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水环境治理管道非开挖修复技术应用研究

[摘要]介绍管道非开挖修复方法,阐述固化内衬、短管及管片内衬、螺旋管内衬、牵引内衬、涂层内衬等方法的原理和工艺。结合九江十里河沿线水环境综合治理项目,对比不同管道非开挖技术的适用性,最终选择热水固化和紫外光固化法作为非开挖修复方法,这两种方法不影响交通、铺管速度快、效率高、无环境破坏、不影响人们正常工作生活,取得良好的经济和社会效益。

[关键词]地下工程;管道;水治理;非开挖修复

1非开挖整体修复方法的研究

非开挖整体修复是对2个检查井间的管段进行整段加固修复,对管道内部破裂、变形、渗漏、脱节、错位、胶圈脱落、异物穿入等进行整体修复,达到修旧如新的效果。整体修复包括固化内衬、短管及管片内衬、螺旋管内衬、牵引内衬、涂层内衬等方法。

1.1固化内衬

原位固化法(cured-in-placepile,CIPP)是当前使用较广泛的非开挖管道修复技术,将CIPP软管通过翻转和牵引的方式伸入需要修复的管道中,利用水压或气压紧贴于管道内壁,然后通过热水、水蒸气或紫外线CIPP软管,形成与旧排水管道紧贴的内衬层,完成后密封和切割对应内衬管端头。1.2短管及管片内衬以待修管道为载体,采用人力或液压牵引、碰撞连接的方式进入旧管道,通过热塑焊接的方式将短管连接为整体,最后在空隙间注入水泥浆进行固定,形成管中管,该修复方法适用于水流量较低的情况,结构性能得到加强,延长使用寿命。此方法损失断面较大,逐渐被新工艺替代。

1.3螺旋管内衬

螺旋管内衬适用于修复和更新大口径污水管,塑料板带通过放置于井中的制管机被缠绕成螺旋管,并连续推入旧管,在管内形成新的内衬管。施工过程中,破损的原管道往往渗漏严重,难以完全排除地下水,特别是地下水位较高且管道埋深很大的情况下,施工难度更大。螺旋管可在存在30%以下水流的情况下施工,占地面积小,适用于长距离管道维修,修复后的管道内壁光滑,可提高输送能力。螺旋管内衬施工可随时中断,最大限度减少对交通的影响。

1.4牵引内衬

牵引内衬采用牵引机,将整条塑料管由工作坑或检查井内引入旧管,复原成新的内衬管。按施工技术分为折叠牵引法、缩径牵引法、滑衬法、裂管法。常采用折叠管牵引内衬修复技术,U形内衬HDPE管修复技术通过变形设备将HDPE管压成U形,并暂时进行捆绑以减小直径,使用牵引机将HDPE管穿入旧管道,利用水压或气压打开外径比旧管道内径略小的HDPE管,使HDPE管胀贴到旧管道内壁上,新HDPE管防腐性能与原管道机械性能合二为一,形成管中管复合结构,该技术卫生性能良好、过流断面损失小、变形适用范围大且可进行长距离修复。碎(裂)管法采用碎(裂)管设备破碎原有管道,清空碎渣后形成管洞,将新管道(同口径或更大口径)拉入管洞进行更新,碎(裂)管法修复技术适用于陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、塑料或铸铁管的更新中。

1.5涂层内衬

涂层内衬可用于管径(井径)800~4000mm的水平或垂直结构中,进行喷涂内衬修复。喷涂材料主要是特种水泥砂浆,涂层内衬主要用于防腐处理,并不增强结构强度,只对轻微渗漏有一定预防作用。涂层衬砌对施工前的堵漏和管道表面处理有严格要求,施工质量不易保障。

2工程案例

九江市十里河沿线(7号调蓄池—长虹大道)截污管铺设于河道两侧,管径为1000~2400mm,河道长约5km,是水环境综合治理项目的主要河道之一。目前河道存在不同程度的黑臭现象,前期污水管道经CCTV检测发现管道存在破裂、错位、渗漏、脱节等结构性缺陷,管道自身密封性能差,结构完整性丧失,应进行管道修复。河道部分穿越九江建成区,为减小工程影响,采用非开挖管道修复技术。

