(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 我國排水管網(wǎng)建設(shè)概況及修復(fù)需求

城市市政管道是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，21世紀(jì)以來我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)腳步明顯加快，其中城市排水管網(wǎng)建設(shè)逐年遞增，至2014年底我國城市排水管道長度總量達(dá)到51.1萬km，管道密度達(dá)9.0km/km2(見表1)。排水管網(wǎng)的建設(shè)極大地提高了雨水、污水收集能力，但管道運(yùn)營后存在的問題也不容忽視。近年來因暴雨內(nèi)澇造成街道、商鋪、停車場等遭遇水淹的情況屢見不鮮，經(jīng)濟(jì)損失巨大，突顯了排水管道排水不暢，加強(qiáng)對現(xiàn)有管道的檢測、評估與維護(hù)，發(fā)揮其應(yīng)有的能力勢在必行。

表1全國不同年代鋪設(shè)的城市排水管帶長度

2 排水管道存在的問題

2.1 管材問題

排水管道材質(zhì)不同，一般分為混凝土管和塑料管，部分早年埋設(shè)管材的物理、化學(xué)、力學(xué)指標(biāo)不能滿足規(guī)范要求，其使用年限較低，管道接口出現(xiàn)不同程度破裂、漏水、鼓包，管道出現(xiàn)龜裂、縱向拉裂、鋼肋與PE脫離等問題。

2.2 施工問題

施工過程控制不嚴(yán)，管頂埋深不足500mm且小于一倍管徑，管道回填材料和壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)要求；定向鉆排水管標(biāo)高控制難，施工后管道外壁與巖土空隙不填充導(dǎo)致地表塌陷；人工頂管超挖量過大，施工后管道外壁與巖土間不注漿填充加固、管節(jié)之間止水失效等；機(jī)械頂管在粉細(xì)砂層、淤泥等軟弱基地不注漿加固，后期出現(xiàn)縱向差異沉降、管節(jié)脫開，管節(jié)間密封失效導(dǎo)致管道漏水、漏沙、地面塌陷等。根據(jù)對深圳某主干道下埋污水管道在運(yùn)營后期做CCTV檢測，因施工過程控制不嚴(yán)造成的管道波浪式下沉一般在30cm左右，最大下沉達(dá)50cm。

2.3 接口問題

排水管道應(yīng)采用柔性的承插橡膠圈接口，淘汰剛性的平接口混凝土管。老舊混凝土管采用剛性的平接口，極易發(fā)生接口漏水，導(dǎo)致管道淤積、地面塌陷。

2.4 外部荷載問題

道路尤其是主干道地埋排水管道，一些埋深較淺部位經(jīng)常受超載貨車碾壓，出現(xiàn)沉降差異、管節(jié)脫開和管道破裂現(xiàn)象，形成漏水、漏泥。

2.5 使用問題

管道運(yùn)營單位不進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)，不做預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，造成管道功能性缺陷突出，往往是出現(xiàn)坍塌后才搶修。

3 排水管道常見的缺陷

排水管道常見的缺陷有兩種，一種是管道結(jié)構(gòu)性缺陷，一種是管道功能性缺陷。

(1)結(jié)構(gòu)性缺陷是指，管道結(jié)構(gòu)本體遭受損傷，影響強(qiáng)度、剛度和使用壽命的缺陷。結(jié)構(gòu)性缺陷是排水管道產(chǎn)生病害的主導(dǎo)因素，主要表現(xiàn)為管道破裂、管道變形、管道腐蝕、管道錯口、管道起伏、管道脫節(jié)、接口材料脫落、支管暗接、異物穿入、管道滲漏、檢查井坍塌等。結(jié)構(gòu)性缺陷必須經(jīng)過修復(fù)才能消除。

(2)功能性缺陷是指，導(dǎo)致管道過水?dāng)嗝姘l(fā)生變化，影響暢通性能的缺陷。排水管道功能性缺陷主要表現(xiàn)為沉積、結(jié)垢、障礙物、殘墻、壩根、樹根、浮渣等。功能性缺陷可以通過管道養(yǎng)護(hù)疏通得到解決。根據(jù)對某城市調(diào)查區(qū)域的管道功能性缺陷統(tǒng)計(jì)，其主要表現(xiàn)為沉積、結(jié)垢和障礙物，占比達(dá)90%，這是由于排水干管長期不清梳和違法傾倒垃圾造成的。

