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        排水管網(wǎng)修復(fù)中的非開挖技術(shù)選擇及工程應(yīng)用

        2022-03-18 23:27:10唐婷婷張文輝
        交通科技與管理 2022年4期

        唐婷婷 張文輝

        關(guān)鍵詞 排水管道;非開挖修復(fù);適用情況;工程案例

        中圖分類號 TU992.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949(2022)04-0130-03

        0 引言

        截至2020年,我國市政給排水管道已接近300萬km,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),帶病作業(yè)的管道占總管線的10%以上,主要集中在早期、舊式的網(wǎng)管中。排水管道破損會造成地下水入滲進(jìn)入管道或排水管道中的水外滲進(jìn)入土體。地下水入滲進(jìn)入管道導(dǎo)致管道長期處于高水位運(yùn)行、污水廠進(jìn)水量增加,進(jìn)水濃度偏低,影響污水廠工作效能;管道水外滲更直接沖刷周邊土地,長久之后甚至將影響路基的整體穩(wěn)定性,造成很大的安全隱患。管道內(nèi)污水外滲還會導(dǎo)致污水廠進(jìn)水量不足及地下水污染等[1]。隨著《城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》、《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019—2021年)》實(shí)施,排水管道修復(fù)已經(jīng)成為黑臭水體治理、污水提質(zhì)增效工作的重要環(huán)節(jié)。

        1 主要非開挖修復(fù)工藝

        1.1 非開挖修復(fù)工藝的特點(diǎn)及適用條件

        不同類型非開挖修復(fù)工藝的特點(diǎn)及適用條件見表1[1]。

        1.2 整體修復(fù)工藝介紹

        1.2.1 原位固化法

        將浸漬樹脂的內(nèi)襯軟管采用翻轉(zhuǎn)或牽拉方式置入原有管道,固化后形成管道內(nèi)襯的修復(fù)方法。常用工藝有翻轉(zhuǎn)法熱水固化工藝和拉入法紫外光固化工藝。內(nèi)襯管道修復(fù)厚度應(yīng)根據(jù)原有管徑、管道周圍地下水位情況,以及選用的內(nèi)襯管道材料確定。在合理壁厚范圍內(nèi),修復(fù)后管道過流能力不受影響。

        1.2.2 管片內(nèi)襯法

        采用人力的方式在管道或箱涵內(nèi)部拼裝或組裝模塊,并在組裝完成的管道和原有管道之間注入高強(qiáng)度的特殊水泥砂漿,使原有管道和模塊組裝管道結(jié)合形成一體化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的新管道的工藝,適用于修復(fù)不小于DN800 mm排水混凝土管(渠)、鋼筋混凝土管(渠)、圬工管(渠)、檢查井、污水池等排水設(shè)施。

        1.2.3 螺旋纏繞法

        采用纏繞的方法將帶狀型材在原有管道內(nèi)形成新的內(nèi)襯,并在內(nèi)襯和原有管道縫隙內(nèi)注漿,形成復(fù)合管的修復(fù)方法。按工藝可分為:

        (1)擴(kuò)張法,適用于DN200~DN600 mm圓形管道修復(fù)。

        (2)鋼塑加強(qiáng)法,適用于DN600~DN3 000 mm圓形管道的修復(fù)。

        (3)機(jī)頭行走法,適用于不規(guī)則邊長在1 200~

        5 000 mm之間任意形狀管涵修復(fù)。螺旋纏繞法可用于各類斷面形式、各種材質(zhì)排水管(渠)的修復(fù)。適合在復(fù)雜地理環(huán)境下施工,適合長距離的管道修復(fù),可帶少量水作業(yè),需要注漿[2]。

        1.2.4 涂層法(主要指噴涂法)

