巨拓，李森

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司西安分公司，西安 710000）

1 引言

隨著城市污水管道使用年限延長(zhǎng)，很多城市污水管道即將進(jìn)入服務(wù)周期末期，管道的各類(lèi)缺陷多且復(fù)雜，污水管道排污功能已嚴(yán)重受阻，其跑、冒、漏現(xiàn)象十分普遍，各地路面塌陷的新聞報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，已嚴(yán)重影響人們的出行和交通安全，對(duì)污水管道缺陷的養(yǎng)護(hù)和修復(fù)已刻不容緩[1-2]。西安市某路段污水管道使用已超過(guò)20 年，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中損壞嚴(yán)重，通過(guò)對(duì)該路段46 段污水管道CCTV 可視化檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管段缺陷已嚴(yán)重影響管道的正常運(yùn)行?？紤]到傳統(tǒng)的開(kāi)挖更換管道將對(duì)地下其他類(lèi)型管道、周?chē)h(huán)境及交通造成影響，而非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)憑借其施工周期短、環(huán)境污染小、交通影響小、綜合成本低等優(yōu)勢(shì)[3]，成為本工程最終選擇的管道修復(fù)技術(shù)。在對(duì)該路段污水管道修復(fù)及更新的同時(shí)，也對(duì)道路下方及管道外周?chē)馏w存在的潛在缺陷采用了探地雷達(dá)探測(cè)，探明了空洞及土體疏松的具體位置及程度，查明了原因，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的處理措施，對(duì)于輕度風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域采取周期性監(jiān)測(cè)，一旦后期出現(xiàn)問(wèn)題，立即采取措施處理，確保道路安全。

2 工程概況

本次待修污水管道位于西安市中軸線上，周邊商業(yè)發(fā)達(dá)，單位、小區(qū)眾多，交通繁忙。該路段現(xiàn)狀紅線寬60 m，道路全長(zhǎng)約1 780 m，現(xiàn)狀道路橫斷面為27 m 中央車(chē)行道+3 m 中央分隔帶+ 兩側(cè)1.5 m 分隔帶+ 兩側(cè)7 m 車(chē)行道+ 兩側(cè)6.5 m 人行道。

本路段現(xiàn)狀污水管道分為A 段和B 段，兩段污水管道均為單側(cè)敷設(shè)。其中，A 段污水管道位于道路中心線西側(cè)，距道路中心線5.8 m，管道全長(zhǎng)816.13 m，水流由南北向中間匯入，最終向西流入，原管道管徑為D300 mm、D350 mm、D400 mm、D500 mm，管材為鋼筋混凝土管，管道埋深為2.7~6 m；B 段污水管道位于道路中心線西側(cè)，距道路中心線13.3 m，管道全長(zhǎng)570.8 m，水流由南向北，原管道管徑為D400 mm，管材為鋼筋混凝土管道，管道平均埋深約3.5 m。

3 幾種常用非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 原位固化法

原位固化法包括紫外光原位固化法和熱水原位固化法。其中，紫外光原位固化法適用于管徑150~1 800 mm，原管道為圓形、蛋形、矩形的各類(lèi)材質(zhì)管道，修復(fù)管材采用樹(shù)脂玻璃纖維、光固性樹(shù)脂等，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。紫外光原位固化法的優(yōu)點(diǎn)：管壁薄、管壁光滑、耐腐蝕、耐磨損、整體性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、占地面積小、施工周期短、無(wú)須注漿、無(wú)須工作坑。缺點(diǎn)：對(duì)修復(fù)人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求高、綜合造價(jià)高、不可帶水作業(yè)。

熱水原位固化法適用于管徑150~2 700 mm，原管道為圓形、蛋形、矩形的各類(lèi)材質(zhì)管道，管材采用聚酯纖維氈、熱固性樹(shù)脂，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。其優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕、耐磨損、整體性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、綜合造價(jià)低、施工難度低、無(wú)須注漿、無(wú)須工作坑。缺點(diǎn)：占地面積大、施工周期長(zhǎng)、不可帶水作業(yè)。

