非开挖修复技术在市政排水管网结构性缺陷修复中的应用

文／龚文超 广州工程总承包集团有限公司 广东广州 510310

引言：

市政排水管网工程是一个相对复杂的工程，尤其是地下管网系统，如给排水管道、天然气管道、电力工程管道以及通信管道等，错综复杂且独立，都会对排水管网系统造成直接影响。通过对市政排水管网运行现状调查可知，当前城市市政管网的分布相当混乱，且随着排水管应用时间的延长，排水管道逐步老化，当市政排水管网发生问题，需要进行修复时，修复难度高，任务重，时间长，同时成本也高[1]。非开挖修复技术是新时代应用相对广泛的排水管网修复技术，它具有低成本、高效率、短周期、高安全性能等特点，既能有效减轻施工对地表面带来的破坏，亦可预防各种管道爆裂或泄漏等问题，推动市政排水管网恢复正常运行状态，持续发挥其作用，为城市可持续发展提供辅助。

1.非开挖修复技术的特点

1.1 低成本

在项目施工过程中，施工成本是必须要考虑的一个因素。非开挖修复技术是能够在成本相对较低的情况下，对需要维修的管网进行修复，确保管网正常使用。非开挖修复技术的机械主要在地面上工作，因此需要配备比正常施工少一些的工作人员就可以完成有效的修复工作；再者，地面施工可极大可能地减少搬迁费用和额外投入、降低对周边环境的损害。因而，可以有效较低成本，综合成本低。

1.2 工期短，效率高

非开挖修复技术的特点之一就是工期短，钻孔技术施工速度快，效率高。施工工期短，不仅可以令已修复的管网快速投入工作，同时还可以降低对居民生活的影响，满足居民日常出行便利的需要。

1.3 减少对施工周边的影响

在管网修复过程中，施工作业难免会对周边居民的出行带来不便，同时也会严重干扰道路汽车的行驶效率、影响居民正常出行，对居民造成了较大的影响。采用非开挖的方法进行修复，施工过程中精准定位，开挖区域相对较小，对交通冲击相对也小，尽量减少对居民生活和出行的影响[2]。

2.局部树脂固化修复

2.1 技术原理

局部树脂固化修复又称局部CIPP 法或局部树脂固化法，是一种排水管道非开挖局部内衬修理方法。它是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，固化成型后用于局部修理。目前国内常用毡筒气囊局部成型技术，即在损坏点固化树脂，并可提供一定的结构强度，增加管道强度达到修复目的。

预处理措施：（1）管道检测：堵水完成后，利用CCTV 对缺陷等较高的管段进行重新检测，并对管道内部缺陷位置及范围进行复查。（2）管道漏水处理：漏水处理要根据实际情况来进行处理，针对漏水较小的管道，可直接进行内衬修复；若管道有较大漏水时，应采用管外高分子材料对其进行加固处理。（3）管道错位、下沉：对于超过15cm 的错位应用水泥进行抹平后再进行内衬修复。（4）管外注浆加固土体：采用小导管注浆加固技术对塌陷部位上部土体进行注浆加固。（5）铁套预固：若出现管道轻微变形的情况，可采用机器人铣刀清除破裂残余管片的处理技术，同进使用内衬钢管对切除的位置进行加固支撑。

2.2 施工工艺步骤

（1）裁剪。根据修复管道情况，施工过程中需要在在防水密闭的空间或施工现场剪裁一定尺寸的玻璃纤维毡布用于施工。裁剪要求中，毡布的剪裁长度约为气囊直径的3.5 倍，确保毡布与气囊上部分重叠；同时毡布的宽度要满足其前后均超出管道缺陷20cm 以上，确保毡布能与母管紧贴，顺利修复。

（2）材料检测。根据修复管道情况，要求供货商按照一定的比例配制好树脂和固化剂混合液，并用搅拌装置混匀，使混合液均色无泡沫。同时要按照固定时间记录混合湿度。根据施工技术要求，在施工现场将每批树脂混合液进行送检。

