城市排水管網(wǎng)改建工程中非開挖修復(fù)工藝分析

黃 凱，馬 坤，滕 龍

（山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司，濟(jì)南 250013）

隨社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速提升，城市基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善，特別是城市排水管網(wǎng)，在城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但早期城市排水管網(wǎng)使用年限已久且運(yùn)行負(fù)荷不斷增加，一些排水管道出現(xiàn)老化、損壞、外溢等狀況，排水管網(wǎng)修復(fù)與改建工作一直是市政工程日常維護(hù)與管理的重點(diǎn)及難點(diǎn)。當(dāng)前常用方法是開挖后重新?lián)Q管，雖修復(fù)較為徹底，但道路開挖會對地面交通運(yùn)行產(chǎn)生極大影響，且會對電力、燃?xì)獾鹊叵鹿芫€造成破壞[1]。為解決此類問題，可采用非開挖修復(fù)工藝，占用場地小、修復(fù)效率高等優(yōu)勢突出。

1 城市排水管網(wǎng)改建與非開挖修復(fù)技術(shù)概述

1.1 城市排水管網(wǎng)改建主要內(nèi)容

對城市排水管道進(jìn)行升級改造，要先對現(xiàn)有的排水管道情況進(jìn)行全面的排查，并根據(jù)所掌握信息對現(xiàn)有排水管道存在的病害進(jìn)行細(xì)致了解，這些病害主要有結(jié)構(gòu)病害和功能病害，對這些病害進(jìn)行檢測要使用視頻檢測法，以更好確定病害位置、病害原因等，后續(xù)升級改造中也能采取有效措施進(jìn)行處理，若發(fā)現(xiàn)較大的病害還可以采用非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行解決。具體來說，城市排水管網(wǎng)改建主要內(nèi)容包含：①對現(xiàn)有排水管道運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)所得監(jiān)測信息對排水管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分析與評估，對管道中存在的淤泥量也要進(jìn)行有效估算。②對排水管道中存在的淤泥進(jìn)行有效清理，并注意細(xì)致檢查排水管道實(shí)際存在的質(zhì)量、功能等缺陷，同時融合所掌握信息對管道運(yùn)行健康情況進(jìn)行科學(xué)評價，并圍繞存在主要問題制定改造修復(fù)計劃。③在排水管道監(jiān)測中若發(fā)現(xiàn)存在較大的質(zhì)量缺陷問題，后續(xù)進(jìn)行改造修復(fù)就要優(yōu)先考慮非開挖修復(fù)方式，以防止對人們正常生活出行造成不利影響，并取得較好的修復(fù)效果。

1.2 非開挖修復(fù)技術(shù)的優(yōu)越性

相較于傳統(tǒng)開挖后重新埋管，非開挖修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)勢：①技術(shù)優(yōu)勢?？梢砸淮涡缘亟鉀Q管道不定時泄漏問題，并且能夠保證管道管理安全無隱患；排水管網(wǎng)改建工程中，注重對非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)際投入成本比較低，大約為新上管道的60%；對非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，只需要進(jìn)行局部開挖工作坑，不僅減少了掘路量，而且不會對公共交通環(huán)境造成較大的影響；運(yùn)用非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行管道連接較為方便，并且不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以即修即投，整個施工周期也比較短；排水管網(wǎng)改造施工可以采用非開挖修復(fù)技術(shù)的類型比較多，并且針對不同類型工藝技術(shù)適用情況也不盡相同，根據(jù)工程實(shí)際對這些修復(fù)技術(shù)進(jìn)行合理選用，可以取得較好施工效果，并確保排水管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行效能。②施工優(yōu)勢。開展排水管網(wǎng)非開挖修復(fù)施工，對交通擁擠的生活區(qū)和商業(yè)區(qū)造成干擾比較?。粚?shí)際開展施工可以對待修復(fù)管線的路由進(jìn)行有效利用，也就不再需要對路由重新進(jìn)行申請，相應(yīng)施工周期也會進(jìn)一步縮短；非開挖修復(fù)施工技術(shù)應(yīng)用，實(shí)際操作暴露面比較小，無形中也提高了施工安全性。

