非开挖整体修理技术在市政管道中的应用

摘要：非开挖技术具有不破坏路面、不影响交通、施工速度快、成本低等优点，正在逐步取代传统的开挖施工法，在市政管道工程中应用越来越广泛，可用于管道施工、更换、以及修理等方面施工应用。本文简单介绍了非开挖管道修理技术的分类及特点，重点针对整体修理技术优劣以及具体施工时的取舍进行了探讨。

关键词：非开挖；市政管道；整体修理技术。

中图分类号：TU99 文献标识码：A

市政管道随着使用年限久远以及不良地质、超标荷载等因素影响，常发生大面积损坏现象。以往一般都是采用传统的开槽埋管修理技术，不但耗费了时间和人力、成本又高，而且还要封闭道路,对城市交通和环境造成严重的影响。非开挖施工技术（Trenchless Tecnology），是指在不开挖地表的条件下铺设、修复和更换各种地下公用设施的任何一种技术和方法，具有施工速度快、经济社会效益好等优点，将在未来的市政管道施工中担任重要的角色。

非开挖技术主要有三大类[1]，一为非开挖施工，如顶管法施工、盾构法施工、定向钻进法施工等；二为旧管线更换，如吃管法、爆管法等；三为非开挖修理，主要是指采用非开挖的方式对已有市政管道进行修理。本文主要针对非开挖修理技术的特点及应用进行阐述和探讨。

非开挖修理技术分类

管道的非开挖修理可分为局部修理和整体修理两类（如图1）。文献[2]中对局部修理技术在市政排水管道中应用做出了简要的叙述，指出局部修理在修理经费不高时具有重要的应用价值。

图1 非开挖修理技术的分类

整体修理就是对两个检查井之间的管段整段加固修理，具体分类介绍如下：

(1) 涂层法。涂层法是将水泥砂浆、环氧树脂作为喷涂材料，通过在卷扬机拉力作用下的旋转喷头或者人工方法将材料依次在旧管道内喷涂，形成总厚度3.5mm的加固层，经过自然养护，形成主管道～衬里复合管，达到对旧管道的整体修复。

涂层法能有效提高管道的耐压、耐腐蚀及耐磨损性能，延长管道寿命，但不能增强管道结构强度。同时该技术对管道断面面积的影响小，价格相对较低，但工期长，质量可靠性较差，此外喷涂衬装前必须将原管道清拭干净并用专用的探察设备(如cctv)进行探视以保证管内壁没有残留物和附着水，而在施工中管道清洗处理、温度、通风、人员素质等都会影响修理质量。

(2) 现场固化法（CIPP法）。现场固化法即把灌浸有热硬化性树脂的软管材料运到工地现场，利用水和空气的压力把材料翻转送至管道并使其紧贴于管道内壁，通过热水、蒸气、喷淋或紫外线加热的方法使树脂材料固化，在旧管内形成一根高强度的内衬树脂新管的方法。

现场固化法适用范围较广，可用于200-2000mm的管道，管径损失也较小。以上海在2001年4月采用日本湘南合成树脂株式会社现场固化法技术为例，该方法具有用水量少，节约能源、节约时间、工作效率高, 固化后的内衬管材质均匀、厚度一致等特点，此外此技术可以用于修复任意形状的管道，也可对检查井进行修复。不过该技术对施工技术要求比较高，工程造价也比较高。

(3) 整体牵引法。牵引法即把灌浸有热硬化性树脂的软管材料运到工地现场后，采用牵引的方式把材料插入旧管内部，然后加压使之膨胀并紧贴于管道内壁。其加热固化的方式和现场固化法类似。

整体牵引法适用的管径一般在600mm以下，多数牵引法施工时需要开挖较大长度的导入基坑。根据施工方案的不同，又可进一步分为滑衬法、U型内衬、挤压牵引和PE灌浆内衬四种。其中滑衬法施工工艺最为简单，但是会导致较大的断面损失，U型内衬和挤压牵引方法更适用于给水、石油、天然气等市政管道，对于排水管道应用不多。PE灌浆内衬不需要开挖导入基坑, 适用管径可达2m以上，也可用于修复井体，但该技术对先进设备依赖程度较高，目前仅在上海和苏州等城市有一定的工程应用。

(4) 螺旋管内衬法。螺旋管内衬是澳大利亚Rib-loc公司的专利，主要工艺是将带状聚氯乙烯（PVC）型材放在现有的人孔井底部，通过专用的缠绕机，在原有的管道内螺旋旋转缠绕成一条固定口径的新管。

螺旋管内衬法最大的特色就是在整个施工操作过程中不需要任何加热或加压的步骤，使得施工非常迅速，对管道前期处理的要求也不高，且适用范围广，质量稳定，施工占地小，此外还允许一定程度的带水作业。不过该技术所有关键设备必须进口，前期投入较大，资金回收较慢。

(5) 短管内衬法。该技术是将特制的塑料短管或管片由检查井或工作坑进入管内，完成接口连接后整列内衬管不断向旧管道内推进，直到下一个检查井。最后在塑料短管和母管之间注入水泥浆的修复方法。