        在管道內(nèi)部噴涂涂層對原有管道進(jìn)行修復(fù)的方法有機(jī)械離心噴涂和人工噴涂兩種方式。根據(jù)噴涂材料的不同,可分為有機(jī)化學(xué)材料噴涂和水泥砂漿材料噴涂。由于涂層較薄,主要用于腐蝕管道的整體修復(fù)或局部修復(fù)。近年來,隨著新材料技術(shù)研發(fā),已有水泥基材料噴涂用于結(jié)構(gòu)性修復(fù)的案例[3]。

        1.2.5 非連續(xù)碎(裂)管法

        靜拉碎(裂)管法在排水管道修復(fù)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)改進(jìn),在不開挖或少量開挖路面的情況下,利用裂管刀具等設(shè)備切割原有管道,然后利用脹擴(kuò)器將其擴(kuò)大到需求的直徑,同時將特制的短管吊入井室內(nèi),然后通過一定的方式拼接連貫,再逐節(jié)向原有管內(nèi)推進(jìn),置換整段管道的修復(fù)方法。可以用于修復(fù)后管道管徑大于原管管徑的情況,目前碎裂管法管徑適用于DN300~DN1 200 mm的管道。

        原位固化法能修復(fù)全部管材,修復(fù)的管徑較大,同時克服人工作業(yè)的限制,在非開挖修復(fù)工藝應(yīng)用最廣,不足之處在無法提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,對修復(fù)的最大允許轉(zhuǎn)角有限制。靜拉碎(裂)管法是唯一能擴(kuò)大過水能力的修復(fù)方法,造價(jià)較高,適合于損傷嚴(yán)重,無法直接修復(fù),對過水有要求的管道。

        1.3 局部修復(fù)工藝介紹

        1.3.1 點(diǎn)狀原位固化法

        適用于修復(fù)DN200~DN1 500 mm的混凝土管、鋼筋混凝土管、鋼管及各種塑料管管材的排水管道。目前常用方法為常溫固化工藝和紫外光固化工藝。采用玻璃纖維及樹脂對管道缺陷處進(jìn)行固化修復(fù),一般內(nèi)襯管壁厚4.0 mm左右。

        1.3.2 不銹鋼雙脹環(huán)法

        適用于DN800 mm以上的混凝土管、鋼筋混凝土管、陶土管、鑄鐵管、鋼管等排水管道的局部修復(fù),不適用于塑料材質(zhì)管道。主要適用于管道滲漏,輕微脫節(jié)、輕微錯位及單一的環(huán)向裂縫的修復(fù)。

        1.3.3 不銹鋼快速鎖法

        適用于DN300~DN1 800 mm排水管道的局部修復(fù),不適宜管道變形和接頭錯位嚴(yán)重情況的修復(fù)。

        上述的三者局部修復(fù)工藝的選擇主要集中在管徑與管材以及管道的病害類型上。

        2 排水管道修復(fù)技術(shù)的選擇方法

        排水管道能否采用非開挖修復(fù)技術(shù)以及采用哪種技術(shù)實(shí)施修復(fù),應(yīng)對管道損壞情況、管道所處的現(xiàn)場環(huán)境、修復(fù)后的管道排水能力等因素進(jìn)行綜合考慮。并根據(jù)下列條件,對管道修復(fù)方式及方法進(jìn)行分析,最終決定采用何種排水管道修復(fù)技術(shù)。

        2.1 管道結(jié)構(gòu)缺陷及特殊構(gòu)造對工藝選擇的影響

        首先,收集待修復(fù)管道工程資料、管材、管徑、埋深等相關(guān)信息,并對管道進(jìn)行電視檢測,獲得清晰的管道內(nèi)影像資料。對排水管道缺陷損壞程度、管道暗接、管道變徑及管道彎曲等情況進(jìn)行評估分析。

        2.2 現(xiàn)場環(huán)境對修復(fù)工藝選擇的影響

        綜合考慮地下埋設(shè)管線、路面的交通狀況以及周圍環(huán)境關(guān)鍵因素,優(yōu)先選擇滿足修復(fù)后管道過水能力不降的非開挖修復(fù)方法[2]。