1.3 城市排水管網(wǎng)改建非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

盡管人們開展城市排水管網(wǎng)改建工作時已經(jīng)認(rèn)識到非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性，但是實(shí)際施工中也暴露出許多問題，無法保障城市排水管網(wǎng)改建修復(fù)取得理想的效果，這些問題主要表現(xiàn)：①不夠重視前期工作，城市排水管網(wǎng)改建施工對非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用之前，需要采用視頻檢測法對排水管道實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測分析，針對排水管道存在的質(zhì)量、功能缺陷能及時發(fā)現(xiàn)，然后結(jié)合所了解到的管道具體情況選用合適的非開挖修復(fù)技術(shù)，促使這些問題得到切實(shí)解決。但是從實(shí)際來看，城市排水管道改建工程施工中，對非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，對前期排水管道運(yùn)行情況監(jiān)測分析、結(jié)合實(shí)際合理選擇非開挖修復(fù)技術(shù)、制定可行性高的施工方案等工作沒有得到足夠的重視，不僅會對城市排水管網(wǎng)改建工程施工順利進(jìn)行造成極大影響，還不利于非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢充分發(fā)揮。②工藝操作要點(diǎn)把握不足，排水管網(wǎng)改造施工中，可以選用的非開挖修復(fù)技術(shù)類型比較多，比如紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、管片內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)等，針對不同非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用，其施工操作要點(diǎn)也不盡相同，實(shí)際作業(yè)若出現(xiàn)未嚴(yán)格按照工藝流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作情況，就無法保障最終管道施工質(zhì)量，并為其穩(wěn)定可靠運(yùn)行埋下諸多隱患。從實(shí)際情況來看，施工作業(yè)人員對非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，對工藝技術(shù)實(shí)施流程和操作要點(diǎn)把握還不足，尤其是在重點(diǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，還經(jīng)常出現(xiàn)操作失誤、銜接不當(dāng)?shù)惹闆r，極大影響到排水管網(wǎng)改建施工效果。

2 城市排水管網(wǎng)改建施工常用非開挖修復(fù)技術(shù)

常用非開挖修復(fù)技術(shù)適用情況見表1。

表1 常用非開挖修復(fù)技術(shù)適用情況對比分析

2.1 紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)

紫外光固化是利用紫外光作為固化媒介，樹脂中含有光引發(fā)劑，經(jīng)過特定波長的紫外光照射時，樹脂產(chǎn)生固化反應(yīng)，形成高強(qiáng)度內(nèi)襯新管。經(jīng)修復(fù)后斷面損失比較少，而且表面呈現(xiàn)出光滑狀態(tài)，管道構(gòu)造和完整功能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，管道內(nèi)部修復(fù)施工中還可加裝攝像頭，開展實(shí)時監(jiān)控和動態(tài)控制作用[2]。作業(yè)前，需對管道進(jìn)行全面細(xì)致了解，制定針對性修復(fù)施工方案，施工時若存在沉積、障礙物等功能性缺陷，要先采用高壓清洗吸污車對管道進(jìn)行疏通處理；然后再將修復(fù)型的材料放入有問題的管道中進(jìn)行修復(fù)處理，完成修復(fù)施工后也要注意對管道兩端及附屬支線進(jìn)行有效處理；最后開展通水檢測，檢驗(yàn)修復(fù)施工質(zhì)量。

2.2 螺旋纏繞法

螺旋纏繞法的工作原理主要是將管道修復(fù)專用纏繞機(jī)放置到問題管道前后端管口，并運(yùn)用事先準(zhǔn)備好的帶狀塑料管材，在問題管道內(nèi)纏繞旋轉(zhuǎn)成一條新管，整個過程不僅實(shí)現(xiàn)了施工上的非開挖，而且施工作業(yè)對管內(nèi)環(huán)境要求較低。實(shí)際作業(yè)過程中，無需對管道進(jìn)行封堵作業(yè)，且施工途中可隨時暫停，適合復(fù)雜工況管道修復(fù)。施工前，要對問題管道進(jìn)行詳細(xì)了解，具體包括管道長度、檢查井長度、問題管道直徑、管道實(shí)際埋深、周邊管道及建構(gòu)筑物等基本信息，現(xiàn)場核查無誤后，對問題管道進(jìn)行有效清洗。利用纏繞機(jī)具從檢查井一端進(jìn)行帶狀塑料管纏繞，待纏繞至管道的另一端檢查井時，將兩端固定住，并施加一個向外拉的作用，使管道向四周擴(kuò)張，直到塑料管材與問題管道緊密貼合為止。最后在鋼線空隙中灌入泥漿使之成為一個整體的管道，設(shè)備撤出管道以后，及時開展浸水試驗(yàn)，檢驗(yàn)問題管道修復(fù)施工質(zhì)量[3]。

