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非开挖修复技术在排水管道修复中的应用
2024-09-10 10:42:28    浏览次数:
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随着国内黑臭水体治理、污水处理提质增效等工作的在各省市大规模开展,城镇排水管道结构性检测(CCTV检测)查明管道存在破裂、变形、错口、脱节、渗漏、腐蚀等影响管道运行安全的缺陷,缺陷危害程度有轻有重。这些缺陷广泛存在于各种管材的小型、中型、大型和超大型管道,为了保证排水管道的安全运行,管道只要有缺陷,就需要修复。但当需要修复的管道多,而修复力量有限的情况下就需要根据缺陷的严重程度和缺陷对周围的影响程度,根据缺陷的轻重缓急制定修复计划、选择经济适用的修复技术方法。


一、修复计划的制定
管道只要有缺陷,就需要修复。由于排水管道管道深埋地下,如无专业队伍对管道进行定期检查很难发现管道存在缺陷问题。国内大多数城镇早期重建设轻管理,使得排水管道多年来一直处于无体检状态,有病了就治一下,也就是那堵了疏通那,那塌了就修那。但随着黑臭水体治理、污水提质增效等工作的开展,排水管道体检全面展开,大量的管道缺陷也一下暴露了出来,大城市的一个区就上万处缺陷,小城镇(县城)也上千处缺陷。如果全部都修复更新,少则几千万元,多则上亿甚至几亿、十几亿!

为了保证排水管道安全运行,应该对管道缺陷分级、评估,分出轻重缓急,制定修复计划,分期进行修复治理。《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ181)对排水管道视频检测缺陷进行了分类、分级和针对缺陷管段进行了修复等级评估,给出了修复建议。
表1  管段修复等级划分
等级 修复指数 RI 修 复 建 议 及 说 明
RI≤1 结构条件基本完好,不修复
1<RI≤4 结构在短期内不会发生破坏现象,但应做修复计划
4<RI≤7  结构在短期内可能会发生破坏,应尽快修复
RI>7 结构已经发生或即将发生破坏,应立即修复
 
二、排水管道修复技术选择
在城市内,市政排水管道一般布置在市政道路上,或车行道或人行道或绿化带内。随着排水管网逐渐向污水处理厂、河道排水口方向管道埋深逐渐变大,一般管道纵行坡度在1-2‰。排水管道因其以重力自流方式收集排水区域内的雨水和污废水,管道内易沉积雨污水携带而来的泥沙,为了后期养护清淤每隔一定距离设有检查井。这也为排水管道非开挖修复提供了便利条件。排水管道的缺陷修复可以采用开挖换管治理也可以采用非开挖管道内衬修复更新治理。开挖修复和非开挖修复各有优势和缺点。

开挖修复可以对排水管道的各种缺陷通过管道更换等方式进行彻底修复,常规条件下,造价相对较便宜。但城市道路上各种地下管网密布容易对其他管网造成损坏,同时开挖时需破除地面、绿地后期恢复致使开挖修复费用大大增加。另外在管道埋深超过3米时需采用钢板桩支护更大大增加开挖修复费用。开挖修复工期一般较长,至少半个月左右,对交通、附近居民出行影响时间长。

非开挖修复一般利用现有检查井作为修复材料和修复机具的出入口,不需要或很少开挖路面,修复时间短(一天左右),对交通、附近居民出行影响时间短。同时非开挖修复选用的材料多具有防水性能,可阻止地下水内渗和污水外渗,对污水提质增效效果明显。非开挖修复一般比开挖修复造价较高,但在管道埋设较深并有路面、绿化带破拆和恢复时,造价基本一致,甚至还少。尤其需有钢板桩防护开挖修复时,非开挖修复更具有价格优势。但非开挖修复不能对所有管道缺陷都达到修复效果。


排水管道缺陷修复采用开挖修复还是非开挖修复呢?如何选择?

首先应根据缺陷具体情况确定采取预防性修复还是结构性修复,一般预防性修复多可采用非开挖修复。需进行结构性修复时,应充分考虑现场环境和社会成本进行比选。最后对采用非开修复应进行排水能力验算,以保证管道结构安全的同时满足管道的设计排水能力需要。
开挖和非开挖修复工艺的选取,可总结为如下判断流程图:

图1 修复方法选取流程图

1)非开挖修复管道适用性
非开挖修复技术并不适用所有损坏的管道的修复,目前还不能对管道线型进行整形,如错口过大、管道起伏、管形弯曲变形等管道需采用开挖翻新。

2)修复后确保排水能力、满足管道疏通养护要求
修复后的断面排水能力一般应满足设计排水量,故应核算修复后的排水能力,当不能满足时,应当提出弥补缺失流量的措施,否则应采用开挖方法进行翻排更新。如选用的修复技术使养护单位无法进行养护的,则应另选修复技术,如需特种设备的,则应建议配置。 

