浅析排水工程中的非开挖技术

　　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。本文在介绍排水管道非开挖修复技术的分类基础上，重点对部分排水管道非开挖修复技术，即现场固化法、螺旋制管法、滑衬法和紧贴内衬法和局部修复等方法进行分析，最后还比较得出了排水管道非开挖修复技术的优势。

　　关键词：市政施工，排水工程，非开挖技术

　　1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[1,2]。由于管道施工影响的交通问题也能够得到进一步缓解。本文则对于排水工程中的非开挖技术进行研究，以期能够提供相应设计基础工作。

　　2排水管道非开挖修复技术的分类

　　2.1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。

　　2.2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。

　　3部分排水管道非开挖修复技术简介

　　3.1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软管安装到旧管道中，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。

　　3.2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。

　　3.3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[3]。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。缩径法的优点是单次穿插距离长，在处理好牵引力和速度的关系的情况下，单次穿插距离可超过1km。但是，缩径法由于机械施工能力的限制，一般只能对小管径管道进行修复。折叠管法又叫变形法或“U”型管法，使用可变形的PE或PVC作为管道材料，施工前在工厂或工地先通过改变衬管的几何形状(如折叠成“U”，“C”形)，很容易便使内衬管缩径比例达到40%以上，穿插入旧管道后，利用加热或加压使其膨胀，有时也采用机械成形装置使其恢复原来的形状和尺寸，确保与旧管形成紧密的配合。变形法和折叠管法施工过程的主要区别在于内衬管的材料和折叠或变形的方法。

　　3.4其它整体修复工法

　　(1)Trolining-PE灌浆自衬。Ttolining-PE灌浆内衬是德国Trolining公司的专利技术，施工时将外侧带钉状短柱的PE软管卷曲成u型后，用牵引的方法从井口拉入旧管道内，然后充气恢复成圆型。此时钉状短柱使PE管与IB管道之间保留厚度均匀的环隙，最后向环隙内灌注水泥浆或高强度树脂复合沙浆使PE内衬定型，固化后形成管中管。上海和苏州已经购买了专用设备并完成了近10处管道修复工程。PE灌浆内衬不需要开挖导入坑.可以做到完全非开挖。但PE灌浆内衬法价格偏高，施工技术要求高，不适用于内部起伏大的管道.管道起伏大会造成灌浆过程中顶部空气无法向外排出，形成空洞。

　　(2)短管借片内衬。将特制的塑料短管或管片由检查井或工作坑推入或拉入管内，完成接口连接后整列内衬管不断向管道内推进，直到下一个检查井。最后在塑料短管和母管之间注入水泥浆完成修复。上海目前已完成多个直径600mm-1050mm的排水管道修复工程，效果良好。内衬管材料有聚乙烯管、聚丙烯管和玻璃钢夹沙管等。

　　3.5局部修复工法

　　局部修复的特点是针对性强，可以降低修理费用。因此，局部修复在我国现阶段排水管道维修经费普遍投入不足的情况下，在非开挖修复市场上也占有一席之地。随着技术的发展，局部修复越来越多的是作为整体修复的前奏和后续步骤出现，如在CIPP法施工时，前期需要使用注浆法进行堵漏施工;国外也有先使用不锈钢套环法进行接口校正后再进行CIPP修复的例子;CIPP修复后则需要管外注浆以保证管体周围土体的安全性等。局部修复工法主要包括嵌补法、注浆法、套环法、局部树脂固化法和局部涂层法。

　　4排水管道非开挖修复技术的优势

　　与传统的开挖法修复技术相比，非开挖修复技术的主要优势在于：(1)减少了对居民正常生活的干扰，减少了对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。非开挖修复不会阻断交通，不破坏绿地、植被，不影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序;(2)在传统施工方法无法施工或不允许开挖施工的场合(如穿越河流、高速公路、铁路、机场跑道、广场、绿地等)，可用非开挖修复技术利用检查井进行修复施工;(3)有较好的环境效益和社会效益。在可比性相同的情况下，排水管道非开挖修复的环境效益和社会效益均高于开挖修复，且管径越大、埋深越大时越明显。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的埋深较深时，非开挖修复是开挖修复很好的替代方法;在特殊情况下，例如修复穿越公路、铁路、河流、建筑物等的排水管道时，非开挖修复更是一种经济可行的施工方法;(4)与开挖修复相比，非开挖修复由于开挖工作量的减少，在修复施工时工人的安全可以得到更有力的保障，工程的安全风险也更低。

　　参考文献：

　　[1]IanClarke[编著],王希全[译].英国排水管道修复新技术[J].《非开挖技术》,2008年第1期,145-147.

　　[2]胡嵩.CIPP翻转技术在排水管道修复工程中的应用[J].《中外建筑》,2007年第8期,88-89.

　　[3]杨宪云,穆浩学,苑媛.玻璃纤维软管内衬工艺在排水管道修复中的应用[J].《非开挖技术》,2006年第2期,138-140.