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城市地下排水管道破损非开挖修复技术探讨
作者:鸿粤园林发布时间:2020-02-26

  城市排水管道非开挖修复技术的目的与意义


  城市排水管网是现代城市不可或缺的重要基础设施,是对城市经济发展具有全局性和指导性影响的基础产业,是城市水污染防治、城市排水和防洪的骨干,是衡量现代城市水平的重要标志。目前,我国大部分城市的排水管道破损修复采用开挖后重新埋管的方法。随着城市化进程的加快,城市地下管线复杂,城市道路的荷载越来越大,导致地下污水管道破裂修复过程中出现了大量的技术问题。随着城市建设的不断完善,非开挖铺管、修管和换管技术以其铺管速度快、效率高、不破坏环境等优点,越来越受到地下管线行业管理部门的青睐,对人们的正常工作和生活没有影响。


  非开挖修复技术最早出现在石油天然气行业,主要用于石油天然气管道的修复和修复,后来逐渐应用于给水排水管道坍塌的修复,并随着HDPE管等新型管道的应用迅速推广。随着科学技术的进步,国外非开挖管道修复技术保持了快速发展的势头,但国内污水管道断裂修复非开挖地下管道修复技术还处于初级阶段,与国外专业技术水平差距很大,但技术市场前景十分广阔,需要深入探讨和研究。


  非开挖管道修复技术的优势


  1) 对于老管道设施的改造,可以同时满足结构更新和扩建的需要;


  2) 最大限度地避免了拆迁事故和环境破坏,减少了项目的额外投资;


  3) 局部开挖工作坑,减少开挖量,减少对公共交通环境的影响;


  4) 采用液压设备,噪音低,符合环境要求,减少干扰因素,显著提高社会效益;


  5) 施工速度快,工期短,有效降低工程造价;


  6) 本工程安全可靠,提高了使用性能,有利于设施的后期维护。


  鉴于混凝土块封堵地下污水管道的非开挖管道修复技术的优势,近年来,在下水道、供水和天然气管道创新方面的投资显著增加,尽管许多欧洲国家的经济不景气,但管道修复业仍在蓬勃发展。


  管道非开挖修复技术


  目前,世界上已有三种先进的地下排水管道塌方维修非开挖修复技术(包括10多种工艺技术)。一种是利用小管道通过大管道的方式,在原有管道内设置小排水管,以满足急用,如短管内衬、u型管拖拽等技术;另一种是利用螺旋管在原有管道内缠绕形成新管道,如螺旋缠绕。


  1.非开挖修复技术类型


  软管内衬法修复技术


  软管衬里法,又称原始固化法(CIPP),是在现有的旧管壁衬里上涂一层热固性树脂浸渍液软衬里,通过加热(用热水、热蒸汽或紫外线等)或室温固化,地层与老管道紧密配合,管壁薄,管段几乎没有损失,但流动性能大大提高。软衬的施工方法有两种,即浸渍树脂软管衬里法和CIPP树脂吸入衬里法。


  1) 倒浸树脂软管衬里法


  采用热固性树脂渗透防渗膜纤维增强软管或编织软管作为衬里材料的工艺,将软管端部的树脂浸入翻转,并将夹具固定在入口处,对管道进行修复,然后用液压或气压使软衬层浸取有内翻到外的树脂,并与旧管内表面进行粘结。当软衬管到达终点时,立即向管内注入热水或蒸汽使树脂固化,形成一层具有防腐、防渗功能的硬衬管内壁。树脂管在固化前的柔韧性和内压可使其填充裂缝,穿过间隙,绕过弯曲段。树脂固化后,软衬形成与原管形状相同、内径略小于原管的新管。


  2) 树脂衬里法


  CIPP树脂衬里拉拔法是采用无纺毡胶管加防渗膜。树脂完全浸渍后,将软管从检查井拉入待修复管道。从国外老旧管道修复情况看,由于该技术适应性强、质量可靠,采用检查井作业,可实现无铲挖土,是真正的非开挖,已广泛应用于污水管道修复。