（3）涂抹。使用抹刀将树脂混合液均匀涂抹于玻璃纤维毡布之上。通过折叠工序让毡布厚度达到设计值并覆于新的表面之上。同时为避免挟带空气，应使用滚筒将树脂压入毡布之中。

（4）安装。为使施工时气囊与管道之间形成一层隔离层，先采用聚乙烯（PE）保护膜捆扎气囊，再将毡筒捆绑与气囊之上，并防止其滑动或掉下。再将经树脂浸透的毡筒通过气囊进行安装，连接空气管。

（5）加压。利用空气压缩机加压使气囊膨胀，让毡筒紧贴管壁。该气压需持续一定时间直到浸渍树脂的毡布通过常温（或加热或光照），达到固化效果。

（6）释压验收。待树脂固化后，释放修补器气囊压力，然后将其拖出管道。记录固化时间和压力。要求管道内衬表面光滑，无褶皱，接口平滑，整洁，通水验收。

2.3 材料及性能

玻璃纤维作为内衬材料的一种，可以较好地装载树脂，承受压力，在树脂固化前携带和支撑树脂。聚酯树脂这种材料使单液性注浆材料可以更好地进行聚合反应，诱导时间可通过配比进行调整。且材料对水质的要求不高，一般酸碱性及污水都不会对其性能有影响[3]。

2.4 质量控制

（1）准确确认管道缺陷的宽度，确保剪裁玻璃纤维垫时超出200mm 以上；（2）要用和树脂相融合的玻璃纤维垫；量出树脂和固化剂，确保配合比的准确性，使混合液的质量有保障；（3）为避免树脂性质变化，与其接触的设备均不能与水接触；（4）修补器气囊压力保持适当，使毡筒紧贴修复缺陷裂缝。

2.5 质量要求

（1）根据ISO3374 玻璃纤维垫一定能装载树脂和承受安装压力；（2）考虑安装时圆周方向的伸展性，和树脂的系统相容性；（3）树脂和固化剂的混合液配置均色污泡沫，混合湿度达到要求；（4）做好样本记录，每批混合液保留一份进行检测它的固化性并报告。

3.紫外光固化整体修复（CIPP）

3.1 技术说明

对称紫外光固化(UV)原位修复法，其适应范围如下：适用于地下排水管道或沟道；修复对象的截面可为圆形、椭圆形、方形等特殊形状；适用的圆形管道内径通常为DN150～1200mm；单次（通常）修复长度可达200m，其它长度须定制。

内实壁厚计算，根据《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》CJJ/T2014 进行计算。根据需要选择合适材料，如单层或多层聚酯纤维毡，编织材料或非编织材料[4]。

注意事项：（1）管道弯曲在10°以下；（2）错位在20mm 以内；管道脱节在50mm 以内；（3）承受水压在0.05MPa 以内；（4）地下水流入量在2L/min 以内；

以上情况均可采用CIPP 光固化内衬修复技术进行修复，并具有国外认证证明。管道内部情况及缺陷超出以上范围，注意应用此修复方法。

3.2 工程材料

内衬材料有不含玻璃纤维和含玻璃纤维两种，根据需要选用。短期弯曲性能要求：应按照《塑性弯曲发性能的测定》（GB/T9341-2008）中的规定对重力管道和压力管道的内衬管进行初始弯曲弹性模量和弯曲强度的测试。拉伸性能要求：按照《塑性拉伸性能的测定第二部分：模塑和挤塑料的试验条件》（GB/T1040.2-2006）的要求对内衬材料进行拉伸强度的测试，玻璃纤维增强的材料应按《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》（GB/T1449-2005）中的规定进行测试。

3.3 施工方法

3.3.1 工作流程

现场踏勘-污水截流、导流-管道清洗、疏通-CCTV检测-CIPP 紫外线固化修复-验收-恢复使用。

3.3.2 技术要点

现场踏勘：检查现场施工周围环境，包括线下管道、施工现场临近建筑物，交通要道等；井口管径、周长，两检查井之间距离、管内水流量，有无支线等。污水截流、导流：采用管堵或砌墙。管道清洗、疏通：设备要求：压力160kg 以上，流量210m3/h,选择喷头。