        2.3 修復(fù)后排水能力確保的可能性

        非開挖修復(fù)后的斷面過流能力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)排水量,故應(yīng)核算修復(fù)后的排水能力。管道整體修復(fù)后的管道流量一般應(yīng)達(dá)到或接近原有管道設(shè)計(jì)流量。當(dāng)不能滿足時,應(yīng)當(dāng)校核目前的技術(shù)區(qū)域的排水狀況并提出彌補(bǔ)缺失排流能力的措施,否則應(yīng)采用非開挖替換或開挖翻排更新。

        2.4 修復(fù)后的使用年限

        采用非開挖整體修復(fù)工藝半結(jié)構(gòu)修復(fù)設(shè)計(jì)的管道使用年限應(yīng)不低于原有管道剩余使用年限,全結(jié)構(gòu)修復(fù)設(shè)計(jì)的管道使用年限應(yīng)不低于50年。

        2.5 修復(fù)后滿足管道疏通養(yǎng)護(hù)要求

        選用的非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)滿足后期管道養(yǎng)護(hù)要求,如修復(fù)后養(yǎng)護(hù)單位無法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的,則應(yīng)另選修復(fù)技術(shù)。

        2.6 修復(fù)技術(shù)的整體經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性

        在開挖或非開挖修復(fù)方法均可選擇的情況下,施工對周邊產(chǎn)生的各種影響,以及工程造價(jià)是決定修復(fù)方法的重要指標(biāo)。修復(fù)工程造價(jià)的組價(jià)需考慮修復(fù)工程的全壽命的建造安裝費(fèi)用,周邊設(shè)施設(shè)備的監(jiān)測、保護(hù)、臨遷、恢復(fù)等工程外的附加費(fèi)用[2],此外,還應(yīng)適當(dāng)考慮維護(hù)施工范圍周邊的社會穩(wěn)定所需費(fèi)用[4]。

        3 應(yīng)用案例

        3.1 工程概況

        麗水市區(qū)污水管網(wǎng)修復(fù)工程項(xiàng)目主要施工范圍為解放街及以南區(qū)域污水管網(wǎng)修復(fù)。其中解放街(大洋路-麗青路)、壽爾福路(囿山路-大猷街)等為北城區(qū)橫向和縱向污水收集干管,承擔(dān)著北城區(qū)污水收集的主要功能。該部分管網(wǎng)共計(jì)20 754 m,基本在20世紀(jì)末,21世紀(jì)初建設(shè),使用時間普遍都在20年以上。通過CCTV檢測發(fā)現(xiàn)這部分管網(wǎng)存在不同程度的病害,大部分管道的修復(fù)指數(shù)達(dá)到了嚴(yán)重的三級。這些管道的病害如破損、滲漏等不僅影響污水的收集能力,影響周邊城市水體的環(huán)境,同時會導(dǎo)致管周土體流失,甚至地面塌陷,亟須對該區(qū)域的破損管網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修復(fù)。

        3.2 方案選取

        根據(jù)管道檢測結(jié)果,麗水市區(qū)污水管網(wǎng)存在嚴(yán)重的滲漏、腐蝕、破裂、脫節(jié)等問題,因破損處較多,通過技術(shù)分析,麗水市區(qū)污水管網(wǎng)中大小管徑不一,有的地方人工無法作業(yè),但管道基礎(chǔ)較好,無須加強(qiáng)結(jié)構(gòu),地表有開闊的作業(yè)平面,從施工進(jìn)度、質(zhì)量及安全、工程擾民的角度,同時考慮網(wǎng)管效能的整體經(jīng)濟(jì)性,比較修復(fù)方法的適用性,對破損嚴(yán)重但基本保持管道形狀的污水管道采用原位固化法(CIPP翻轉(zhuǎn)法[3])內(nèi)襯修復(fù),管道嚴(yán)重變形、坍塌的管道采用非連續(xù)碎裂管法。對一般損壞檢查井采用離心噴涂工藝,對損壞嚴(yán)重的檢查井采用原位固化法修復(fù),局部管道修復(fù)根據(jù)管徑與管材確定。

