷[1]。为保障排水安全与道路基础稳定，亟须对缺陷管道进行修复。

然而老城区往往地下管线众多，交通繁忙，传统开挖的施工方式非常受限。非开挖修复技术具有占地少、施工周期短、社会及环境成本低的特点，在老城区排水管网改造工程中展现出明显优势[2]。

本文结合惠州市某老城区排水管道修复工程案例，对非开挖修复技术在市政排水管道修复中的选择与应用进行探讨。

1 工程概况

惠州市某老城区污水管道位于道路西侧机动车道下，管道总长度为616.8m，钢筋混凝土管材，管径为DN600，污水管道已出现不同程度缺陷，拟采用非开挖修复工艺对管道进行修复。

2 管道检测与评估

2.1 管道检测

根据CCTV（闭路电视）检测结果，现况污水管道各段存在不同程度的破裂、脱节、错口、腐蚀等缺陷，如图2所示。

图2 现况污水管道缺陷情况

2.2 缺陷评估

按照公式1计算各管段结构性缺陷参数，确定管段结构性缺陷等级，当管段结构性缺陷等级大于Ⅱ级时采用结构性修复。按照公式2计算各管段结构性缺陷密度，当SM≥0.1时采用整体修复[3]。

式中：F—管段结构性缺陷参数（F≤1，为Ⅰ级缺陷；1＜F≤3，为Ⅱ级缺陷；3＜F≤6，为Ⅲ级缺陷；F＞6，为Ⅳ级缺陷）；S—管段损坏状况参数平均值；Smax—管段损坏状况参数最大值，为管段结构性缺陷中损坏最严重处的分值；n—管段结构性缺陷数量；n1—纵向净距大于1.5m的缺陷数量；n2—纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷数量；Pi1—纵向净距大于1.5m的缺陷分值；Pi2—纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷分值。

式中：SM—管段结构性缺陷密度（SM＜0.1为局部缺陷，SM≥0.1为整体缺陷）；L—管段长度（m）；Li1—纵向净距大于1.5m的结构性缺陷长度（m）；Li2—纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的结构性缺陷长度（m）。

计算结果表明，全线20段管段结构性缺陷等级为Ⅱ级共8段，缺陷等级为Ⅲ级共12段，结构性缺陷密度均大于0.1，故对全线管段进行结构性整体修复。

3 修复方案

3.1 修复方案比较

管道整体修复方式主要有原位固化法（包括紫外光固化法、热水翻转法）、螺旋缠绕法、管片内衬法、裂管法。

紫外光固化法适用管径为DN150～DN1600，施工机械化程度高，施工速度快，材料成本相对较高[4]；热水翻转法通过控制水温控制内衬管道固化温度，实现软管固化，可修复管径为DN150～DN2200的管道，修复过程需消耗大量热水，修复操作时间较长；螺旋缠绕法适用于修复管径小于DN3000的管道，可带水作业（充满度≤30%），考虑建设成本，应用于管径DN2000以上的管道修复较为经济，螺旋缠绕法修复后管道过流能力受到一定影响[5]；管片内衬法需人工进入管道内将管片焊接为整体管道，最小适用管径为DN800，修复后在内衬管与原管道之间注浆加固，修复后过流断面损失较大；裂管法是采用裂管工具在原管道内将原管道破坏，旧管材被挤入土体，新管拉入管孔的管道更新方法，其最大优势在于可以进行管道扩容，对于变形严重的管道也适用。

本工程因管径较小，施工人员不能进入操作，考虑建设周期与经济成本，选用紫外光原位固化法进行管道修复。

3.2 设计参数

3.2.1 内衬管道壁厚。采用公式3计算内衬管道最小壁厚。同时最小厚度应满足公式4的要求。

式中：t—内衬管壁厚（mm）；D0—内衬管管道外径（mm）；N—安全系数，取2.0；C—椭圆折减度系数；EL—内衬管的长期弹性模量（MPa），本工程采用玻璃纤维增强管，长期弹性模量为13000MPa；qt—管道总外部压力（MPa），包括地下水压力、上覆土压力及活荷载；Rw—水浮力系数；B’—弹性支撑系数；Es’—管侧土综合变形模量（MPa）；Hw—管顶以上地下水位高（m）；γ—土的重度（kN/m3）；H—管道敷设深度；Hs—管顶覆土厚度（m）；Ws—活荷载（MPa）；E—内衬管初始弹性模量（MPa），本工程为15600MPa。

结合本工程设计参数计算得到紫外光固化法的内衬管厚度为4.81mm，取5.00mm。

3.2.2 过水能力校核。原管道流量可按照公式5计算：

修复后管道的过流能力与修复前管道过流能力比值按照公式6计算：

式中：Q—管道流量（m3/min）；DE—原有管道平均内径（m），本工程取0.6；S—管道坡度，为0.002；n—管道的粗糙系数；B—管道修复前后过流能力比；ne—原管道粗糙系数，原管道管材为钢筋混凝土，粗糙系数为0.013；DL—内衬管管道内径（m），为0.584；nL—内衬管的粗糙系数，为0.01。

经过计算，过流能力比为124%，修复后管道过流能力增加，满足排水管道修复要求。

4 修复过程

4.1 管道预处理

采用高压水射流对原管道内进行清理，经过处理后的管道内表面应清洁，管内不得有积水。通过土体注浆在管道周围形成隔水帷幕，防止修复过程中发生渗漏，同时加固管道周围土体[6]。

4.2 操作流程

①采用充气气囊对管道上下游实施临时封堵，并排出管道内积水。②将滑动垫膜铺放置到管道内适当的位置，在原管道两端头固定。③将碾好树脂的紫外光固化内衬玻璃纤维软管从检查井处平稳、缓慢的拉进待修复的管道内，拉入速度不宜大于6-8m/min。④待内衬软管拉入到指定位置后，捆绑软管两段扎头，向管道内缓慢灌注压缩空气将软管撑起并紧贴到原有管道内壁。⑤持续充气并用紫外光灯组对软管进行实时巡航固化。⑥固化完成后取出扎头，切除管段端头多余料，抽出内膜，内衬管与原管道的交界处做好防渗漏处理。

5 修复后效果

修复后的管道应进行外观与功能性验收，内衬管表面应平整、光洁，无局部褶皱、划伤等影响管道结构的缺陷，内衬管与原管道应紧密贴合。通过闭水试验进行功能性验收，试验结果应满足《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的要求[7]。

6 结束语

本文结合惠州市某排水管道修复工程，介绍了排水管道结构性缺陷的评估方式与相关参数计算方法，比较了不同非开挖修复技术的适用条件，详细介绍了紫外光固化法的操作流程。工程建成情况表明，紫外光固化法适用于此类工程，具有很好的修复效果。