4 排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

管道非開挖修復(fù)技術(shù)在20世紀(jì)70年代末期英國、美國和日本得到開發(fā)。國內(nèi)管道修復(fù)技術(shù)起步于1993年，由中國石油集團(tuán)在中原油田實(shí)施了管道修復(fù)防腐示范工程。隨著城市化的進(jìn)展，城市地下管線錯綜復(fù)雜、具有不可見性，城市道路的負(fù)荷越來越重，采用開挖重新埋管的方式修復(fù)城市排水管道，不僅工序復(fù)雜而且影響市政、交通，在修復(fù)過程中存在大量技術(shù)問題。因此管道非開挖修復(fù)技術(shù)逐步被各排水管理部門推崇，應(yīng)用于城市排水管道的修復(fù)中。

4.1 排水管道檢測及評估

現(xiàn)有排水管道的檢測評估是開展非開挖修復(fù)施工的前提，對待修復(fù)管道的破損情況進(jìn)行詳細(xì)檢測和識別，通過相應(yīng)的評估手段對檢測結(jié)果進(jìn)行分析、確定，以此為依據(jù)指導(dǎo)排水管道的修復(fù)施工設(shè)計(jì)，從而采用行之有效的措施對排水管道進(jìn)行維護(hù)、升級。

隨著科技的進(jìn)步，排水管道檢測技術(shù)逐步由人工檢測向計(jì)算機(jī)控制現(xiàn)代檢測技術(shù)轉(zhuǎn)變。目前國內(nèi)常用的現(xiàn)代檢測技術(shù)有管道潛望鏡檢測(Pipe quick view inspection，QV)、閉路點(diǎn)數(shù)檢測系統(tǒng)(Close circuit television inspection，CCTV)、聲納檢測(Sonar inspection)、管道掃描與評價技術(shù)(Sewer scanner and evaluation technology，SSET)，管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況可以以數(shù)據(jù)或圖像的方式清晰明確的呈現(xiàn)，提高設(shè)計(jì)人員對管道的評價和分析的準(zhǔn)確度。

表2國內(nèi)常用的現(xiàn)代管道檢測技術(shù)比較

管道的檢測和評估應(yīng)選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的單位和人員進(jìn)行，管道評估根據(jù)檢測資料對缺陷進(jìn)行判讀打分分級，缺陷分為4級(輕微、中等、嚴(yán)重、重大)，根據(jù)缺陷的危害程度給予不同的分值和相應(yīng)的等級。再根據(jù)結(jié)構(gòu)性缺陷性參數(shù)(F)、地區(qū)重要性參數(shù)(K)、管道重要性參數(shù)(E)和地質(zhì)影響參數(shù)(T)計(jì)算確定管道的修復(fù)等級，計(jì)算公式為RI=0.7F+0.1K+0.05E+0.15T，管道修復(fù)等級劃分見表3；根據(jù)功能性缺陷參數(shù)(G)、地區(qū)重要性參數(shù)(K)、管道重要性參數(shù)(E)計(jì)算確定管道養(yǎng)護(hù)等級，計(jì)算公式為MI=0.8G+0.15K+0.05E，管段的養(yǎng)護(hù)等級劃分見表4。

表3管道修復(fù)等級劃分

表4管段養(yǎng)護(hù)等級劃分

4.2 城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)綜述

根據(jù)上述的檢測和評估，當(dāng)缺陷等級大于Ⅲ級時應(yīng)采用結(jié)構(gòu)性修復(fù)，當(dāng)管段結(jié)構(gòu)性缺陷類型為整體缺陷時應(yīng)采用整體修復(fù)。非開挖修復(fù)更新方法的工法特征按表5的規(guī)定選取。

表5非開挖修復(fù)更新方法的工法特征

4.3 幾種常用的非開挖修復(fù)技術(shù)施工簡介

4.3.1 原有管道預(yù)處理

非開挖修復(fù)更新工程施工前應(yīng)對原有管道進(jìn)行預(yù)處理，即清理干凈管道內(nèi)沉積物、垃圾、樹根等其他障礙物，盡量阻斷或排干積水，當(dāng)采用原位固化和點(diǎn)狀原位固化法進(jìn)行管道整體或局部修復(fù)時，原有管道內(nèi)不應(yīng)有滲水現(xiàn)象；管道內(nèi)壁表面應(yīng)潔凈，無影響沉入的附著物、尖銳毛刺、突起現(xiàn)象；當(dāng)采用局部修復(fù)法時，原有管道待修復(fù)部位及其前后500mm范圍內(nèi)管道內(nèi)表面應(yīng)潔凈，無附著物、尖銳毛刺和突起。管道一般采取高壓水射流進(jìn)行清洗，清洗產(chǎn)生的污水和污物及時排出檢查井。管道內(nèi)有影響內(nèi)襯施工的障礙物采用專用工具或局部開挖的方式進(jìn)行清除。漏水嚴(yán)重的原有管道需要對漏點(diǎn)進(jìn)行止水或隔水處理。