3.2 碎（裂）管法

碎（裂）管法適用于管徑300~800 mm，原管道為圓形HDPE管、混凝土管、鋼筋混凝土管、陶土管等，更新管材采用HDPE，原管道出現(xiàn)破裂、變形等結(jié)構(gòu)性缺陷，且無(wú)法進(jìn)行其他非開(kāi)挖修復(fù)可使用。優(yōu)點(diǎn)：相較于開(kāi)挖法具有施工速度快、效率高、綜合造價(jià)低、對(duì)周?chē)h(huán)境及地面影響小等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：不適用于膨脹土內(nèi)更換、需注漿、需破壞和恢復(fù)現(xiàn)狀檢查井、不可帶水作業(yè)，對(duì)于嚴(yán)重錯(cuò)位的原管道，更新管道也將產(chǎn)生嚴(yán)重錯(cuò)位。

3.3 短管內(nèi)襯法

短管內(nèi)襯法適用于管徑≥800 mm，原管道為圓形、矩形的各類(lèi)材質(zhì)管道，修復(fù)管材采用HDPE 管，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、占地面積小、水阻小、耐腐蝕、耐磨損、內(nèi)襯管強(qiáng)度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工周期短、可帶水作業(yè)。缺點(diǎn)：管道過(guò)流斷面減少較多、需注漿、需工作坑。

3.4 機(jī)械制螺旋纏繞法

機(jī)械制螺旋纏繞法適用于管徑200~3 000 mm，原管道為圓形、矩形的各類(lèi)材質(zhì)管道，修復(fù)管材采用硬聚氯乙烯PVC-U，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕、耐酸堿、密封性能好、施工便捷、施工周期短、無(wú)須工作坑、可帶水作業(yè)。缺點(diǎn)：管道過(guò)流斷面減少較多、需注漿。

3.5 管片內(nèi)襯法

管片內(nèi)襯法包括管片拼裝內(nèi)襯法和不銹鋼內(nèi)襯法。其中，管片拼裝內(nèi)襯法適用于管徑≥800 mm，原管道為圓形、矩形、馬蹄形的各類(lèi)材質(zhì)管道，修復(fù)管材采用PVC 管，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕、耐酸堿、密封性能好、施工便捷、施工周期短、無(wú)須工作坑、可帶水作業(yè)。缺點(diǎn)：管道過(guò)流斷面減少較多、需注漿。不銹鋼內(nèi)襯法適用于管徑≥1 200 mm，原管道為圓形的各類(lèi)材質(zhì)管道，修復(fù)管材采用不銹鋼，原管道出現(xiàn)破裂、變形、錯(cuò)位、脫節(jié)、滲漏、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷可使用。優(yōu)點(diǎn)：承壓能力增強(qiáng)、施工便捷、施工周期短、無(wú)須工作坑。缺點(diǎn)：管道過(guò)流斷面減少較多、需注漿、不可帶水作業(yè)、不利于后期維護(hù)管理。

4 非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的選擇與設(shè)計(jì)

4.1 碎（裂）管法更新設(shè)計(jì)

