浅谈城市雨污水管道非开挖修复施工技术

吴俊

中铁五局通用大道提档升级工程项目部，湖北武汉430070

摘 要 :城市雨污水管道是城市排水系统的重要组成部分，他不仅关乎人们的日常生活，还对城市的防洪度汛，城市的可持续发展有着重要的意义。本文分析城市雨污水管道破损的原因、种类及非开挖修复技术的优势和施工方法介绍

关 键 词 :雨污水管道、非开挖技术、缺陷、修复

一、引言

进入二十一世纪以来中国的经济高速发展，城市化的进程日新月异，城市的不断发展与扩容。由于受到早期管道的材质和施工技术的限制，大量的雨污水不断排放，加之雨污水管道长期运行和未能有效的及时维护，导致早期的雨污水管道出现不同程度的破损，已不能满足人们对生产、生活需求和城市的运转。然而传统的修复方法主要是开挖置换，在施工过程中对于道路交通、日常出行、环境、城市形象等造成一定的影响。在此背景下，提出非开挖修复技术具有十分重要的意义。

二、雨污水管道缺陷成因、分类及影响

（一）管道破损的成因

1.随着城市的大规模建设和旧城改造、道路的提档升级及扩建，城市地下水位的变化等造成地基出现不均匀的沉降，造成原来深埋在地下的雨水管道出现不同程度的下沉，造成管道接头错台、脱节、开裂、管壁塌陷变形等现象。

2.各类地下建筑施工，光电缆、天然气管道等拖拉顶管施工对雨水管道造成机械性损伤等。

3.在很多城市的老旧城区，还有许多雨污水管道存在超龄使用，受早期管材生产工艺、质量的制约及雨污水管道设计使用年限的规定，很多管道出现了密封材料老化、脱落，管壁出现开裂、破损等情况。

4.雨污水管道施工过程中工序质量控制不到位，如基底未夯实、回填材料粒径过大、压实度不合格、管口连接不牢固密实等，造成管道出现局部塌陷、管口密封圈掉落、管节间出现错位等。

5.生活污水、工业废水中含有硫化物、氮化物使得污水呈酸性或碱，加之污水厂的处理能力未能满足排放规模，在各种因素的作用下，使之与管材发生化学反应，从而导致管道损坏。

从上述情况分析得知，管道的破损不是一蹴而就的，是经过长时间的使用造成功能逐步缺失。

（二）管道缺陷的分类

CCTV管道内窥电视检测系统，在雨污水管道检测中被广泛应用。雨污水管道检查中发现破损情况大致可分为二类。

1.结构性破损：主要是影响雨污水管道结构的强度和使用年限，如破裂、渗漏、变形、错台、脱节、密封材料脱落、塌陷、异物贯穿等；

2.功能性缺陷：影响管道的排水功能，如沉积堵塞、结垢缩径、障碍物、浮渣等；

（二）管道缺陷的影响

管道缺陷会降低排水效率，破损渗漏的污水会对城市地下水、周边水系和环境造成污染，严重是会造成地面局部塌陷，雨季使城市形成内涝，对城市的运转和人们的出行造成影响。

三、非开挖修复技术的优点

非开挖修复技术的定义，采用在不开挖地表的情况下，对管道进行局部修复或整体更换的的一种修复技术。传统的管道修复需要对其进行开挖，会对周边的环境局和人们的生活、交通等造成干扰。与传统的开挖施工技术相比，其主要有以下几个方面的优点。

（一）最大限度的避免避免地面建筑、道路、附着物等，减少对环境的干扰和工程投资。

（二）施工速度快、工期短，施工成本低。

（三）施工安全性低、可靠性好，利于后期管养维护。

四、分开挖修复施工技术

按照管道破损成和范围，大致可分为局部修复和整体修复。局部修复常采用：注浆法、点状原位固化法（CIPP）；整体修复常采用原位固化法（CIPP）、短管内衬整体置换法、碎管法等。

（一）注浆法

注浆法是使用专用的注浆设备，将化学浆液或水泥浆液在压力的作用下注入到管道的裂隙处进行修复，同时还能对裂隙周边土体进行加固形成隔水帷幕。其特点：周边环境干扰小、材料费用低。

（二）原位固化法（CIPP）

1.原位固化法的原理

原位固化法是目前市面上使用的最广泛的一种非开挖修复技术。即采用聚酯树脂或环氧树脂浸渍在纤维增强复合内衬软管上，利用注水翻转或拖拉将内衬管送入待安装在旧管道内，通过加热（利用热水、蒸汽或紫外线UV）,使树脂发生化学反应，开始固化，时间约4-8小时左右。内衬固化后，会在原来的旧管道里形成一个新的连续性的具有全结构性强度的薄层管壁，管道的内径几乎没有损失，且其流动性能会得到大大改善。

2.原位固化法的施工工艺流程

 