3)现场条件符合非开挖修复要求 
当地下埋设管线、交通状况、周围环境等因素不具备开挖施工条件,而符合非开挖修复条件时,可在满足修复后管道的流量要求的前提下优先考虑采用非开挖修复方法。

三、非开挖修复技术的选择
各类非开挖修复技术均具有各自的优势、修复效果和局限性,应根据修复目的、效果需求及管道的流量、强度及现状管道的损坏情况进行选择。

1、按非开挖修复技术可达效果,按如下分类选择:
1)恢复强度及防腐蚀
因管道损坏造成破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀等使管道自身丧失了原有的强度时,恢复管体强度或更新管道。常用修复技术有紫外光固化法、热水(蒸汽)固化法、石浆喷涂法、热塑成型法、短管置换、钢内衬法等。

2)止水、防渗漏
因管道损坏造成破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀等使外来水渗入管道内并有泥砂随着流水流入或出现漏水时将水流及泥砂止住。常用修复技术有土体注浆、局部原位固化、不锈钢双胀圈、快速锁、紫外光固化法、热水(蒸汽)固化法、热塑成型法等。

2、按非开挖修复范围,按如下分类选择:
1)辅助修复
对工体进行注浆,起到对地基加固、防渗作用,作为一种辅助修复被应用,一般与其他修复技术配合使用。

2)局部修复
对管段中某部分的缺陷进行修复的方法,适用于部分缺陷集中于某个部位的场合。修复技术有局部原位固化、不锈钢双胀圈、快速锁等。

3)整体修复
对整个管段进行修复的方法,适用于损坏部位比较广泛的场合。常用修复技术有紫外光固化法、热水(蒸汽)固化法、石浆喷涂法、热塑成型法、短管置换等。
在确定采用非开挖修复方法后,还应进一步比较可采用各种工法的经济性、优越性,选择最合理方案。

3、非开挖修复技术的适用性
根据修复的条件和技术要求,合理选择修复对象和修复方法。不同的非开挖修复技术有不同的适用情况,在修复设计时应根据检测视频和现场环境具体情况,进行综合判定选取适宜的修复方案。修复技术选取可参考表2与表3 。

1)土体注浆
(1)修复管道为雨污排水管道,管材不限; 
(2)DN800及以上管道宜用管内向外钻孔注浆法;小于DN800管道宜用地面向下钻孔注浆法。 
(3)适用于管道结构性缺陷呈现为错位、脱节、渗漏,且接口错位不大于3cm管道,要求管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化; 
(4)适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修理; 
(5)适用于检查井井壁和拱圈的开裂渗水。 
(6)不适用于管道基础断裂、管道破裂、管道脱节呈倒栽式状、管道接口严重错位、管道线形严重变形等结构性损坏的修理。
(7)不适用于严重沉降、与管道接口严重错位损坏的检查井。

2)不锈钢双胀环修复技术
(1)适用管材为球墨铸铁管、钢筋混凝土管、和其他合成材料的材质雨污排水管道。 
(2)适用于管径大于等于800mm以上及特大型排水管道局部损坏修理。 
(3)适用管道结构性缺陷呈现为变形、错位、脱节、渗漏,且接口错位应小于等于3cm,管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化 
(4)适用于对管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补; 
(5)适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修理; 
(6)不适用于对塑料材质管道、窨井损坏修理。
(7)不适用于管道基础断裂、管道破裂、管道脱节呈倒栽式状、管道接口严重错 位、管道线形严重变形等结构性缺陷损坏的修理。

3)不锈钢发泡筒修复技术
(1) 适用管材为钢筋混凝土材质、塑料材质和球墨铸铁的雨污排水管道。 
(2) 适用于管径150〜1350mm的排水管道局部损坏修理。 
(3) 适用管道结构性缺陷呈现为脱节、渗漏,管道基础结构基本稳定、管道线形没 明显变化、管道壁体坚实不酥化。 
(4) 适用于管道接口处有渗漏或临界时预防性修理; 
(5) 不适用于检查井损坏修理。 
(6) 不适用于管道基础断裂、管道脱节口呈倒栽式状、管道接口严重错位、管道线 形严重变形等结构性缺陷损坏的修理。 

4)局部现场固化修复技术
(1)适用管材为钢筋混凝土材质的雨污排水管道。 
(2)适用于排水管道局部和整体修理。 
(3)管径DN800以上及大型或特大型管道施工人员均可下井管内修理;管径DN800以下可以采用电视检测车探视位置,然后放入气囊固定位置。 
(4)适用管道结构性缺陷呈现为破裂、变形、错位、脱节、渗漏,且接口错位应小于等于5cm,管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化 
(5)适用于管道接口处有渗或临界时预防性修理; 
(6)不适用于检查井损坏修理。 
(7)不适用于管道基础断裂、管道坍塌、管道脱节口呈倒栽式状、管道接口严重错位、管道线形严重变形等结构性缺陷损坏的修理。