4.3.2 原位固化法(CIPP)施工

軟管內(nèi)襯法也稱原位固化法(CIPP)，是在現(xiàn)有的舊管道內(nèi)壁上襯一層浸漬液態(tài)熱固性樹脂的軟襯層，通過加熱(利用熱水、熱汽或紫外線等)或常溫使其固化，形成與舊管道緊密貼合的薄層管。軟襯法的施工方式有2種，翻轉(zhuǎn)浸漬樹脂軟管內(nèi)襯法和CIPP拉入法樹脂內(nèi)襯法。

(1)翻轉(zhuǎn)浸漬樹脂軟管內(nèi)襯法，是利用浸透熱固性樹脂的帶有防滲膜的纖維增強(qiáng)軟管或編制軟管做里襯材料，將浸有樹脂的軟管一端翻轉(zhuǎn)并用夾具固定在待修復(fù)管道的入口處，利用水壓或氣壓使軟襯管浸有樹脂的內(nèi)層翻轉(zhuǎn)到外面，并與舊管的內(nèi)壁粘結(jié)。當(dāng)軟襯管到達(dá)終點(diǎn)時，即刻向管內(nèi)注入熱水或蒸汽使樹脂固化，形成一層緊貼舊管內(nèi)壁的具有防腐、防滲功能的堅(jiān)硬襯里。固化前樹脂管的柔性和內(nèi)部壓力可使其充填裂隙、跨過間隙、繞過彎曲段。樹脂固化后，軟襯管形成形狀與原管一致、內(nèi)徑比原管稍小的新管，其工藝示意見圖1。

圖1 翻轉(zhuǎn)浸漬樹脂軟管內(nèi)襯法工藝示意

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：樹脂儲存溫度，冷藏溫度和時間，樹脂用量，軟管浸漬停留時間和使用長度，翻轉(zhuǎn)時的壓力和溫度，軟管的固化溫度、時間及壓力，內(nèi)襯管冷卻溫度、時間及壓力。

(2)CIPP拉入法樹脂內(nèi)襯法，是采用有防滲薄膜的無紡氈軟管，經(jīng)樹脂充分浸漬后，從檢查井處拉入待修復(fù)管道中，用水壓或氣壓將軟管漲圓，固化后形成1條堅(jiān)固光滑的新管，達(dá)到修復(fù)的目的，其工藝示意見圖2。

圖2 CIPP拉入法樹脂內(nèi)襯法工藝示意

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：軟管拉入長度，擴(kuò)展壓縮空氣壓力，軟管固化溫度、時間和壓力，紫外線燈的巡航速度，內(nèi)襯管冷卻溫度、時間和壓力。

4.3.3 U型內(nèi)襯HDPE管修復(fù)技術(shù)(折疊內(nèi)襯法)

U型內(nèi)襯HDPE管修復(fù)技術(shù)通常也稱為緊密結(jié)合內(nèi)襯法，其原理是采用外徑比舊管道內(nèi)徑略小的HDPE管，通過變形設(shè)備將HDPE管壓成U型并暫時捆綁以使其直徑減小，通過牽引機(jī)將HDPE管穿入舊管道，然后利用水壓或氣(汽)壓與通軟體球?qū)⑵浯蜷_并恢復(fù)到原來的直徑，使HDPE管脹貼到舊管道的內(nèi)壁上，與舊管道緊密地配合，形成HDPE管的防腐性能與原管道的機(jī)械性能合二為一的“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：折疊纏繞和折疊速度，折疊管復(fù)原溫度、壓力和時間，內(nèi)襯管冷卻溫度、時間和壓力。

4.3.4 穿插法修復(fù)技術(shù)

穿插法修復(fù)時，內(nèi)襯管道可通過牽引、頂推或兩者結(jié)合的方法將短管在現(xiàn)場一邊焊接一邊置入舊管道內(nèi)，最后將新舊管道之間的間隙注漿填滿，其工藝示意見圖3。

