非开挖修复技术在排水管道中的应用

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  摘要:排水管道在城市市政设施中更是扮演着重要角色。目前,对于具有管道缺陷水管的修复工作显得尤为突出。目前我国大多数城市,排水管道损坏的修复的方法都是采用明开挖的方法进行修复。但随着城市化的进展,城市地下管线错综复杂,城市道路的负荷越来越严重,使得排水管线在修复的过程中存在大量的技术问题。例如:主干道开挖严重影响交通或排水管线上方存在其他压力或电力管线给开挖带来极大的隐患。而管道如果长期不修复,轻则污染地下水,重则导致道路塌陷,交通瘫痪。因此寻找行之有效的修复方案是目前各排水管理部门最迫切的任务。
  关键词:非开挖、内衬、现场固化法(CIPP)
  中图分类号:S276文献标识码: A
  
  引言:
  人们更多地关注给水系统的维护和保养而忽视了对排水系统的维护和保养,这使得排水系统长期处于缺乏基本维护的状态。实际上,城市排水系统与给水系统在市政系统中处于同等重要的地位。为了控制地下水的渗入带来的泵站运行电耗升高、污水处理厂处理费用增加、合流制排水系统溢流频率的升高,路面塌陷以及雨污水渗出造成的土壤污染和地下水污染等问题,对已查明管道缺陷的排水管道进行修复已经成为当前城市水务管理的重要任务。由于管道施工影响的交通问题也能够得到进一步缓解。
  一、排水管道非开挖整体修复技术
  整体修复技术是对检查井之间的整段管进行修复的技术。采用整体修理可以达到防腐、防渗,增加结构强度甚至整旧如新的目的。总体上看,整体修复是排水管道非开挖修复技术的主流。按修复后的管道内的内衬管和原有旧管之间的结构不同进行分类,非开挖整体修复技术可以分为自立管、复合管、双层构造管三种类型。
  排水管道的非开挖整体修复方法经过数十年的发展,现在已经十分丰富。包括现场固化法、螺旋内衬法、短管内衬法、滑动内衬法、紧贴内衬法、PE灌浆内衬法、裂管法和喷浆内衬法等。在排水管道非开挖修复技术发展的过程中,滑衬法是第一个被广泛应用于排水管道非开挖修复工程的非开挖工法;螺旋内衬法凭借其能够带水施工的特点在澳大利亚,日本以及我国台北省得到广泛的应用;现场固化法(CIPP)是现在世界上应用最广泛的非开挖修复技术,从CIPP出现至今,已有超过15500km的排水管道通过CIPP得到修复。
  二、排水管道非开挖局部修复技术
  局部修复是对管线中已损坏的部分(如接口,渗漏点)进行修复施工的技术,又称部分修复技术。局部修复技术包括:嵌补法、注浆法、套环法、局部涂层法和局部内衬法。在上海市排水管道修复工程中,局部修复的使用是相当广泛的,嵌补法、注浆法和套环法是常见的排水管道的日常维护工法;局部涂层法特别是JCTA一690II型水泥基复合弹性网格防水膜修复法由于其操作简便且成本不高,近年来被广泛应用于排水管道的修复工程中。此外,国内对管径800mm的人员可以进入管道采用人工涂衬玻璃钢进行修复方面已经积累了一定的经验。
  三 部分排水管道非开挖修复技术简介
  1、现场固化法
  现场固化法(CIPP)是将浸满热固性树脂的毡制软管用注水翻转或牵引等方法将其送入旧管内后再加热固化,在管内形成新的内衬管的一种非开挖管道修理方法。由于CIPP法使用的树脂系统在未固化前是液态粘稠材料,内衬管紧贴能够原管道内壁形成与原管道完全相同的形状,当被修复管道在短距离内出现较大起伏或拐弯折点时能够顺利通过,完成非开挖内衬修复。CIPP优点是适用范围广,断面损失小,技术成熟,施工速度快,可应付错口、弯曲变形的管道等。其缺点是价格昂贵,材料和设备基本依靠进口。
  现场固化法适用范围广,质量好,对交通环境影响小,是目前世界上使用最多的一种非开挖修复方法,已有超过15500km的管道使用CIPP法进行了修复。现场固化法不仅可用于圆形管道的修复,而且对蛋形,马蹄形甚至方形管道的修复都有很好的适用性,经过准确的设计计算可以保证CIPP内衬管与旧管道完全紧贴在一起:CIPP内衬管固化后与旧管道形成整体,有较高的物理强度;CIPP内衬材料的耐腐蚀性能好,其使用寿命可长达50年:CIPP内衬管管壁光滑,有效提升管道水力性能;现场固化法施工不需要开挖工作坑,单次连续修复长度超过200m,尤其适用于交通繁忙的城市中心地下排水管道的修复。