        3.3 工程實(shí)施

        麗水市區(qū)污水管網(wǎng)修復(fù)工程(PPP項(xiàng)目)于2018年6月26日開工建設(shè),2020年4月完成全部施工任務(wù)。該工程最終完成18 614.6 m管網(wǎng)修復(fù),其中CIPP翻轉(zhuǎn)法整體內(nèi)襯修復(fù)17 934.3 m,非連續(xù)碎裂管法修復(fù)144.8 m,開挖修復(fù)535.5 m。同時也對相關(guān)聯(lián)的771座檢查井進(jìn)行了修復(fù),其中CIPP整體內(nèi)襯修復(fù)檢查井135座、防腐砂漿離心噴涂修復(fù)579座、開挖新建57座。

        工程的施工及驗(yàn)收參照浙江省建設(shè)廳頒發(fā)的《翻轉(zhuǎn)式原位固化法排水管道修復(fù)技術(shù)規(guī)程》(DB33/T1076—2011)。針對國內(nèi)相應(yīng)規(guī)范還不齊全的現(xiàn)況,施工企業(yè)同時參照了《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》及《上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)實(shí)施指南》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了施工質(zhì)量管控[4-5]。工程各分部評定、質(zhì)量控制資料核查、安全和使用功能核查及抽查結(jié)果均符合要求,工程質(zhì)量驗(yàn)收評定為合格[5]。

        3.4 修復(fù)效果評價(jià)

        采用非開挖修復(fù)后的管道和檢查井應(yīng)從外觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、嚴(yán)密性等方面進(jìn)行評價(jià),以保證管道能夠正常運(yùn)行。

        (1)通過CCTV檢測后,管道和檢查井修復(fù)前缺陷處應(yīng)全部修復(fù),外觀質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)程及設(shè)計(jì)要求。

        (2)內(nèi)襯或涂層厚度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)程和設(shè)計(jì)要求。

        (3)修復(fù)后管道和檢查井的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)不低于原有設(shè)施強(qiáng)度,且應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)程要求。

        (4)修復(fù)后管道的過流能力應(yīng)不低于服務(wù)區(qū)域內(nèi)的排水要求。

        (5)須對管道進(jìn)行閉水或閉氣實(shí)驗(yàn),時間應(yīng)不少于24 h,試驗(yàn)結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

        (6)內(nèi)襯修復(fù)后檢查井空間應(yīng)滿足后期養(yǎng)護(hù)需求。

        3.5 效益分析

        經(jīng)過全面修復(fù)后的麗水市區(qū)污水管網(wǎng)投入了正常運(yùn)行。雖然采用管道非開挖內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)減少了管道過流斷面的面積,但新管材粗度系數(shù)的降低,增加了流速,經(jīng)過流量的校核計(jì)算結(jié)果,反而增加了流量。流速的增加,減少了管道的淤積,降低了日常管道養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,減少了有機(jī)物的沉淀所發(fā)生的厭氧反應(yīng)。管道非開挖技術(shù)的運(yùn)用,有效地改善了因管網(wǎng)施工質(zhì)量缺陷和管網(wǎng)老化等造成的滲漏現(xiàn)象,杜絕了地下水滲入排水管道內(nèi)稀釋污水的問題,提高了流入污水處理廠的污水COD濃度。從而提高污水廠的處理效能,直接降低單位去除量的處污成本。

        4 結(jié)語

        非開挖修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的開挖修復(fù)相比具有非常明顯的優(yōu)勢,但具體的方法通過綜合比較管道損壞病害類型、道路環(huán)境、修復(fù)后的管道過水能力、耐久性、養(yǎng)護(hù)性,整體經(jīng)濟(jì)性等因素確定。隨著住建部發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(2021年)》等相關(guān)政策,加強(qiáng)對排水管網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)、檢測和修復(fù),既成為城市排水系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益的必然手段,也將是一項(xiàng)城市可持續(xù)發(fā)展需要長期堅(jiān)持的工作,對排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來了新的契機(jī)。

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