给排水管道的非开挖修复技术

杨 墨 周 航 郝学凯 田 俊 胡骏嵩

(1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010； 2.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023)

给排水管道的非开挖修复技术

杨 墨1周 航1郝学凯2田 俊1胡骏嵩1

(1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010； 2.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023)

指出在经济与环保要求日益激烈的影响下，给排水管道的非开挖修复技术得到了广泛应用，介绍了管道非开挖修复技术的主要方法，从管理体制、技术水平、人员素质方面分析了该技术在推行过程中存在的问题，并对其今后的发展方向进行了展望。

给排水管道，非开挖修复，污水

随着我国城市发展和城镇化进程的不断推进，城市的地下管线系统日趋复杂。由于年久失修或地质不均匀沉降等原因，给排水管网有了不同程度的锈蚀与损坏。但由于市政管理混乱，给排水系统、燃气系统、光纤系统等各种管线的敷设错综复杂；加上繁华地段对环境和交通的要求较高，都给挖开路面进行管网修复的工作带来了难度，于是采用非开挖方法进行管道修复的技术应运而生。与开挖施工技术相比，非开挖施工技术具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、施工安全性好、社会效益显著等特点，适用于各类无法或不宜进行开挖作业的地区。

1 管道非开挖修复技术

考虑到施工费用，对地面交通、周围环境及地下管线影响等诸多因素，除管道严重错口或下沉等必须开挖重埋的情况外，管道修复一般均为非开挖技术。

非开挖修复技术目前就修复特性主要可分为以下几大类。

1.1 涂层内衬法

涂层内衬法，即为使喷涂材料在原管内形成加固层的方法。修复前，需要将管道封堵并清洗干净，并由携带CCTV的机器人进入管道，确保原管内壁干燥且无残留物。然后通过旋转喷头或人工方法，将水泥砂浆、环氧树脂、环氧玻璃鳞片等材料依照合理的顺序在原管内进行喷涂。一般环氧树脂的喷涂厚度为1 mm，而水泥砂浆的喷涂厚度为4 mm。若应用于给水管道的修复，考虑到对水质的保证，须对喷涂材料进行谨慎选择。该方法的优点：1)尤其适用于小管径管道，并可提高其过流能力；2)适用于长距离施工；3)工作坑面积小；4)可适应管道断面的变化；5)无需在支管连接处开口。该方法的缺点：1)施工速度慢；2)对原管道的修复能力有限。

1.2 翻转内衬法

翻转内衬法，又称CIPP法(Cured In Place Pipe，原位固化法)。修复前，也需要将管道封堵并用高压水清洗干净，然后由携带CCTV的机器人进入管道了解其破损情况，填堵内壁漏水点。然后将粘合剂与固化剂拌匀，并调整好固化时间初凝为3 h，终凝为12 h[1]。接下来将高强防渗纤维软管单面饱和浸渍环氧树脂，利用水压或气压将其全部翻转至原管内，直至软管膨胀延伸并紧贴原管管壁。之后采用循环加热的原理使软管固化，冷却后将连接处处理好，即在旧管道里形成一条光滑的高强新管。

该方法的优点：1)施工速度快：从材料加工、现场准备，到翻转、加热、固化，仅需15 h左右时间；2)无需灌浆；3)可适应管道断面的变化，能应用于蛋形、矩形、马蹄形等各种复杂管段；4)可适应大角度弯管；5)新管道的厚度可根据原管的受损程度及过流要求进行适当调节；6)工作坑面积小，开挖量极少；7)不受土质条件的限制；8)新管道整体性好，防腐、耐压效果显著；9)新管道为非刚性材料，故管道修复后仍允许一定程度的不均匀沉降[2]；10)虽然管道面积会减小约10%，但摩阻系数变小，且输送压力可提高3%～5%，故过流能力可提高10%左右[3]；11)适用于长距离施工。该方法的缺点：1)施工技术水平要求高；2)对支管接口处理要求较高；3)树脂的选择范围较为狭小；4)施工时水流要更换线路；5)环境、气温对固化影响较大。