2.3 點(diǎn)狀原位固化法

點(diǎn)狀原位固化法的工作原理是在問題管道缺陷位置使用氣囊擴(kuò)張法，即使用玻璃纖維織物在管道缺陷位置貼緊，在固化以后取得短管內(nèi)襯全包圍性局部修復(fù)。由于該項非開挖修復(fù)工藝適用范圍比較廣，使得這項工藝成為無法下井展開修復(fù)作業(yè)管道的最優(yōu)選擇，無施工垃圾、保證車輛通行及節(jié)省資源等優(yōu)勢十分明顯[4]。操作中，首先要保證施工材料、人員配置、施工機(jī)械設(shè)備等，能夠切實(shí)滿足實(shí)際管道修復(fù)施工要求，然后對問題管段的兩端進(jìn)行封堵作業(yè)，并在無流水溢出后對管內(nèi)存在缺陷進(jìn)行預(yù)處理。待完成這些準(zhǔn)備工作后，將內(nèi)襯管繞到氣囊上，到達(dá)管道缺陷地點(diǎn)后，使內(nèi)襯材料膨脹并緊貼到問題管道缺陷位置。待樹脂穩(wěn)定固化后，再將泄氣氣囊拉出管道，最后撤出封堵氣囊并對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，直到確定修復(fù)質(zhì)量達(dá)標(biāo)為止。

2.4 管片內(nèi)襯法

管片內(nèi)襯法的工作原理是以問題管道作為承載體，使用觸碰相連方式，利用機(jī)械設(shè)備牽引內(nèi)襯管片進(jìn)入到問題管道內(nèi)部，通過加熱塑化、冷卻固化，實(shí)現(xiàn)管道有效修補(bǔ)，并將待修管道有效連接為一個整體。由于該工藝修復(fù)程序多且持續(xù)時間長，對排水管道的適用情況提出較高要求，實(shí)際操作也只有在管道流量較小的時候才能夠進(jìn)行修補(bǔ)作業(yè)，不過采用管片內(nèi)襯法修復(fù)以后的問題管道，無論是結(jié)構(gòu)性能，還是運(yùn)行負(fù)荷，都會得到進(jìn)一步增強(qiáng)。經(jīng)修復(fù)后，接口連接處無需用水泥澆筑，有效降低對周邊管道的影響[5]。具體操作中需要對問題管道進(jìn)行前期排查，準(zhǔn)確把握管徑、管材、埋深和周邊施工條件等基本情況以后，使用氣囊對管道兩端進(jìn)行封堵，然后通過操作桿進(jìn)入到管道底端，使之對需要更換的管材進(jìn)行定點(diǎn)、定位和拉引。在達(dá)到下一個檢查井后，要將操作桿進(jìn)行移除，并將準(zhǔn)備好的膨脹設(shè)備與之進(jìn)行連接。在牽引機(jī)作用下將管材拉入到舊管道中，以此實(shí)現(xiàn)管道有效更新。最后使用高溫高壓介質(zhì)使其膨脹貼緊，并對封堵排水和施工質(zhì)量進(jìn)行解除、驗(yàn)收。管片內(nèi)襯工藝如圖1所示。

圖1 管片內(nèi)襯工藝

3 實(shí)際工程案例

3.1 工程概況

某城市排水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程，包括3個老舊片區(qū)雨污水管道分流改造、重點(diǎn)排水戶建檔及接駁口排查等內(nèi)容，實(shí)際施工面積共計80.2 km2。由于該范圍現(xiàn)有市政排水管網(wǎng)長度約為2 500 km，包括污水管網(wǎng)900 km和雨水管網(wǎng)1 600 km，采用CCTV、潛望鏡、聲納等儀器設(shè)備對排水管道進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域地下管道多為?300～1 000 m管道，管材大部分為鋼筋混凝土管和PVC管，管道缺陷主要為結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷，前者主要有破裂、變形、腐蝕和錯位等，后者包括沉積、污垢、浮渣等，由于這些區(qū)域交通較為繁忙，采用開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行施工，占地面積較大，并且會對人們正常生活出行帶來不利影響，涉及的其他燃?xì)?、電力等地下管道也會遭到一定破壞，?jīng)過多方考量最終決定采用非開挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行施工操作[6]。