2.1修复方法选择

对主要非开挖修复技术的对比如下:①固化内衬管径范围为100~2700mm,内衬管采用玻璃纤维、针状毛毡、热固性树脂,不需要工作坑,过流能力损失小,施工周期较短,造价较高;②短管及管片内衬管径范围100~1000mm,内衬管为PE、PVC、玻璃钢等,需要工作坑,过流能力损失大,施工周期很短,造价低;③螺旋管内衬管径范围100~2700mm,内衬管为PVC,PE管,不需要工作坑,过流能力较小,施工周期短,造价适中;④牵引内衬管径<600mm,内衬管为HDPE管,需要工作坑,过流能力损失小,施工周期较长,造价适中;⑤涂层内衬管径≥800mm,内衬管为水泥基聚合物、玻璃钢涂层、水泥砂浆和聚脲,不需要工作坑,过流能力损失很小,施工周期较长,造价较高。根据管道检测结果,依据CJJ181—2012《城镇排水管道检测与评估技术规程》要求,评估管段结构性和功能性状况的修复与养护状况,同时考虑修复成本和技术成熟度,提出管道明挖置换新管的方法,其他区域采用非开挖管道整体修复方法,整体修复采用翻转热水固化和牵引紫外光(UV)固化的CIPP修复方法(见图1,2)。施工前编制施工组织设计,通过审批后进行书面交底并实施。对原有管道进行预处理,使原有管道内无沉淀物、垃圾及其他障碍物,不应有影响施工的技术和渗水现象,旧管道内磨掉尖锐毛刺和凸起,管道内使用高压水枪进行清洗。对地下水位较高、已出现或有渗水征兆的区域进行止水或隔水处理,处理完毕后进行CCTV检测,检查结果作为记录进行保存。热水固化时首先检查软管,确保干软管无破损,在室内浸渍树脂时采取避光和降温措施。浸渍完成后运至现场,运输过程中避免与硬质、尖刺物体发生碰撞和刮擦。管道运至现场后,通过气压将管道翻入原有管道,气压压力控制在使软管充分扩展所需的最小压力和软管承受的最大压力间,翻转过程中使用润滑剂减少翻转阻力,翻转后管道伸出管道末端的长度宜>0.5m。翻转完成后使用热水进行固化,热水从标高较低的端口引入,固化温度均匀升高,除满足树脂说明书的要求外,还应根据管段材质、周围土体热传导性、环境温度、地下水位的情况进行调整,固化完成后进行冷却并将端头切割整齐。拉入式施工和翻转法施工均须浸渍树脂。拉人式施工在管道内覆盖>1/3管道周长的底部垫膜,应用垫膜将软管平稳、缓慢地拉入原有管道,软管在两端伸出原有管道1倍的长度。采用压缩空气扩展软管,充气前检查软管接头的密封性,压缩空气压力能使软管充分膨胀并紧贴软管内壁,软管末端设置调压阀,然后使用紫外线灯进行固化,根据软管管径和壁厚控制灯的前进速度及照度,固化完成后进行空气降压,最后完成1个收口并切割端头。施工结束后需要对施工质量进行验收,原位固化法CIPP内衬施工质量检测包括三点弯曲测试、拉伸测试、厚度测试、密实性测试等,现场取样检测应在相同施工条件下,每3个修复段现场制作1个样品管,或按设计要求进行取样,样品送至第三方进行检测。修复后的管道应无明显湿渍,不得出现滴漏、线漏等渗水现象。

2.2热水固化和紫外光固化的比较

紫外光固化工艺在质量控制、成品性能、施工时间、场地占用、水资源要求等方面有明显优势;热水固化能修复转弯较大的管道,可修复更大的管径范围,壁厚可做到非常厚,以满足强度需求。热水固化与紫外光固化的比较如下。①热水固化适用于150~3000mm的管径,主要材料为无纺布+树脂,锅炉车需移动至窨井附近,安装时需使用大量水,水源不能太远;现场架设翻转架,需占用窨井口附近区域;设计寿命50年;转弯管可修复成90°弯头的管道;成品弯曲强度、弹性模量、抗拉强度分别为31,1724,21MPa;为热传递固化,理论上无厚度限制;每个工作循环时间≥15h,其中固化过程的温度受控时间≥10h;工厂加工内衬管,现场翻转与固化对人员专业水平和熟练度有较高要求;翻转后,树脂直接接触旧管,对既有管线渗漏预处理有较高要求。②紫外光固化适用管径为150~1600mm;主要材料为玻璃纤维+树脂;200m长电缆延伸范围内均可施工;材料拉入管线,无须用水;采用卷扬机牵引钢丝绳,无须架设翻转平台;设计寿命50年;管道转弯角度≤22.5°;成品弯曲强度、弹性模量、抗拉强度分别为45,6500,62MPa;紫外光存在穿透极限,超过一定厚度的内衬管可能存在紫外灯照射不透、固化不充分的问题;每个工作循环5~6h,固化过程中灯架行进速度为0.5~1m/min,固化过程于2h内完成;材料充填在德国工厂完成,省去材料加工环节;固化现场全程自动控制,全程监控,减小人为因素导致的质量不稳定。

3结语

非开挖管道修复技术具有不影响交通、铺管速度快、效率高、无环境破坏、不影响人们正常工作生活等优点,受到管道建设和水环境治理部门的青睐,在我国发展势头强劲。这项技术从国外引进,较多设备和材料需要进口,造价相对较高,应在原有施工方法上进行改进和创新,以更加符合我国国情,另外须建立和完善相关规范标准,保障施工质量,促进该技术在我国的健康发展。

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作者:孔祥利 文韬 樊星 周亚超 单位:中国建筑第二工程局有限公司

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