1.3 拉入衬装法

拉入衬装法，即将新的HDPE管拉入原管道的方法。首先将HDPE管焊接，然后在其前段装锥形扩孔头来克服管道被牵引时的阻力，同时加装保护圈防止其被划伤。接下来用卷扬机将HDPE管道拉入原有管道。由于新管道比原管道内径稍小，故用水泥砂浆灌注二者间缝隙，以起固定作用。虽然拉入PE管后过流断面面积会缩小，但新管道的摩阻系数也会变小，综合考虑两者的作用，管道的过流能力会下降5%～30%。该方法的优点：1)施工速度快；2)施工技术水平要求较低；3)可适应大角度弯管；4)适用于管径在100 mm～2 000 mm的管道，适用范围广；5)内衬管与原管道整体性好，可避免原管继续错位、渗漏、沉降[4]。该方法的缺点：1)成本较高；2)管道断面减少10%～30%，减少量较大；3)只能在支管连接处选择工作坑位置;4)施工时水流要更换线路。

1.4 无缝衬装法

无缝衬装法，即将管径不小于原管径的HDPE管穿插进原管道的技术。首先借助机械将HDPE管的直径缩小，然后外加牵引力将其拉入原管道，最后注入高温高压介质或使其自行恢复原管径。此时新旧两管结合紧密，无需灌浆。由于HDPE管会发生形变，故要求其有一定的热塑性。在衬管安装完成后加装其他配件时，应环向均匀用力，避免衬管因受力不均匀而受到破坏；另外，管道配件间距最好在200 m～240 m范围内，如管道配件过多也不宜采用该技术[5]。该法与拉入衬装法的区别在于，在将新管拖入旧管前，要进行缩径处理。根据处理方法的不同，可将该方法再细分为均匀缩径法与U形穿管法[1]。1)均匀缩径法。在壁厚维持恒定的情况下，先将HDPE管均匀拉长，减小其管径至原管的75%～85%，进入原管后使其复原即可。完成挤压后HDPE管会瞬间回弹原管径的1%～2%，此后的回弹速度将十分缓慢。但高温会加速HDPE管的恢复，整个过程约为2 d～7 d；若因工程需要，可采用2.5 MPa左右的水压加速恢复进程。2)U形穿管法(叠管法)。先通过专业设备将管道横截面压为“U”形，减小其面积至原来的70%左右，然后捆扎定型，拉入原管后再使其复原。由于变形较大，复原时一般需要借助高温水、高压水或高压蒸汽。使用该方法时应考虑地下水的影响，在原管道与内衬HDPE管的夹层中安装排水排气装置，防止因气水渗入产生的压力使有记忆性的HDPE管道恢复U形，影响衬管与原管的贴合；同时应注意，在始运行阶段应逐步提升压力与流量，避免夹层中压力激增而破坏衬管[6]。该方法的优点：1)施工速度快，为23 d/km，优于传统开挖修复的35 d/km[7]；2)无需灌浆；3)虽然管道断面减少5%～15%，但摩阻系数变小会提高过流能力；4)新管道兼具了原管道抗冲击、承压力与衬管耐腐蚀、耐磨损、不结垢的优点；5)开挖量少；6)费用低，约为传统开挖的55%[7]。该方法的缺点：1)只能修复较直的管线；2)对施工技术水平和机械要求较高；3)只能在支管连接处选择工作坑位置；4)施工设备需要较大的存放空间；5)施工时水流要更换线路；6)衬管毁坏后水会沿夹层流动，损坏点难被发现，维修困难[7]。

1.5 螺旋管内衬法

螺旋管内衬法，即用制管机把PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等材料的带状管在井内绕制成有固定口径的螺旋管后拉入原管的方法。型材两边各有公母锁扣，可在螺旋缠绕中互锁，在原管中型材连续无缝的结构性新管[8]，具体可分为4种：1)膨胀螺旋管[9]。进入原管的螺旋管会自发膨胀后与原管紧密贴合，无需注浆。2)钢带螺旋管[9]。外表面布满钢制T型肋板以提高结构刚度，新旧两管之间需灌注水泥砂浆。3)前置螺旋管[9]。管道头部在前，可绕制矩形管，新旧两管之间也需要灌注水泥砂浆。4)PVC-U双平壁缠绕管[10]。方孔、双壁封闭式机构的基材提高了螺旋管的环刚度，迷宫式封闭理论的应用于优质粘合剂提高了螺旋管的抗渗性。新旧两管之间需要灌注水泥砂浆。螺旋缠绕结构赋予管道轴线方向的仿脊椎体机构，可补偿管线因温度变化和地基不均匀沉降引起的伸缩变形[10]。该方法在水深30%时仍可正常作业，适用于长距离的管道修复，且原管修复后过流能力有所提高，现已发展成为排水管道非开挖修复中一种较为完善的方法。

