排水管道非开挖修复技术综述

摘 要：城市发展由最初的建设期过渡到维护期,地下管道也因为各种复杂的地理环境出现腐蚀、破裂、变形、渗漏等问题,传统的开挖修复手段施工时间长、对周围环境和居民生活造成很大不便、维护费用高等,不利于城市发展。开挖修复技术能够解决传统开挖手段带来的问题,而逐渐成为排水管道维护的新方法.该文总结目前地下排水管道存在的主要缺陷,列举了常用的非开挖修复技术,以及阐述了非开挖修复技术的发展。

关键词：城市发展；缺陷；非开挖修复；发展

前言

城市基础设施随着时间的推移而不断老化,城市给排水管道系统的应用问题也越来越多。大部分管道系统都被深埋,地面上无法预见其破坏情况.随着城市的快速发展,大部分的排水管道处于城市的繁华地段,如果采用传统的地上施工方法进行维修将造成交通拥堵、破坏植被,绿地,影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序等,寻求一种理想的管道修复手段显得尤为重要。

所谓非开挖修复技术,即利用各种设备和技术手段,通过导向、定向钻进等方式在地表极小部分开挖的情况下,敷设、更换和修复各种地下管线的施工新技术,解决了传统开挖技术对城市生活的干扰,对交通和环境造成的负担,就此而言,非开挖修复技术具有很高的社会经济效益。

1 排水管道存在的问题

目前国内管道系统存在的问题可以总结为结构性缺陷和功能性缺陷两大类。表1为管道系统的缺陷程度与其对应的分值分配表。

1.1结构性缺陷

结构性缺陷主要包括：破裂（PL）、变形（BX）、腐蚀（FS）、起伏（QF）、错口（CK）、脱节（TJ）、接口材料脱落（TL）、支管暗接（AJ）、异物穿入（QR）和渗漏（SL）。

参照行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181-2012对以上结构性缺陷进行定义。

1.1.1破裂（PL）

破裂（PL）为管道的外部压力超过自身的承受力致使管子发生破裂.其形式有纵向、环向和复合三种,破裂的严重程度根据裂缝宽度和碎片脱落的程度确定为4个等级。

1.1.2变形（BX）

变形（BX）为管道受外力挤压造成的形状变异,依据变形率将其分为4个等级,变形率大于25%定为倒塌,为4级缺陷。

1.1.3腐蚀（FS）

腐蚀（FS）为管道内壁受侵蚀而流失或者剥落,出现麻面或露出钢筋,根据腐蚀的现象和深度分为3个等级。

1.1.4错口（CK）

错口（CK）指同一接口的两个管口产生横向偏差,未处于管道的正确位置,错口分为4级,参考尺寸为管壁厚t,错口范围为0.5t-2t,级差为0.5t。

1.1.5起伏（QF）

起伏（QF）是指接口位置偏移,管道竖向位置发生变化,在低处形成洼水,数量等级为4级。由于起伏的现象是在管道内形成低处洼水,该缺陷是管体位移造成的,不能通过养护进行功能恢复,故将其定义为结构性缺陷。

1.1.6脱节（TJ）

脱节（TJ）是指两根管道的端部未充分接合或接口脱离,按可见泥土、脱离长度小于20mm、20-50mm、大于50mm分为4个等级。

1.1.7接口材料脱落（TL）

接口材料脱落（TL）指的是橡胶圈、沥青、水泥等类似的接口材料进入管道,考虑到接口的刚性碎散材料若进入管内一般会被冲走,通常不可见。胶圈材料则会悬挂在管道内,故缺陷描述主要是针对胶圈密封材料。如上部胶圈脱落,未悬挂在2面内,对水流影响小,则定义为1级缺陷；在下部的过水面内可见胶圈,则定义为2级缺陷；如由于接口材料脱落导致地下水流入,则按渗水另计缺陷.《本规程》：只要是胶圈进入管内,无论是否破坏,都已经失去作用；若胶圈仅在原位破坏,则在管内看不到,也就无评价依据。