5)现场固化内衬修复技术
(1)现场固化内衬法是翻转后固化成型,其适用于管道几何截面为圆形、方形、马蹄 形等,管道材质为钢筋砼管、水泥管、钢管以及各种塑料管的雨污排水管道。 
(2)适用于管径150〜2200mm的排水管道、检查井井壁和拱圈开裂的局部和整体修理。紫外线加热固化适用于管径小于600mm的排水管道。 
(3)适用管道结构性缺陷呈现为破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀,且接口错位宜小于等于直径的15%,管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化。 
(4) 适用于对管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补; 
(5) 适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修理; 
(6) 适用于各种材质检查井损坏修理。 
(7) 不适用于管道基础断裂、管道破裂、管道节脱呈倒栽式状、管道接口严重错位、管道线形严重变形等结构性缺陷严重损坏的修理。 
(8) 不适用于严重沉降、与管道接口严重错位损坏的检查井。 

6)石浆喷涂修复技术
(1) 适用管材为钢筋混凝土材质的雨污排水管道。 
(2) 适用于管径大于等于800mm以上的排水管道、检查井井壁和拱圈开裂的局部和整体修理。 
(3) 适用管道结构性缺陷呈现为脱节、错位、渗漏、破裂,且接口错位应小于等于3cm, 管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化。 
(4) 适用于对管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补。 
(5) 适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修理。 
(6) 不适用于对塑料材质管道、检查井损坏修理。 
(7) 不适用于水泥砼管材管道基础断裂、管道破碎、管节脱口呈倒栽式状、管道接口严重错位、管道线形严重变形等结构性缺陷损坏的修理。 
(8) 不适用于严重沉降、与管道接口严重错位损坏的检查井。 

7)短管置换
(1)适用于管道直径范围为50~1000mm。
(2)适用于等管径管道更换或增大直径管道更换。
(3)不适用管道接口严重错位等结构性缺陷损坏的修理。
(4)0.8cm或埋深小于0.8m时,建议不要使用该方法

表2 非开挖修复技术的工法特征
非开挖修 复更新方法 适用范围和使用条件
适应管径 (mm) 内衬管材质 工作坑的需求 注浆需求 最大允许转角 截面形状 修复类型
原位固化法 翻转式:200〜2700
拉入式:200〜2400
玻璃纤维、针状毛毡、树脂等 不需 不需 45° 圆形、蛋形、矩形等 整体修复
短管置换法 200〜1200 PE、PVC-U、玻璃钢、金属管等 需要 不需 圆形 整体更新
不锈钢双胀圈 200〜1500 止水橡胶套、不锈钢套筒等 不需 不需 圆形 局部修复
不锈钢双胀圈 200〜1500 止水橡胶套、不锈钢套筒等 不需 不需 圆形 局部修复
快速锁              
点状原位固化法 200〜1500 玻璃纤维、 针状毛毡、 树脂等 不需 不需 圆形、蛋形、矩形等 局部修复
石浆喷涂 400〜2000 水泥基材料 不需 不需 15° 圆形、蛋形、矩形等 整体更新

表3 非开挖修复技术的选择表
修复技术 土体注浆 不锈钢双胀环 不锈钢发泡筒 局部现场固化 现场固化内衬 短管置换 石浆喷涂
适用管径 所有 ≥800mm以及特大型管道 150~1350mm 200~1500mm 150~2200mm 小管径350~1000mm ≥400mm
适用管材 所有 所用 钢筋混凝土管 所有 所有 钢筋混凝土 钢筋混凝土
适用时效 临时、永久 临时、永久 临时、永久 临时、永久 永久 永久 临时、永久
止水    
恢复强度          
破裂  
变形  
错位  
脱节
渗漏
腐蚀        
优点 施工方法简单,止水有效。可填充土体空隙,增加承载力 施工速度快,质量稳定性较好。 施工速度快、止水效果好、使用寿命长、可带水作业。 施工速度快,耐腐蚀,使用寿命长。 施工速度快,具有耐腐蚀、耐磨损,可防地下水渗入问题,整体修复效果很好。 施工速度快,内衬管强度高,接口质量可靠,设备简单,价格低。 施工方便、无接缝,设备简单,价格便宜。
缺点 需要配合其他工法使用 对水流形态和过水断面有一定影响。不适用于绞车疏通 对水流形态和过水断面有一定影响,但较小。不适用于绞车疏通。 大口径修复成本高,施工技术要求高。 材料成本较高。 管道修复后断面损失比较大。 小管径管道无法修理,接口多、对管道表面处理要求高,工期长。
造价 较高
 
 
作者:刘爱国

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