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非开挖技术在污水管道修复的方法

文章来源:海西给排水 发布时间:2012-09-01 09:15:27 阅读次数:9276 次 [关闭]

 泉州市排水管理中心),362000   何镍鹏

摘要:本文概括介绍了非开挖技术在污水管道修复的几种常用方法,并采用图片对相应方法进行补充说明,对几种非开挖修复工艺进行简单的比较。

关键词:非开挖技术修复  管道病害   修复方法 

1.引言

什么是非开挖技术?就是采用非开挖方式完成管道敷设或修理的一种方法。非开挖技术分为非开挖施工和非开挖修复二种。本文主要介绍非开挖修复。随着现代工业的发展,污水管道无论是在人们日常的生活中还是在现代城市建设的建设中都显得越来越重要。而大量的污水管道在投入运营5~15年后,都会发生不同程度的损坏。对于早期防腐措施不完善的埋地管道,穿孔或泄漏事故将会随时发生。对这些故障管道和已达到使用寿命的管道采用何种修复技术,是管道管理者特别是城市管道管理者无法回避的问题。正是在这样的背景下,管道的非开挖修复技术便营运而生。而与传统的开挖修复管道或是更换管道相比,非开挖施工技术的主要优势是:

1)可以降低开挖施工对居民正常生活的干扰,以及对交通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响。非开挖施工不会阻断交通,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)在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合(如穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要建筑物的地下管线),可用非开挖技术从其下方穿越铺设,并可将管线设计在工程量最小的地点穿越。

3)现代非开挖技术可以高精度地控制地下管线的铺设方向、埋深,并可使管线绕过地下障碍(如巨石和地下构筑物)。

4)有较好的经济效益和社会效益。在可比性相同的情况下,非开挖管线铺设、更换、修复的综合技术经济效益和社会效益均低于开挖施工,管径越大、埋深越大时越明显。

2 污水管道的病害分类及原因

2.1管道病害分为结构性病害和功能性病害。其中结构性病害主要有:破损、变形、错口、脱节、渗漏、腐蚀、橡胶圈脱落等;功能性病害主要有:沉淀、树根、洼水、障碍物、管道穿越等。

2.2管道病害的主要原因:

1)管道承插口的密封材料老化或脱落,接口处出现泄露;

2)随着城市建设的发展、道路的整修及扩建,地下水位的变化等造成地面的不均匀下沉,原来铺设的管道也随之出现不均匀的沉降从而接头处被掰开缝隙造成管道泄露;

3)各种工程建设施工对于管道的机械性破坏。

4在软基处理地段,由于认为因素,道路沉降稳定时间不足,便急于施工见效,使得管道建设不久后因沉降严重造成管道损坏。从上述情况可以看出:管道存在的问题并非是整体性的,仅仅是由于个别原因造成管道的整体失效。

3 污水管道非开挖修复方法的分类

管道非开挖修复分为两大类:点状修复和整体修复。

点状修复常采用的有嵌补法、注浆法、套环法、局部树脂固化;整体修复常用的有现场树脂固化(CIPP)、螺旋内衬(SPR)短管内衬、牵引内衬、裂管法等。本文着重介绍注浆法、现场树脂固化法和内衬法。

3.1注浆法

注浆法是使用专用设备,在压力的作用下将浆液(化学浆液或水泥灰浆)或树脂注入管道的裂隙区,以达到防渗目的的修复方法(如图1)。

 

         (图1)裂缝注浆

还可以采用土体注浆的办法(如图2),这种办法有增强地基承载力,形成隔水帷幕,填充地下空洞的作用。

 

(图2)土体注浆

灌浆法主要用于修复管道的渗漏处(接头部分)或砖制的污水管道,前提是管道的结构性完好。灌浆法适用于管径为900mm以上的各种管道。在复杂地层条件下,可在两个人井之间用双化学浆液来恢复地层对排水管的支撑强度。将排水管两端堵住,先注满A浆液,然后泵出;再注满B浆液,随后也泵出,两种浆液成分之间发生化学反应,可堵住管道内的接头或裂隙渗漏,从而提高周围地层的稳定性灌浆法的优点是:干扰小;材料和设备的费用低。灌浆法的缺点是:难于控制施工的质量。

3.2原位固化法cured-in-place-pipe,CIPP (如图3

原位固化法也称为软衬法、翻转法、袜筒法。将浸满液态的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,通过加热(利用热水、热汽或紫外线等)使其固化,形成与旧管紧密配合的薄层管,而管道的过流断面没有损失,但流动性能大大改善了。使用这项技术修复的管道寿命可达3050 年。CIPP工艺是目前最受欢迎的非开挖管道修复施工方法,适用范围广,断面损失小,修复质量好,目前是世界上使用最多的一种非开挖修理方法。