  采用管衬法修复后的管道断面损失可以忽略不计,但其流动性能有了很大提高。该修复技术可修复铸铁管、钢管、混凝土地下管道等多种材料,可用于供水、污水、燃气管道的修复,也可用于化工等工业管道的修复,特别适用于城市交通拥挤的情况,地面设施集中或捆绑严重,采用常规开挖方法对地面管道进行超修更新。该修补技术具有全天候施工、无接头、流动性好的优点,可适用于非圆管段、曲管段等,可应用于50~2000mm各种管径管道的修补。其局限性是对管道清洗要求高、成本高、树脂固化时间长(一般大于5h)以及需要定制每段编织管的施工。


  2.u形HDPE管修复技术


  HDPE管的U型内衬修补技术通常被称为紧密结合内衬法,其原理是利用外径比旧管内径稍小的HDPE管,通过变形设备将HDPE管做成U型并临时捆绑以减小其直径,通过拖拉机将HDPE管磨成旧管,然后利用水压或气(汽)压及流量软件将其打开并返回到原来的直径,使HDPE管与旧管内壁上的旧管紧密配合,HDPE管材防腐性能的形成与原有管材力学性能相结合的一种“管中管”复合结构。管道修复后,由于管道内介质压力,衬里管道将接近原管道内壁。


  这种修复技术一般适用于结构损伤较小的直管和圆管,适用于各种管径75~2000mm、长约1000m的管道,该技术具有卫生性能好、断面损失小等优点,在给排水管网修复中得到了广泛的应用,变形适用范围大,远距离修复。


     3.短管内衬法修复技术


  短管衬里法是在现场焊接时将短管拉入旧管内,最后用灌浆填补旧管与新管之间的空隙。这种修复方法通常适用于水流较低的情况。


  该方法在国内应用较早,成本较低。但由于管道修复后断面损失较大,逐渐被新技术所取代。


  4.断(裂)管修复技术


  断(裂)管法是利用断(裂)管设备将旧管从内部断开或切断,将旧管碎片挤压到周围土壤中形成管孔,同时拉入新管(直径相同或更大)的一种更新方法。


  这种修补技术可用于更换直径在75至2000毫米之间的旧陶瓷管、无钢筋混凝土管、石棉水泥管、塑料管或铸铁管。


  5.螺旋绕组修复技术


  螺旋缠绕修复技术主要是通过螺旋缠绕法在旧管道上通过压缩卡口连续前进的带状轮廓来形成新的管道。管道可在供水条件下运行(低于30%)


  螺旋缠绕法是目前应用最为广泛的缠绕方法。采用该工艺修复后的管道内壁光滑,通水能力优于修复前的混凝土管道。该材料占地面积小,适合长距离管道修复。


  6.不锈钢衬里修补技术


  不锈钢衬里的修补技术是将薄壁不锈钢管插入旧管内,或将不锈钢板以卷盘形式焊接在管内,形成整体,从而达到防漏、防腐的目的,还能提高原管的压力。因为不锈钢衬里可以防止管道内壁的腐蚀,降低管道内壁的粗糙度,增加水流,使管道衬里后更加安全、轻便、经济,使用寿命更长,从而达到维修的目的。从国内外对旧管道的修复情况可以看出,该技术因其适应性强、质量可靠、输水能力强等优点,在污水管道中得到了广泛的应用。


  修复工艺的选择


  上述管道修复技术是国外广泛应用的非开挖修复技术,我国目前正处于发展阶段。特别是北京、上海等重点城市正在逐步采用这些管道修复技术,对中心城区的排水管道进行修复和更新。工艺选择一般遵循以下原则:


  1) 根据管道的重要性、病害类别、破坏程度、影响范围和改造目标,选择合适的施工工艺;


  2) 地表和地下障碍物、道路和交通环境影响的综合勘探;


  3) 考虑设施所在区域的重要性及其社会影响;