  现场固化法原理是利用热固性树脂材料在未固化前是液态粘稠材料的特点,将灌注饱和树脂的织物軟管安装到旧管道中,织物软管紧贴能够原管道内壁形成与原管道完全相同的形状,然后通过加热或其它方式使树脂固化定型完成修复。现场固化法的主要材料包括热固性树脂系统、织物软管和外衬层。
  应用CIPP法修复地下排水管道的现场施工过程主要包括灌注饱和树脂织物软管的安装和固化两个过程。在管道清洗干净和CCTV检测确认完毕后,就可以开始CIPP内衬的安装工作了,即:将灌注饱和树脂的织物软管安装到旧管道中,通常织物软管的树脂灌注是在工厂内预先进行的,也有些小管径CIPP管的树脂灌注可以在现场进行。安装通常使用水或空气进行加压,使织物软管紧贴旧管道内壁。然后使用热水或者蒸汽进行加热固化施工,也有工法采用紫外线进行固化施工。固化完成后,新管尺寸比原管道略为减小,形状与原管道完全相同。新管道拥有光滑的内表面,能够有效改善管道的水力性能。在固化完成后需要再进行1次CCTV检测,以检验修复效果。
  2、螺旋制管法
  螺旋制管法是将带肋的PVC或PE板材从井口送入井内,然后由安装在井内的制管机将PVC板带绕制成螺旋管,制成的螺旋管不断向管内推进形成新管以完成管道修复。螺旋制管法是澳大利亚Rib-loc公司的专利,其士管道科技公司在上海、广州、南京和杭州等地曾采用螺旋管内衬完成许多项管道修复工程。在国际排水管道非开挖修复市场上的份额仅次于现场固化法,在其发源地澳大利亚.螺旋制管法比现场固化法的应用更加广泛。
  螺旋制管法主要包括:螺旋固定管法、螺旋扩张法、内缠绕工法三类工法。最初螺旋固定管法由于需要在内衬管和原管道间注浆被视为滑衬法的一种,代表工法有Rib-loc公司的利乐螺旋缠绕固定管工法;其后螺旋扩张法被视为紧贴内衬工法的一种,代表工法有Rib-loc公司的利乐螺旋扩张法,衬管扩张后紧贴母管,断面损失小;而内缠绕工法的出现,使得螺旋制管法可以从这两类工法中完全独立出来,代表工法有Rib-loc公司的自行式螺旋管法(Rotaloc工法)制管机在旧管道内行走,管径可随时变化,制管长度不受限制。近年来螺旋制管法发展迅速,尤其在内缠绕工法传入日本后,发展出多种新工法如SRP法。
  3、滑衬法和紧贴内衬法
  由于滑衬法和紧贴内衬法都是在旧管道内插入一条新管道,以完成修复的工法,所以将两类工法放在一起进行讨论。滑衬法起源于上世纪60年代中期的美国,是最早应用于排水管道修复的非开挖技术。1983年,缩径法与折叠管法先后被开发出来。
  (1)滑衬法。滑衬法是将一根直径稍小的新管直接插入或拉入旧管内,然后向新旧管之间的环形间隙灌浆,予以固定形成有一定内外承压能力的管中管的修复方法。滑衬法操作简单,施工速度快,但衬管对管道断面影响较大且结构强度不大,需要开挖工作坑,对交通影响大.尤其对于埋深很深的排水管道,使用滑衬法需要开挖的工作坑必然很大,所以现在滑衬法在排水管道修复工程中已不多见。
  (2)紧贴内衬法。紧贴内衬法实际上是改进的滑衬法,其内衬管原始外径比原管道内径大3%-5%,在施工前,将内衬管通过机械变形,在经过暂时性的缩径后,可以很容易的安装,入原管道,通过加热、加压、机械成形装置或靠自然作用使其恢复到原来的形状和尺寸,从而与旧管形成紧密的配合。紧贴内衬法可分为缩径法与折叠管法两种。
  以上介绍的方法为目前国外应用较为普遍的非开挖修复方法,国内目前真处于发展阶段,大城市目前管道修复方法正逐渐采用这些方法。
  结束语:非开挖修复推广的难度在于修复费用的居高不下,使得很多中小城市望而止步,其实综合考虑交通,周围管线开挖的危险、市民的生活质量等等因素,非开挖修复的费用是可以接受的,而且费用高的主要原因在于材料完全依赖进口的原因,使得修复成本大大提高。若我国非开挖修复进入全新的阶段,材料能在国内批量生产,那么修复费用也会相应降低。所以在不久的将来非开挖修复技术定会被排水和市政行业所接受,并且广泛的利用于城市管道的修复。
  
  参考文献
  (1)采用聚乙烯内衬修复管道施工技术规范(SYT 4100—2007)
  (2)管道检验法规:使用中管道系统检验、修理、改造和重新评估(API570—2006 a)
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