3.原位固化法的施工方法

原位固化法的施工方法可分两种，翻转法和牵引法。

翻衬法的内衬软管材料一般是由柔韧的聚合物（纺纤维等）材料做骨架，材料的外层一般覆盖一层隔水膜，该隔水膜成为新管道的内层，主要起止水作用。翻转在水压、气压的作用下，内衬材料反转进入管道的内壁，完成后，在热水水温的作用下，树脂固化，内衬材料形成坚硬的管道内壁，形成管中管。

牵引法的内衬软管材料主要为玻璃纤维。将玻璃纤维软管从检查井处拉进要修复的管道中，使用气囊或注水将软管膨胀紧贴于旧管壁，再通过热水、蒸汽或紫外线UV使树脂固化，玻璃纤维管便内覆紧贴修复管道上，形成管中管。

4.原位固化法的特点与优势

（1）不需要开挖。

（2）现场施工周期短。现场施工周期一般不超过24小时

（3）对交通影响小。

（4）适用范围广。适用于任何管材的管道（混凝土管、水泥管、钢管、PVC管等），输送不同介质管道（油、气、水、化工原料）及不同几何形状管线的重建需要。管径范围 DN75-DN2200mm。

（5）内衬管耐久实用。内衬材料耐磨损、耐腐蚀、强度大、承压能力高，使用寿命按需要设计，长可达50年。

（6）整体性强。可以封闭原有的洞孔，裂缝及缺口，隔绝渗入，阻止渗出。

（7）改善流量，不结垢。

（三）短管内衬整体置换法

1.置换法的原理

该技术采用定向钻进先导拉顶管工艺，配合自密封承插口短管，将传统的管道回拖改为拉顶，在接收检查井下安装短管，利用钻杆穿过管道中心，在管道尾部拉顶管道。刀盘头负责掘进扭矩和迎面阻力，利用机头后面的分动装置和传力杆将拉顶设备余力传到管尾，实现拉顶前进。刀盘头与管并不锁死从而达到泥水平衡功能。管壁只承受与旧管或泥土的顶进摩擦阻力。它既具有定向钻的优点，适用地质广、穿越障碍的能力强、次生灾害小等特点，又具有顶管标高精度控制高的优点。该施工工艺介于定向钻工艺和泥水平衡之间。

 

图1 短管内衬整体置换法动力示意图

2.置换法的优点

（1）占用场地小，地面设备位置摆放灵活，表面斜向钻进不会产生扩孔现象，对地表的破坏较小；

（2）

（3）单段施工距离距离约30米，两检查井人为二次调整，成品管道质量好；

（4）管材为柔性材质，自密封接头，自锁死，无须用电，防渗防震；

（5）管道采用柔性密封自锁承插管，该管材经传统加工工艺的改进，材料密度高、强度大、易于连接、接头密实；

（6）回扩掘进拉顶施工为平行推进，无拉伸变形，压力自平衡，整个工艺无径向变形之外力。能确保成品管道的设计使用寿命；

（7）管材自锁后加锁紧杆成了一个相对的整体，也是一个超长扶正器。泥浆内排解决小空间排泥管拆装堵塞问题，动力外置解决小空间机头工作期间维修问题，亦解决小机头难纠偏问题。用材轻质量（比重）解决管道沉降问题；

（8）该技术适用于管道出现严重变形、塌陷、机械贯穿等情况，其管材的使用寿命和质量是小口径（300mm--600mm）最优的。

（四）碎管法

1.碎管法的原理

碎管法是通过专门刀盘将原有的老旧管道从内部挤碎或割裂，将旧的管道碎块压入到四周的土壤上，从而形成一个管孔，并同步将置换的新管道顶拉至管控内。

按动力源可分为静拉碎管法和气动碎管法两种施工工艺，静拉碎管法是将原有的管道在液压静力的作用下进行破碎或将原有管道进行切割后，再用专用刀盘进行扩管而成；气动碎管法是将原来的管道破碎，靠气动冲产生的撞击力作用。

2.碎管法适用范围

适用于各类地质条件，管径在75～2000mm间的陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、脆、柔性塑料、金属、陶土或灰铸铁管的旧管道。

3.碎管法优缺点

（1）优点：相较于明挖法具有施工速度快、效率高、环境影响小、对地面交通干扰少，可对原管道进行扩容修复等优势。

（2）缺点：进行支管安装需开挖地面；管道局部坍塌处需开挖工作坑以便安装牵拉索或拉杆；在旧管道有严重错台，新管道安装可能出现错台现象；对于埋深较浅的位置会对地面造成影响。

六、结语

随着人们对环保和洪涝灾害的重视，城市水环境治理和控源截污工程在各个城市的建设，管道的非开挖修复施工技术的优势在于占地面积小、影响范围小、施工速度快、成本相对低廉等在解决旧管道的缺陷方面发挥重要的作用。

参考文献

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