圖3 穿插法及短管內(nèi)襯法工藝示意

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：牽引或頂推力大小和速度，內(nèi)襯管長度和拉伸率，貫通后靜置時間，內(nèi)襯管與原有管道間隙注漿量。

4.3.5 碎(裂)管法

碎(裂)管法是采用碎(裂)管設(shè)備從內(nèi)部破碎或割裂舊管道，將舊管道碎片擠入周圍土體形成管孔，并同步拉入新管道(同口徑或更大口徑)的管道更新方法，其工藝示意見圖4。

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：牽拉力，速度，內(nèi)襯管長度和拉伸率，貫通后靜置時間等。

圖4 碎(裂)管法工藝示意

4.3.6 機(jī)械制螺旋纏繞法

機(jī)械制螺旋纏繞法修復(fù)技術(shù)主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內(nèi)部將帶狀型材通過壓制卡口不斷前進(jìn)形成新的管道。管道可在通水的情況(30%以下)作業(yè)，其工藝示意見圖5。

圖5 機(jī)械螺旋纏繞法工藝示意

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：纏繞和行走速度，主鎖口密封和次鎖口膠粘劑注入量，內(nèi)襯管與原有管道間隙注漿量等。

4.3.7 不銹鋼套筒法

不銹鋼套筒修復(fù)技術(shù)是在舊管道內(nèi)部穿插內(nèi)襯薄壁不銹鋼管，或?qū)⒉讳P鋼板采用卷板形式在管道內(nèi)部進(jìn)行焊接，整體成型，從而達(dá)到防滲漏、腐蝕的目的。

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：不銹鋼套筒和海綿、橡膠混凝土的安裝位置，發(fā)泡膠用量，氣囊壓力，卡鎖鎖定等。

4.3.8 點(diǎn)狀原位固化法

點(diǎn)狀原位固化法也稱局部樹脂固化法，是將涂抹有樹脂混合液的玻璃纖維氈布用氣囊緊壓于管道內(nèi)壁，通過常溫、加熱或紫外線照射等方式實(shí)現(xiàn)固化，在修復(fù)點(diǎn)管內(nèi)形成新內(nèi)襯管的一種非開挖修復(fù)技術(shù)。該方法在修復(fù)損害較輕、滲漏接頭較少的管道時，能夠快速治理滲漏，是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)較合理的方法，尤其適合人員較難進(jìn)入的小管徑管道的局部修復(fù)。

施工質(zhì)量控制點(diǎn)：樹脂用量，內(nèi)襯浸漬停留時間和使用長度，氣囊壓力，內(nèi)襯軟管固化溫度、時間和壓力，內(nèi)襯管冷卻溫度、時間、壓力等。

5 工程應(yīng)用實(shí)例

成都市新都區(qū)毗河流域綜合整治和深圳市茅洲河流域綜合整治工程原污水管網(wǎng)修復(fù)均采用了非開挖修復(fù)技術(shù)。兩個城市的排水管網(wǎng)修復(fù)主要是以CIPP原位固化法和局部樹脂固化法為主，目前均進(jìn)行了試驗(yàn)段的施工，其中翻轉(zhuǎn)浸漬樹脂軟管內(nèi)襯法(整體修復(fù))和常溫局部樹脂固化法應(yīng)用試驗(yàn)比較成功，施工過程質(zhì)量控制能夠得到保證。

圖6 局部樹脂固化法修復(fù)效果

圖7 CIPP原位固化法修復(fù)效果

6 結(jié)語

我國城市排水管網(wǎng)建設(shè)逐年遞增，當(dāng)前每年新建排水管道達(dá)10萬km，達(dá)到使用年限的30萬km城市排水管道急需修復(fù)，以廣州、深圳為代表的一線城市，以成都為代表的新一線城市已經(jīng)開啟城市水環(huán)境綜合治理，其中排水管道修復(fù)勢在必行。管道非開挖修復(fù)技術(shù)整體優(yōu)勢明顯，負(fù)面影響小，對地面、交通、環(huán)境以及周圍地下管線等的影響弱，修復(fù)過后的排水管道重新獲得至少20年的使用壽命。伴隨非開挖修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，檢測和施工設(shè)備、材料的進(jìn)一步國產(chǎn)化，施工造價將進(jìn)一步降低，使得管道非開挖修復(fù)技術(shù)越來越多的被運(yùn)用。