内衬管材料一般有聚乙烯管、聚丙烯管和玻璃钢夹沙管等。该技术优点有适用尺寸广、施工速度快、设备简单、质量稳定、价格低等等；但施工完成后管道断面损失较大，且目前国内缺乏专门生产用于内衬的短管或管片的厂商，在很大程度上影响了该方法的推广和应用。

整体修理技术工程应用实例

上海市杨浦区嫩江路Φ450mm污水管道由于路面压力和水力条件等因素数次发生破坏事故，考虑到管道状况（钢筋砼管道，腐蚀小，抗压差）、未来通水能力（断面尽可能少损失）、费用成本、工艺可操作性、当地交通商业等社会成本问题，选用现场固化法进行了整体修复。经核算内衬壁厚要求为2.7mm，施工前期对管道进行了调查和清洗，并应用管道闭路电视系统（cctv）进行了监测和评估，施工过程主要流程为开挖工作坑-填充树脂-翻转作业（气翻）-加热固化-端头处理-验收，整体施工时间共计17天，主要的技术特点有；修复后管道强度大大提高、施工时间段、占地面积小、内衬管满足50年设计使用寿命、对城市经济效益和社会效益影响较小。

由于地面沉降问题，杨浦区国河路上雨污管道由于沉管问题亟需修理，经研究决定Φ300mm污水管采用开槽埋管工艺更换，Φ1000mm雨水管采用局部修理技术，而Φ800mm雨水管则采用短管内衬法修理，由于短管内衬法会造成过水断面损失，为了满足过水能力拟定选用糙率较小的HDPE管（钢筋砼管n=0.014，HDPE管n=0.009），经水力计算后得出内衬HDPE管管径超过512mm即可满足现有过水能力，最终决定在Φ800mm钢筋砼管中内衬Φ700mmHDPE管。此外选用HDPE管（高密度聚乙烯管）的优势还有重量轻、便于运输、施工强度低、抗腐蚀、耐老化、使用寿命长、材质卫生、无污染、施工便捷等方面。该工程中简要工艺流程为施工前准备-原管内清淤-管内注浆-开挖工作井-安装内衬管及焊接口-注浆-管段清理、工作并封闭、检查并修复-安装完毕。工程竣工后管道运行良好，经施工总结得出：HDPE短管内衬比较适用于Φ600、Φ800之类中型管径，否则会在施工中增加接口焊接的难度；该方法对管道损坏程度要求比较严格，否则内衬管难以穿越；可以在交通完全开放条件下施工，对环境和交通影响较小。类似的应用实例可见文献[3]，此外有关螺旋管内衬法修复技术的工程应用实例可参见文献[4]。

修理方法的选择

一般而言，不同的非开挖修理技术适用于不同管径、不同埋深、不同的地质条件、不同的损坏及经费状况。因此在选用适当的修理方法时需要综合考虑多方面的影响因素，如文献[5]针对广州排水管道的修理技术的选取，结合当地地理条件、施工条件、费用和效益等方面因素进行了综合分析和考虑，可为相关工程实际提供一定的借鉴和参考。

从工程造价角度考虑，在我国一般大型管道修理采用局部修理或人工涂层法相对比较经济；现场固化法几乎适用于任意管道的修理，但价格却是几种方法中最贵的，采用整体牵引法时，若管道埋深太大则需要开挖较大的基坑进而导致额外的修理费用。从施工现场的地质条件考虑，若在流沙地区则宜于选择短管内衬法以提高施工安全性。从工期长短和质量可靠性方面考虑，局部修理和涂层法尽管便宜，但工期往往较长，质量可靠性相比较差，同样材料和设备的供应距离也应当予以考虑，若工期时间较紧，必然不宜选用需进口设备或材料的工艺 。从对未来过水能力的影响上看，滑衬法和短管内衬法会造成过水断面损失，应用时需要斟酌考虑。从施工环境角度考虑，螺旋管内衬法可以允许一定的带水作业，反之涂层法则需要管道保持绝对的干燥和清洁。此外，施工单位的素质也是必须考虑的问题, 好的工艺和设备同样需要一支好的施工队伍。

结语

最近几年非开挖技术的发展和应用来看，非开挖技术确实非常适合于市政管道的铺设、更换及修理。不过非开挖技术的内容很多, 各有优缺点。在市政管道施工工程中，只有因地制宜，充分利用非开挖技术的各种优点，综合考虑各种因素，才能很好利用它，产生良好经济效益和社会效益。考虑到非开挖技术在节省社会和环境成本上巨大的优势，进一步推广和应用非开挖技术必然是未来经济和社会发展的大势所趋。

参考文献

[1] 颜纯文,蒋国盛,等.非开挖铺设地下管线工程技术[M].上海:上海科学技术出版社,2005.

[2] 朱保罗.排水管道的点状修理[J].给水排水,2006,32(6):87-90.

[3] 晏世范.高密度聚乙烯管内衬技术在沉管修理中的应用[J].2008,24(3):121-125.

[4] 郑仙彪. 螺旋缠绕法非开挖修复管道的应用[J].科技资讯,2009,13:107-108.

[5] 赵巨尧,周律,安关峰,等.广州市排水管道的非开挖修复适用技术分析[J]. 市政水处理,2012,1:55-58.