A 段污水管道：本段進(jìn)行了管內(nèi)部檢測(cè)與管外部檢測(cè)，其中，管內(nèi)部檢測(cè)采用CCTV 可視化檢測(cè)，共檢測(cè)24 段，并對(duì)24 段管道進(jìn)行了缺陷評(píng)估，存在結(jié)構(gòu)性缺陷21 段，功能性缺陷2 段，同時(shí)存在結(jié)構(gòu)及功能性?xún)煞N缺陷1 段。24 段中的37處缺陷分別為腐蝕（2 級(jí)）1 處，腐蝕（3 級(jí)）16 處，破裂（4 級(jí)）13處，脫節(jié)（2 級(jí)）1 處，脫節(jié)（4 級(jí)）2 處，沉積（3 級(jí)）1 處，沉積（4級(jí)）2 處，障礙（2 級(jí)）1 處。22 段結(jié)構(gòu)性缺陷管道中，12 段管道：缺陷參數(shù)F＞6；9 段管道：缺陷參數(shù)3＜F≤6；1 段管道：缺陷參數(shù)1＜F≤3；21 段管道：缺陷密度SM＜0.1；1 段管道：缺陷密度0.1≤SM≤0.5；13 段管道：修復(fù)指數(shù)RI＞7；9 段管道：修復(fù)指數(shù)4＜RI≤7。3 段功能性缺陷管道中，2 段管道：缺陷參數(shù)G＞6；1 段管道：缺陷參數(shù)1＜G≤3；3 段管道：缺陷密度YM＜0.1；3 段管道：養(yǎng)護(hù)指數(shù)MI＞7。管外部檢測(cè)采用多通道（270 MHz、400 MHz、100 MHz 各兩個(gè)） 雷達(dá)屏蔽天線進(jìn)行探測(cè)，測(cè)線全長(zhǎng)10 120 m，本次探測(cè)的結(jié)果為空洞1 處，嚴(yán)重土體疏松區(qū)共40 處、一般土體疏松區(qū)59 處。通過(guò)對(duì)管道進(jìn)行評(píng)估分析，并結(jié)合各修復(fù)技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，綜合確定對(duì)A段污水管道進(jìn)行原位非開(kāi)挖更新，采用碎（裂）管短管置換法進(jìn)行管道整體更新；并依據(jù)道路缺陷檢測(cè)報(bào)告分析，對(duì)路面下土體疏松及空洞采用水泥砂漿做充填料進(jìn)行注漿填充處理。

碎（裂）管短管置換技術(shù)[4]是將50 cm 長(zhǎng)的HDPE PE100短管從檢查井井口吊入井室內(nèi)，通過(guò)啟動(dòng)置換機(jī)，控制碎管速度，使碎管頭向前推進(jìn)破碎原管道，同時(shí)將與碎管頭連接的HDPE PE100 管道向前拉進(jìn)，直至HDPE PE100 管道尾部到達(dá)井壁破碎口處，HDPE PE100 短管通過(guò)承插口方式進(jìn)行續(xù)接，連接完成后，重新啟動(dòng)置換機(jī)，重復(fù)上述工作，實(shí)現(xiàn)新管置換原管的目的。探地雷達(dá)工作原理：利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過(guò)天線傳入地下，經(jīng)地下地層或目的物反射后返回地面，被另一天線接收。根據(jù)接收到的反射波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化等特征推測(cè)地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋設(shè)深度[5]。

破（裂）管法修復(fù)污水管道前，對(duì)原管道進(jìn)行封堵、導(dǎo)流、清淤等處理。

1）管道封堵：對(duì)施工區(qū)段上下游采用橡膠氣囊進(jìn)行封堵，在封堵期間派專(zhuān)人看管，定時(shí)檢查氣囊壓力表及管道內(nèi)水位情況，觀察是否存在泄壓情況并及時(shí)補(bǔ)壓。

2）導(dǎo)流：為了不影響污水管道的正常使用，對(duì)施工井段進(jìn)行污水導(dǎo)流，分別在上下游進(jìn)行污水封堵，封堵完成后，將施工區(qū)段上游污水通過(guò)5 臺(tái)（備用1 臺(tái)）大功率污水泵導(dǎo)流至下游。

3）清淤：由于現(xiàn)狀污水管道使用時(shí)間較長(zhǎng)和塌方，管內(nèi)淤積了大量的淤泥及雜物，為保證新管道置換的順利進(jìn)行，對(duì)管道及井壁采用高壓水槍反復(fù)沖洗，在下游用吸污車(chē)對(duì)檢查井內(nèi)的污水、泥沙等進(jìn)行抽吸。

破（裂）管法更新后的污水管道管徑為355~560 mm，管材采用HDPE PE100 管道，管道要求：屈服強(qiáng)度＞22 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率＞350%，彎曲模量900 MPa。更新后的HDPE PE100 管道的環(huán)剛度、壁厚等指標(biāo)除應(yīng)考慮檢測(cè)的影像資料、評(píng)估報(bào)告、地下水情況、路面動(dòng)荷載、管道原設(shè)計(jì)資料、建設(shè)方的具體需求等因素外，還應(yīng)考慮更新管道的標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，即管道覆土深度≤5 m 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比的最大值為21；管道覆土深度＞5 m 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比的最大值為17。經(jīng)計(jì)算，破（裂）管法更新管道最小壁厚計(jì)算值如表1 所示。