3.2 非開挖修復(fù)工藝

3.2.1 非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用前準(zhǔn)備

為保證非開挖修復(fù)作業(yè)效果，需做好以下準(zhǔn)備工作：①清理管道，采用高壓水對原管道中雜物、污垢等進(jìn)行清除，針對出現(xiàn)的無法去除異物，可采用銑刀機(jī)器人切除，工作過程若發(fā)現(xiàn)管道有嚴(yán)重滲漏水情況，要及時采用注漿法進(jìn)行堵漏，對于出現(xiàn)的變形、坍塌等部位，也要及時進(jìn)行注漿加固和套鋼環(huán)，在上述處理均達(dá)標(biāo)以后，才能夠開展非開挖修復(fù)處理作業(yè)。②調(diào)水封堵，調(diào)水和封堵是城市排水管網(wǎng)改建施工中的重要控制工序，為保證作業(yè)環(huán)境安全，施工區(qū)域需進(jìn)行有效封閉和圍擋，作業(yè)時要注意開井通風(fēng)，具體可先用鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。待確定檢查井中氣體檢測達(dá)標(biāo)后，正式開展非開挖修復(fù)施工作業(yè)，針對上游管段可布設(shè)2個堵頭，下游布設(shè)1個堵頭，使用水泵將需要修復(fù)管段中的水抽取到檢查井中。③管道檢測，要確保非開挖修復(fù)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用效果，開始修復(fù)前還要注意對管道現(xiàn)狀進(jìn)行全面細(xì)致檢查，該工程項目主要采用了QV檢測技術(shù)，通過對原管道進(jìn)行內(nèi)窺檢測，其縱向深度可達(dá)到100 m[7]。

3.2.2 非開挖修復(fù)技術(shù)施工操作要點(diǎn)

（1）紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)。實(shí)際操作要點(diǎn)在于：①拉入軟管，先在原管道內(nèi)部鋪設(shè)1層墊膜，發(fā)揮降低軟管拉入摩擦系數(shù)和保護(hù)軟管免受磨損作用，操作中要注意沿鋪設(shè)在管底的墊膜，使軟管緩慢、平穩(wěn)地進(jìn)入到原管道當(dāng)中，整個過程拉入速度要控制在5 m/min左右。②綁扎扎頭，待軟管進(jìn)入原管道后，對扎頭進(jìn)行及時綁扎，并且扎頭要小于管道的直徑，由于該工程項目中的一些井口比較小，無形中增加了扎頭綁扎的困難程度；為保證施工順利進(jìn)行，可以先對組裝的扎頭進(jìn)行拆除，并在放入檢查井后再進(jìn)行2次組裝。③充氣固化，完成扎頭綁扎工作后，將燈架放入到軟管中，并不斷加大壓力，然后開啟紫外光燈和按照一定速度拉回?zé)艏?，使軟管逐步完成固化，整個過程中要保證內(nèi)襯管內(nèi)部存在一定壓力，使之能夠與原管道進(jìn)行密切接觸，執(zhí)行時還可以在燈架前安裝攝像頭，并通過計算機(jī)對內(nèi)襯管道的固化過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，針對出現(xiàn)的問題也能及時處理，最終內(nèi)襯修復(fù)質(zhì)量也能得到有效保障。④切除縮徑部位，軟管固化完成后，對管道內(nèi)部壓力進(jìn)行緩慢釋放，直到與周圍壓力保持相當(dāng)，卸掉扎頭、取出燈架并切除縮徑部位，經(jīng)過檢測達(dá)到修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)要求以后，可恢復(fù)通水[8]。

（2）破碎法脹管施工技術(shù)。采用破碎法脹管施工技術(shù)對排水管網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，需在地面上安裝液壓動力設(shè)備，并在井內(nèi)安裝導(dǎo)向滑輪系統(tǒng)；在修復(fù)管段時穿入鏈條，將稍大于原管道管徑的脹管頭放入到工作井中，使之與鏈條緊密連接；最后啟動液壓動機(jī)設(shè)備，使其嚴(yán)格按照設(shè)定好的工作軌跡進(jìn)行前進(jìn)，操作中要保證脹管頭穩(wěn)定工作。針對舊管道周圍的井墻、流槽等設(shè)施，則要提前拆除，并在后部接上之前加工的50 cm左右的實(shí)壁管，同時采用熱熔法對其進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)腐蝕、破碎和漏水等排水管道有效修復(fù)[9]。

3.3 整體施工取得效果分析

在該城市排水管網(wǎng)改建工程中，通過對非開挖修復(fù)技術(shù)的使用，特別是對部分問題管段采用了紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)和破碎法脹管施工修復(fù)技術(shù)，整個施工達(dá)到了修復(fù)施工、國家和行業(yè)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并且一次驗(yàn)收合格率為100%，切實(shí)保證了城市排水管網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定[10]。

4 結(jié)束語

城市排水管網(wǎng)改建施工中，對非開挖修復(fù)技術(shù)加以運(yùn)用，不僅可以提高工作效率和保證實(shí)際修復(fù)質(zhì)量，還能避免給周圍人們正常生活和出行帶來不利影響，實(shí)際操作中要想取得這一理想效果，就要對城市排水管網(wǎng)問題管道的基本情況進(jìn)行細(xì)致了解，并因地制宜地選擇合適非開挖修復(fù)工藝進(jìn)行施工操作，以促進(jìn)修復(fù)目標(biāo)更好達(dá)成，城市排水管網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行也能得到切實(shí)保障。