1.1.8支管暗接（AJ）和异物穿入（QR）

支管暗接（AJ）是支管未通过检查井直接侧向接入主管,按支管进入主管直径的比例分为3个等级；

异物穿入（QR）是非管道系统附属设施的物体穿透管壁进入管内,按异物在管道内占用过水断面面积分为3个等级；

1.1.9渗漏（SL）

渗漏（SL）是指管外的水流入管道,按渗漏观察的现象分为4个等级。

1.2 功能性缺陷

功能性缺陷主要包括：沉积（CJ）、结垢（JG）、障碍物（ZW）、残墙坝头（BT）、树根（SG）浮渣（FZ）等。

1.2.1 沉积（CJ）

由细颗粒固体（如泥沙等）长时间堆积形成,淤积量大时会减少过水面积。缺陷的严重程度按照沉积厚度占管径的%确定,判读的方法可参照水位。

1.2.2结垢（JG）

管道内壁上的附着物,根据结垢造成的过水断面来确定缺陷程度。

1.2.3障碍物（ZW）

管道内影响过流的阻挡物,根据过水断面损失小于15%、15%-25%、25%-50%和大于50%分为4个等级。

1.2.4残墙坝头（BT）

管道闭水试验时砌筑的临时砖墙封堵,试验后未拆除或拆除不彻底的遗留物。等级划分与障碍物标准一样。

1.2.5浮渣（FZ）

管道内水面上的漂浮物,该缺陷需记入检测记录表,不参与计算。若有零星的漂浮物,漂浮物占水面面积不大于30%时,缺陷等级为1级；若有较多的漂浮物,漂浮物占水面面积为30%-60%时,缺陷等级为2级；若有大量的漂浮物,漂浮物占水面面积大于60%时,缺陷等级为3级。

2 非开挖修复技术的分类及简介

关于管道非开挖修复的方法有很多,并且随着科技的发展,越来越多的高新修复技术被应用到实际施工中。按使用年限分类可分为：临时性修复和永久性修复；按修复范围分类可分为：局部修复和整体修复；一般按施工方法的不同将修复技术分为：注浆法、嵌补法、套环法、涂层法、内衬法和裂管法等。表2为管道非开挖修复技术的分类表。

2.1土体注浆法

土体注浆法作为一种传统的辅助修复技术很早就应用在管道堵漏和填充上,它是通过钻孔对管道周围和各个联结部位的土体注入浆料,浆料凝固后便和周围的土体形成一个整体,使得地基的承载力变大,变形模量增大,对地下水的渗入起到阻绝作。该方法不仅能够修复缺陷还能填补土体中的空隙,使得地基的承载力增大,但是该方法在使用过程中的可靠性较差,所以在实际施工过程中注浆法经常作为一种辅助手段和其他方法同时使用。

2.2嵌补法

作为一种局部修复方法,嵌补法的嵌补材料最初为石棉水泥、水泥砂浆、沥青麻丝等,随着化工新材料的大量研发,聚氨酯开始取代早期嵌补材料,新型嵌补材料能够弥补早期嵌补材料在某些物理性能上的不足,并且设备比较简单,价格低,但是嵌补法存在质量不稳定、工期长等缺点。

2.3套环法

套环法是利用在接口部位安装止水套环的方法进行修复的,按套环支架材料可分为：不锈钢套环、普通钢套环、PVC套环等；按密封形式可分为：橡胶止水带、圈密封、聚氨酯灌浆等。不锈钢发泡筒修复技术是一种常用的套环法,该方法的修复效果较好,施工速度较快,但对水流有一定影响。