表1 更新管道的最小壁厚計(jì)算值mm

根據(jù)表1 更新管道的最小壁厚計(jì)算值，最終選定管徑DN355 mm、DN400 mm 的更新管道壁厚為22 mm，DN450 mm的更新管道壁厚為28 mm，DN560 mm 的更新管道壁厚為35 mm。經(jīng)更新后管道滿足原管道設(shè)計(jì)承載負(fù)荷的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

修復(fù)后管道的過(guò)流能力與修復(fù)前管道的過(guò)流能力的比值按式（1）計(jì)算：

式中，B 為管道修復(fù)前后過(guò)流能力比值；ne為原有管道的粗糙系數(shù)；DE為原有管道平均內(nèi)徑，m；nl為更新管道的粗糙系數(shù)；D1為更新管道內(nèi)徑，m。

經(jīng)計(jì)算，原管徑為D300mm，粗糙系數(shù)ne=0.013，采用碎（裂） 管法更新后，粗糙系數(shù)nl=0.009，則過(guò)流能力比值B1=159%；同理原管徑D350mm，B2=151.1%；原管徑D400mm，B3=138.7%；原管徑D500mm，B4=136.9%；故更新后管道過(guò)流能力大大提增，滿足原管道設(shè)計(jì)污水流量的過(guò)流能力要求。

4.2 紫外光固化法修復(fù)設(shè)計(jì)

B 段污水管道：本段進(jìn)行了管內(nèi)部CCTV 可視化檢測(cè)，共檢測(cè)22 段，并對(duì)22 段管道進(jìn)行了缺陷評(píng)估，存在缺陷共49 處，均為結(jié)構(gòu)性缺陷。其中，腐蝕（1 級(jí)）1 處，腐蝕（2 級(jí)）6 處，腐蝕（3 級(jí)）40 處，錯(cuò)口（2 級(jí)）1 處，破裂（3 級(jí)）1 處。其中，3 段管道：缺陷參數(shù)1＜F≤3，修復(fù)指數(shù)1＜RI≤4；19 段管道：缺陷參數(shù)3＜F≤6，修復(fù)指數(shù)4＜RI≤7；12 段管道：缺陷密度SM＜0.1，10 段管道：缺陷密度0.1≤SM≤0.5。通過(guò)對(duì)管道進(jìn)行評(píng)估分析，并結(jié)合各修復(fù)技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，綜合確定對(duì)B 段污水管道采用紫外光固化法實(shí)施整體修復(fù)。

紫外光固化修復(fù)技術(shù)是原位固化法（CIPP）中的一種，是近些年應(yīng)用領(lǐng)域、實(shí)用規(guī)模拓展非常迅速的一種非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)。它是將玻璃纖維軟管浸漬光固化樹(shù)脂，樹(shù)脂中含有光引發(fā)劑，然后將其拉入原管道內(nèi)，并充氣擴(kuò)張使其緊貼原管道，利用紫外光作為固化媒介，經(jīng)過(guò)特定波長(zhǎng)的紫外光照射時(shí)，樹(shù)脂產(chǎn)生固化反應(yīng)，形成高強(qiáng)度內(nèi)襯新管[6]。

紫外光固化法修復(fù)前，對(duì)原有管道進(jìn)行封堵、導(dǎo)流、清淤等處理，并對(duì)原有管道進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理具體措施是結(jié)合管道檢測(cè)評(píng)估報(bào)告具體實(shí)施，針對(duì)不同的缺陷采取相應(yīng)的預(yù)處理方法。其中，對(duì)于破裂的處理措施：待修復(fù)的破裂段有兩處縱向長(zhǎng)度0.4 m 破裂縫，采用注漿密封破裂部位，處理后管道密封性良好；對(duì)于腐蝕的處理措施：先對(duì)表層除渣除銹，再利用高壓水清洗，后噴涂水泥砂漿，處理后管道不露筋，表面噴涂層與基層結(jié)合牢固；對(duì)于錯(cuò)口的處理措施：先清淤，再借助機(jī)器人使錯(cuò)口兩側(cè)齊平，采用注漿密封錯(cuò)口部位，處理后接口平順且密封性良好。經(jīng)過(guò)完整的管道清淤、檢測(cè)、預(yù)處理后，原污水管道內(nèi)表面潔凈，無(wú)影響軟管襯入的附著物、尖銳毛刺、突起等，預(yù)處理完成后對(duì)管道再進(jìn)行CCTV 檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)污水管道修復(fù)條件良好。