CCTV 检测：观察管道有无破损，变形，异物侵入等。记录准确距离。CIPP 紫外线固化修复：详见后。

验收：CCTV 检测外观；取样管道平均壁厚；检查新旧管道有无渗水等。

3.3.3 施工工艺

CCTV 检测结束后带回一根绳子，用此绳子拉入保护膜。保护膜作用是保护材料拉进过程外膜不被划破。采用一根钢丝绳，用做拉内衬用。两端要注意配合，钢丝绳要向前拉，两拉头要对称，不然钢丝绳容易滑到保护膜的下面。在检查井内用膨胀钉固定好保护膜，防止同内衬一同拉入管内。穿好钢丝绳后，用牵引车将其拉入内衬，内衬拉放的速度要控制在小于6m/min。连好内衬绳子后，绑好扎头。如果在施工段内有检查井，用白布缠好才能开始充气工序。白布进入两端管内20cm 以上。开启高压风机给内衬充气，初始时气压控制在0.01Mpa，每10min 提升50 毫帕，直至达到管径对应的气压，保持压力30min，使其与内管壁完全粘合。

充气时须从另一端拉回一根绳子，用于拉紫外线灯。具体操作如下：首先要打开扎头，并迅速放入紫外线线灯，这个过程不得超过10 分钟。若内衬塌陷导致无法将紫外线灯放进去，则采用充气法把管道鼓起后拉入。连接好绳子，重新绑好扎头，连接好风管。

开启高压风机充气，待管道鼓起后将紫外线灯拉到另一端。按照技术方案程序开灯，开始固化，依次开启8 盏紫外线灯，间隔30s，右后向前。

开启卷线器，设置好固化速度，观察三个测点的温度和卷线速度，随时调整，其中最大速度为1m/min。距管口扎头0.5m 时放慢速度。固化结束后依次关闭紫外线灯，间隔30s，右后向前。

松开扎头，取出紫外线灯，注意烫伤。轻拿轻放，防止损坏灯头。拉出内膜，用气动切割锯处理好管口。清理现场，把工具摆放整齐，按照施工生产要求摆放到制定位置，同时进行质量检查。

3.4 施工验收及外观检测

施工完成后进行验收。DN800 以上可采用人工检测，DN800 以下采用CCTV 检测，并出相关报告，报告包括影像资料。根据《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》CJJ/T2014 规定，不得出现以下现象：内衬管内不得有可见地下水渗漏，支管的连接应畅通等，并且不能出现有大量起皱，起泡、隆起、白斑、开裂等现象[5]。

4.速格垫内衬整体修复

4.1 技术原理

格垫衬管道无损修复技术是采用速格垫作为修复的内衬材料。首先将速格垫依据待修复的管道尺寸预制成工程实地需要的规格，拉入需要修复的管内，然后通过充气或注水的方法使其与管壁充分接触。通过灌浆的方法填充速格垫与管壁之间的空隙，令速格垫与原管道组成一个整体。利用速格垫与灌浆料形成新的管腔结构层，以达到对老旧的管道进行维护的修复。

4.2 材料及属性

速格垫：是一种高分子树脂材料，具有良好的耐酸碱性能和耐化学腐蚀性能。

高徽浆SG100：主要由水泥、专用外加剂，并辅以多钟矿物改性组分和高分子聚合物材料配合组成。具有低水胶比、高流动性、零泌水、微膨胀、耐久性好的特点，施工时，可直接加水搅拌使用。

速格垫结构结合了热塑性塑料的优点（柔韧性、延展性、耐腐蚀）和混凝土的特点（强度高、钢性好）。速格垫为混凝土结构的长期保护提供了一个高质量的解决方案。而且它满足了耐酸结构的最高要求。速格垫防止混凝土的劣化从而延长建筑的使用寿命。除此之外还能防止泄露和渗透，直接保护了环境。