1.6 国际最新非开挖管道修复技术[11]

随着材料科学的进步与机械化程度的提高，国外的非开挖技术也在同步高速发展。如Fyfe有限公司研发的TYFO FIBERWRAP修复技术，可为预应力钢筋折断处提供全结构修复；PMP公司研发的Amex-10型修复技术可修复管道接头及管道周围裂纹；约翰斯顿公司开发的PERMAFORM专利技术可在不断流的情况下修复井壁；特别是NEOPOXY公司开发的一系列“一步到位”封装技术，已将各种成分提前精确按配比称量封装好，现场只需搅拌均匀即可使用，大大简化了工人的培训过程，也提高了工程的质量。这些最新的方法在技术上并没有太大的突破，很多都是考虑了实际应用中的弊端后将原有的技术进行了改进，对我国非开挖管道修复技术的发展方向有很大的启发。

2 非开挖管道修复技术存在的问题

虽然非开挖管道修复技术具有较好的综合性经济和环境效益，但在推行的过程中仍存在很多问题，具体表现在以下几个方面。

2.1 缺乏科学的行业管理体制

1)没有鲜明的政策导向。非开挖管道修复作为一项愈加成熟的技术受到越来越广泛的关注，但相对较高的直接成本对其发展产生了一定的不利影响。除与施工相关的直接成本外，总成本还包括社会和环境成本，即交通延误损失、商业损失、环境污染造成的损失等[12]。此时其发展就需要越来越多的政策支持，如采用该技术的施工企业在竞标时可获得一定优先权，政府以减免部分税收等方式给予一定的财政补贴等。在缺乏优先政策时，很多企业就会在市场的自然竞争机制下选择当前最为经济的施工手段，但与可持续发展的大目标背道而驰，不利于实现长远利益的最大化。2)缺少统一的行业规范。我国的非开挖管道修复技术的发展相对滞后，还没有制定科学、完整、细致的行业规范。这就使得在非开挖工程的前期设计、中期施工、后期质量检验和验收，以及预算定额编制等重要环节中缺乏有效依据，不仅给企业操作带来很大难度，而且易造成肆意压低价格的不良竞争使工程质量难以保证，也使政府的监管陷入困境[13]。而非开挖技术发展较成熟的发达国家，如美国已编制了ASTMF1216-03规范，对我国有一定的借鉴意义。我国相关部门可参照其中的相应内容，结合我国具体国情和经济发展水平，制定出有利于推动行业发展的规范。

2.2 相关科技水平有待提高

1)材料还未大规模实现国产化。在我国的非开挖修复工程中，大量材料都依赖进口或是引进国外技术在国内生产，一些基料的配方也不具有自主知识产权，这在很大程度上增加了工程的不必要成本。若能通过研发掌握核心材料技术，必将极大降低成本，推动非开挖管道修复事业的发展。2)机电一体化水平有待提高。先进的机械是给排水管道非开挖修复的强力技术保障。而当前我国的实际情况是虽有很多尖端设备，却不能很好地物尽其用。只有提高机电一体化的水平，使所有的机械作业达到一体化、流程化、规范化的要求，并保障在复杂环境条件下的多工况中顺利运行，才能使机械的作用达到新的高度，同时促进非开挖管道修复技术的发展。

2.3 工作人员的素质良莠不齐

无论是现场决策还是操作机器，工作人员的素质均会对施工效果造成不可忽视的影响。但是目前高级建设人才大多从事设计工作，真正参与现场施工的工作人员的素质往往不能达到高水平施工的严格要求。为使工程在提高效率、提高材料利用率、延长设备寿命等各方面获得收益，全面提高工作人员的素质刻不容缓。