  4) 符合市容环境保护要求。


  总之,结合工程实际情况,选择了经济可行的非开挖管道修复技术。


  非开挖修复技术展望


  非开挖修复方法的总体优点是对修复的负面影响小,占地少,对地面、交通、环境及周围地下管线影响小。因此,推动非开挖修复技术在排水管道修复领域的应用势在必行。


  非开挖修复方法的推广难度在于修复成本高,使得很多中小城市最终陷入困境,事实上,考虑到交通、管道开挖周边的危险因素、居民生活质量等,非开挖修复成本是可以接受的,而造成材料成本高的主要原因完全依赖进口,如果我国非开挖修复技术研究进入新阶段,材料在国内生产,修复成本会相应降低。因此,非开挖修复技术在我国的发展是可以预见的。在不久的将来,这项技术将被排水和市政行业所接受,并广泛应用于城市管道修复中。


  我国非开挖技术产业存在的问题


  1) 政府没有统一的支持。到目前为止,还没有一个明确的非开挖技术依赖的政府机构,也没有专门的政府机构来制定非开挖技术的规范、发展规划和技术推广,这就使得跨部门、跨行业的非开挖技术推广工作需要反复沟通,难度较大。


  2) 非开挖施工没有统一的技术规范。由于缺乏统一的政府机构,我国目前还没有一套完整的适用于城市燃气、热力、给排水管道的非开挖施工技术规范,而目前还没有适合非开挖技术的作用和地位,能够有效促进非开挖技术发展的政策法规环境。非开挖工程的设计、施工、质量验收、项目管理、定额编制等没有依据,给政府监管和企业经营带来很大困难。


  3) 低级竞争。目前,由于不正常的竞争和准入制度的缺失,一些单位价格没有实际意义,进一步加大了风险,造成流通不畅,这也是整个非开挖行业风起云涌、行业不可持续健康发展的主要原因。从大局出发,从定额和市场分析的角度,制定非开挖预算定额,提出市场指导价,已迫在眉睫。


  4) 施工质量安全风险。由于缺乏各种可遵循的非开挖施工规范,施工质量无法保证,安全事故频发。非开挖施工造成的水管、燃气管道、光缆断裂等重大事故时有发生。此外,在管道修复施工中,还发生了几起重大事故。


  5) 缺乏相应的专业人才。随着我国非开挖行业的快速发展,新技术的不断引进造成了技术人员和管理人员的严重短缺。人才素质低下不仅会造成上述问题,而且会阻碍非开挖技术在未来的进一步引进和发展。非开挖是一个技术含量高、涉及知识和技术领域广泛的行业。但由于目前非开挖市场混乱、效益不稳定,我国高校直接从事非开挖施工的非开挖人员很少。


  6) 非开挖技术推广和监督缺乏有效的科技支撑平台。非开挖施工需要对地下设施有清楚的认识,才能达到手术效果。目前,获取地下障碍物信息的主要途径是在施工前对地下管线进行探测,但这种方法很难得到拥有地下设施的单位的支持与配合。许多管道的位置、年代、权属不明,信息共享几乎不存在,不仅给非开挖施工带来困难,也给所有地下工程建设造成很大障碍,凸显了地下设施缺乏科学规划和有效监管。据不完全统计,施工造成的管道事故直接经济损失约50亿元,间接经济损失400多亿元。


  7) 非开挖科研投入严重不足。作为公益性企业,非开挖科研应以政府投资为主。但由于缺乏明确可靠的主管部门和资金渠道,非开挖技术的研发缺乏连续性和系统性。


  结论


  非开挖修复技术作为非开挖技术的一个重要分支,对解决现有管道存在的问题具有重要作用。目前,我国管道修复技术还处于起步阶段,还远未成熟,还有许多问题需要解决。特别是有关技术和监管机构应尽快制定一些切实可行的标准和规范。管道修复技术在经济成本、社会成本和环境成本方面具有巨大的优势,具有广阔的应用空间。我们期望在不久的将来能看到非开挖管道修复技术的更好发展。


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