4.3 施工前预处理

（1）原有管道经检查其损坏程度经设计认可，修复施工方案满足设计要求。

（2）原有管道经处理后不得出现修复施工工艺的缺陷，观察管道内表面全数应全部合格，预处理施工记录，相关技术处理记录符合规范要求。

（3）对影响修复施工的缺陷进行修补处理，必要时对周边土体进行加固，改良处理，施工设备就位并经检查满足施工要求。

4.4 工艺步骤

用卷扬机将速格垫拉进管道，速格垫根据实际情况提前预制焊接成型，速格垫焊接应通过测量及计算确定尺寸，长度。内衬制作长度宜比实际测量长度长200mm，以保证施工误差不影响工程质量。

速格垫安装完成后，在管道端口通过锚固板及螺栓将速格垫端口固定在管壁上，并安装密封条；同时安装好灌浆管，排水排气管，回浆管等，气囊两端用挡板固定，内部充满水，将速格垫支撑起来，压力保持恒定。

从灌浆孔中注入SG100 高徽浆，使SG100 高徽浆填充速格垫与混凝土管道之间隙，从而使速格垫与管道形成一个整体。灌浆完成后，一段时间方可拆膜，夏季至少24 小时，冬季至少48 小时。拆膜后进行端部处理，然后闭水实验，检查管道的严密性。

4.5 质量控制及要求

（1）速格垫焊接操作规范和焊接质量达到设计要求。（2）速格垫的铺设要保证不要破损和保持平整，不可扭曲。（3）灌浆压力按照设计要求，检测注浆效果，注意注浆量。（4）速格垫内衬修复管道，使管道无渗漏，腐蚀。（5）速格垫表面应光洁，平整、裂纹、磨损、孔洞、起泡、褶皱等缺陷。（6）速格垫内衬与原管紧密结合一起，管内无明显突起、凹陷、空鼓等[6]。

5.施工安全

（1）道路施工做好安全围护，并做好交通指导疏散工作。（2）动工前打开检查井，用风机向管内通风、排气。防止在施工过程中管道内的有害气体对施工人员及周边居民造成伤害，采取必要的防毒措施，以保证安全。（3）采用有毒气体检测仪对管内进行检测，确保安全状态下进行施工。（4）上班时工作服，安全帽，防毒服，工作鞋等着装整齐干净，正确处理交叉作业，尽可能避免交叉作业，否则必须设防护设施或隔离措施；（5）用电设备配电箱，必须有明显标志，严禁随意乱接电线；管内照明采用12V低压矿灯，不得使用其它高压照明电源电路。（6）作业前检查工作环境是否安全，手柄，电源线，插头开关是否完好，操作者严格执行安全操作规程，穿戴好绝缘防护品，不违章作业；（7）施工用电电源线采用橡胶防水电线，配备专用施工电箱，并装漏电保护开关。电箱专人看管。（8）井口及井下作业人员严禁吸烟，焚烧杂物等，以防影响管内空气质量，引起人员不适。（9）按照要求对施工区域围栏围护，闲杂人员一律不得入内。施工现场布置安全生产标语，设置安全警示标志。（10）施工现场必须设置安全防护措施，配备足够的消防器材。按照要求在各配电箱旁边悬挂相关的危险标志牌。（11）施工人员将严格按有关施工规范施工，做好预防监测控制措施，尤其应注意雨季的施工安全，做好排水和边坡支护措施。（12）管内堵水大径采用气囊与砖墙同时进行，加强处理，厚度以二四墙及以上为主。并采用钢管及木料支撑加固处理。

结语：

根据城市老旧排水管路的具体现状，针对性的采用局部树脂固化修复，紫外光固化整体修复（CIPP），速格垫内衬整体修复工艺，提高效率。因此，采取非开挖管道修复技术不仅可以提高修复排水管网效率和速度，还可以针对内部排水管道损坏位置实现对道路路基的“零开挖”，这样就会降低因施工给居民带来的不利之处。总而言之，我国的排水管网非开挖修复技术的优势在社会影响以及环境保护方面逐渐凸显，相信施工修复技术的应用前景与空间将会越来越广阔。