紫外光固化法修復(fù)后的污水管道管徑為400 mm，管材采用樹(shù)脂玻璃纖維軟管。修復(fù)后的管道的環(huán)剛度、壁厚等指標(biāo)除應(yīng)考慮檢測(cè)的影像資料、評(píng)估報(bào)告、地下水情況、路面動(dòng)荷載、管道原設(shè)計(jì)資料、建設(shè)方的具體需求等因素外，還應(yīng)考慮更新管道的標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，即標(biāo)準(zhǔn)尺寸比的最大值為100。原管道為1、2 級(jí)缺陷，其結(jié)構(gòu)較完整，承載力較好，故按照半結(jié)構(gòu)修復(fù)進(jìn)行管道壁厚計(jì)算，而對(duì)于3 級(jí)缺陷，其結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，承載力不足，故按照結(jié)構(gòu)性修復(fù)進(jìn)行管道壁厚計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，半結(jié)構(gòu)修復(fù)的管段DN400 mm 樹(shù)脂玻璃纖維軟管壁厚為4.8 mm，結(jié)構(gòu)性修復(fù)的管段DN400 mm 樹(shù)脂玻璃纖維軟管壁厚為5.5 mm。經(jīng)修復(fù)后的管道滿足原管道設(shè)計(jì)承載負(fù)荷的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

根據(jù)修復(fù)后管道的過(guò)流能力與修復(fù)前管道的過(guò)流能力的比值公式計(jì)算：原管徑為D400 mm，粗糙系數(shù)ne=0.013，采用紫外光固化修復(fù)后，粗糙系數(shù)nl=0.010，則過(guò)流能力比值B=120.7%。由此可見(jiàn)，雖然穿入了內(nèi)襯管，內(nèi)徑變小了，但粗糙系數(shù)降低較低，管道過(guò)流能力大大提增，滿足原管道設(shè)計(jì)污水流量的過(guò)流能力要求。

5 結(jié)論及建議

1）CCTV 可視化檢測(cè)技術(shù)具有一定的局限性，目前，只能檢測(cè)管道表征情況，對(duì)管道缺陷處的內(nèi)部及外部無(wú)法探明清楚。因此，尋求更加完整、有效的管道檢測(cè)新技術(shù)對(duì)準(zhǔn)確、全面判斷管道缺陷狀況及制訂管道修復(fù)與養(yǎng)護(hù)方案至關(guān)重要。

2）為遵守國(guó)家及地方環(huán)境保護(hù)政策法規(guī)，管道檢測(cè)及修復(fù)前清淤的淤泥應(yīng)運(yùn)輸至指定站點(diǎn)存放，進(jìn)行集中處置，在清淤、運(yùn)輸、存放及處置過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

3）市政設(shè)施管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)市政污水管網(wǎng)的巡檢力度，嚴(yán)防污水管道出現(xiàn)滲漏、破損等現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)對(duì)污水管道及附屬構(gòu)筑物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或修復(fù)，確保污水管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，相關(guān)部門(mén)還應(yīng)不斷關(guān)注國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的技術(shù)與管理方法，使管網(wǎng)的維護(hù)與管理更加機(jī)械化、智能化。

4）隨著市政污水管網(wǎng)規(guī)模的不斷增大和年限延長(zhǎng)，檢測(cè)技術(shù)和非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)將在城市污水管網(wǎng)修復(fù)領(lǐng)域潛力巨大。大力引進(jìn)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的管道非開(kāi)挖修復(fù)新型技術(shù)意義重大。