2.4 工程项目管理水平有待提高

管道的非开挖修复每一次现场作业都是一项具体工程，需要在工程进度、工程质量、运营成本和投资风险等多方面进行全面控制。当前我国略显混乱的工程管理现状在一定程度上制约了管道非开挖修复技术的发展。只有采用科学的体系与方法，提高工程项目管理水平，从全局的角度对工程进行把握，才能提高整体收益。

3 结论及展望

从根本上提高我国的给排水管道非开挖修复技术水平，还需要从上到下的一致努力。首先，国家应设立强有力的主管部门，协调所有地下管线的规划设计、施工、修复等问题，切实提高地下市政的管理水平；具体到给排水管网的非开挖修复，应给予一定的政策支持，并尽快制定出科学具体的行业规范。其次，整个产业链中的企业，都应加大科研投入力度，努力早日实现工程中的材料国产化与机电一体化；也要加强入职后教育与新技术培训，全面提高工作人员的理论与实践水平。同时，施工企业自身要多学习总结，并积极与工程项目管理公司寻求合作，提高工程项目管理水平，促进管道非开挖修复技术的发展。

管道非开挖修复技术作为非开挖技术的一个重要分支，以其强有力的经济及环境优势和不断完善的技术，必将在解决现有管道存在的问题方面发挥更加重要作用。

[1] 王 泉.城市燃气管道修复方法的比较分析[J].沿海企业与科技,2009(6):54-55.

[2] 李 通,刘华平.排水管道检测与非开挖修复技术的应用[J].中国市政工程,2008(2):45-46.

[3] 陈春茂.非开挖管道修复技术[J].市政技术,2004,22(4):208-213.

[4] 张卫东,简德武.泉州市中心城区污水管网改造工程设计[J].中国给水排水,2007,23(20):43-47.

[5] 邱文心,李 丹,胡子刚.非开挖管道修复工程介绍及总结[J].给水排水,2004,30(9):92-95.

[6] 林锦棠,陈 章,麦伟成.高地下水位地区内衬HDPE管修复压力污水管道工程[J].给水排水,2010,36(12):106-108.

[7] 许兴中.内穿插HDPE管修复大口径给水管实例[J].中国给水排水,2010,26(2):102-104.

[8] 王朝建.内衬非开挖管道修复技术及其应用分析[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2008(3):54-56.

[9] 喻 靖.非开挖技术在排水管道中的应用[J].厦门科技,2009(3):60-62.

[10] 吴英彪,周志刚,张秀丽,等.采用PVC-U缠绕管非开挖修复排水管道[J].中国给水排水,2006,22(24):101-103.

[11] 霍宇翔,李 山.国外非开挖管道修复技术的最新进展[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2005(sup)：173-176.

[12] 王中柱,李 田.城市排水管道开挖与非开挖修复的综合成本分析[J].给水排水,2008,34(6)：95-99.

[13] 范秀清,欧 芳,王长青.城市排水管道非开挖修复技术探讨[J].市政技术,2012,30(1):67-71.

Trenchless repair technology of water and wastewater pipeline

YANG Mo1ZHOU Hang1HAO Xue-kai2TIAN Jun1HU Jun-song1

(1.CentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China;2.WuhanMunicipalEngineeringDesignandReasearchInstituteCo.,Ltd,Wuhan430023,China)

The paper points out the non-excavation maintenance technique in the water-supply pipeline in the fierce influence of economy and environment protection, introduces the main methods for the non-excavation maintenance technique of pipelines, analyzes some problems in the implementation process of the technique from the management system, the technique and the personnel quality and provides the prospect of the technique in following years.

water-supply and wastewater pipeline, non-excavation maintenance, sewage

1009-6825(2014)11-0124-03

2014-02-02

杨 墨(1987- )，女，助理工程师; 周 航(1987- )，男，助理工程师; 郝学凯(1988- )，男； 田 俊(1989- )，男，助理工程师； 胡骏嵩(1987- )，男，助理工程师

TU990.3

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