2.4涂层法

涂层法是一种较为简单的整体修复方法,适用于大型管道的修复,主要有水泥基聚合物涂层、玻璃钢涂层、水泥砂浆喷涂等,在涂层中一般会加入玻璃纤维布,能够起到防腐和防渗漏的作用,该方法在施工过程中受施工条件的影响较大,稳定性较差,相比于其他修复方法,该方法显得较为落后。

2.5内衬法

通过内衬法修复的管道既能增加管道强度,还能防止渗漏、腐蚀,并且修复后的管道质量长时间内较为稳定,这使得内衬法成为非开挖修复手段中最为有效的一种。常用的内衬修复技术有：现场固化内衬、螺旋管内衬、短管及管片内衬、牵引内衬等。

上述修复方法是目前国内外应用较多的几种修复技术,具体施工过程中,要根据地质条件、管道损坏情况、管道深埋程度和经费状况来考虑使用哪种修复技术.在修复方法选择过程中要遵循以下原则：

（1） 依据管道的重要程度、损坏程度、影响范围来选择修复方法；

（2） 勘测地下障碍和道路交通环境的影响；

（3） 考虑管道所在地区的区域重要性；

（4） 满足环保的需求。

总之,对于修复技术的选择要考虑实际施工情况,选择可行适用的修复技术。

3 国内外非开挖修复技术的发展现状

我国管道修复技术处于起步阶段,各项技术还未全面普及,应用比较成熟的修复方法主要有：原位固化法、裂管法、穿插法、内衬法、螺旋缠绕法等。

我国20世纪90年代通过原位固化法修复的管道接近8300m,这在当时是被大力推广应用的一项新的工艺和材料。2010年杭州利用原位固化法对10km的排污管道进行修复,这是我国有史以来第一次大规模使用该技术进行管道修复。目前我国非开挖修复工程中所占比重较多的是原位固化法、内衬法和穿插法,所占比例超过70%,原位固化技术在国内已经相当成熟。张淑杰等人利用复合材料的强度和结构设计对管道修复做了研究。张票平等人对管道的各类缺陷做了系统的分析,对修复的次序做了调整,为管道的维护和评价提供了参考依据。

非开挖修复技术起始于英国,澳大利亚、德国、日本等相继研制出先进的检测技术：管道检测快速评估技术（Pipeline Inspection RapidAssessment Techniques,PIRAT）(Eiswirth M, Frey C, Herbst J, et al,2001)、管道机器人检测系统（MAKRO）(Rome E, Surmann H, Streich H, et al,2008)和管道扫描与评价技术（The Sewer Scanner and Evalu-ation Technology,SSET）(Ect Team P,2007).Vollmar Jonasson(Lee L S, Estrada H, Baumert M,2010)利用玻璃纤维制备成内衬管进行原位固化修复,利用玻璃纤维的高强度来增加管道的质量,进而提高安全性。玻璃纤维增强复合材料在内衬管中的应用占据了欧洲一半的市场,利用紫外光固化法将玻璃纤维增强的复合材料应用到地下管道上这项技术已经引入到了国内。

4 管道非开挖修复技术的未来

我国的管道非开挖修复技术尚处于起步阶段,随着城市的发展,大量的管道将铺设完成,届时原来的管道将会出现老化、腐蚀的问题,对管道修复的问题将成为城市发展的重大问题,非开挖修复技术以其无污染、工期短、不妨碍居民生活等优势被广泛应用。伴随着非开挖修复技术的不断发展,一些原本需要进行挖掘的管道也可以采取非开挖修复技术来解决,这使得管道非开挖修复技术越来越多地被运用。

非开挖管道修复技术由于修复费用较高而在推广过程中会遇到阻碍,少了一些不发达的小城市的青睐。主要是非开挖修复技术的设备源于进口,使得成本提高,综合各种因素考虑,如果我们提高国产设备利用率,增大修复规模,非开挖修复技术将逐渐取代开挖技术。

结合国内管道修复技术的现状,参照行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》,使管道修复产业能够有一个健康发展的环境,非开挖技术也将会有更为科学化的发展。