1971 年首次投入使用以来,在全世界用此法修复的管道总长度超过6600kmCIPP适用于管径502700mm管线长度为900m 左右的各类管道的修复。常用的热固性树脂主要有:聚合树脂、乙烯树脂和环氧树脂。聚合树脂最为经济,具有抗酸性,是使用最多的一种材料;乙烯树脂适用于在高温时具有防腐性能的情况;环氧树脂则适用于PH 值不正常,外层具有不渗透保护层管道的修复。软衬管的作用是携带树脂,直到它就位并且固化为止。这就要求软衬管能承受安装应力,并且具有足够的柔性以适应管道的不规则性。软衬管可以是编织管或非编织管,最常用的是编织带,也有的采用玻璃纤维加强的编织管,管的内外表面浸有非渗透性的涂层,以保护管中的树脂。常用的液态热固性树脂有以下三种:非饱和的聚醋酸树脂;乙烯树脂;环氧树脂。

非饱和的聚醋酸树脂由于其性能(化学性能、物理性能和工作性能)好,而且经济,是使用得最多的一种树指;乙烯树脂和环氧树脂有特殊的耐腐蚀和耐高温性能,但成本较高,主要产品用于特殊的工业管道和压力管道。目前使用这种技术可修复铸铁管、钢管、混凝土管、水泥管和石棉管等多种管材的地下管道,尤其适用于城市中交通拥挤、地面设施集中或占压严重、采用常规开挖地面的方法无法修复和更新的管道,既可用于燃气管道、供水管道和污水管道的修复,也可用于化工等工业管道的修复。目前该项技术已形成专门化产业,其技术含量高,经济效益和社会效益显著。

CIPP的优点有:

1)施工速度快、工期短;

2)可全天候施工;

3)没有接头、表面光滑、流动性好;

4)可适应非圆形断面和弯曲的管段;

5)不需灌浆,过流断面损失小。

 

(图3CIPP示意图     正在翻转的软管头部

 3.3内衬法

3.3.1传统内衬法也称为插管法,是采用比原管道直径小或等径的塑料管插入原管道内,在新旧管道之间的环形间隙灌浆,予以固结,形成一种管中管的管道结构,从而使塑料管道的防腐性能和金属材料的机械性能合二为一,改进管道的工作性能如PE灌浆法见图4

(图4

传统的内衬法是使用得最早的一种非开挖地下管道修复方法,适用于各种地下管道的修复。新管可以是由聚乙烯管预先对焊而成的连续长管,也可以是一节一节的短塑料管、玻璃管等,在工作坑连接后分别送入旧管道内。管内人工对口焊接,管顶钻孔注浆。在管径800mm以下小管可采用“列车推进法”如图5,这种施工推力随着长度增加而增加;在管径800mm以上大管道可采用“单管推进法”如图5,这种工艺每次只推进一节短管。如这种方法可用于旧管中无障碍、管道无明显变形的情况下。当修复的管道对坡度有一定的要求时,如污水管道,则需要有塑料或钢制的定位器或间隔器。灌浆时,间隔器还可保证新管居于旧管的中间,形成均匀的环形间隙。

 

5列车推进法和单管推进法示意图

传统的内衬法的优点是:

1)施工简单,对工作人员的技术要求低;

2)施工速度快;

3)不需要用专用的设备,投资少、施工成本低;

4)可适应大曲率半径的的弯管。

传统内衬法的缺点是:

1)过流断面受损失较大,但管径较大时影响较小;

2)环形间隙要求灌浆,小管注浆时有可能造成内衬管上浮;

3)需开挖一条导向槽(连续管法);

4)分支管的连接点需开挖进行;

5)一般只适用于圆形断面的管道。

3.3.2改进的内衬法通常也称紧密结合内衬法,它包括冷轧法、热拔法和变形法。利用PE PVC 管的性能,将管的直径在插入旧管之前暂时变小或改变形状,插入后新管膨胀,与旧管贴合在一起形成紧密连结,避免了传统内衬法在新旧管的环空内灌浆的需要。冷轧法和热拔法的暂时缩径,既可通过机械轧制(冷轧法),也可在一个已缩径的模具上拉拔得到(热拔法)。对变形法,管在挤压后很快变形和折叠,并缠绕在一滚筒上,插入旧管内,在蒸汽的作用下膨胀而与旧管形成紧密结合。如图6改进的内衬法适用于管径为751200mm、管线长度为1000m左右的各类管道的修复。

 

(图6)折叠内衬

改进的内衬法的优点是:

1)不需要灌浆,施工速度快;

2)过流断面的损失很小;

3)可适应于大曲率半径的弯管;

4)可长距离修复。

改进的内衬法的缺点是:

1)分支管的连接需要开挖进行;

2)旧管的结构性破坏会导致施工困难;

3)只适用于修复直圆形管道。

近几年来随着工艺的改进,可以带水作业的螺旋管内衬法(示意图7)应用得越来越多,它从材料上入手,也有边施工边做管,也有可用于相当于直径5米的矩形管。使修复的材料根据施工情况而定,带来了更大的便利。如扩胀螺旋管内衬(衬管扩张后紧贴母管,断面损失小)、钢衬螺旋管内衬(螺旋管外包钢带,增加环刚度)、自行式螺旋管内衬(制管机在前,管径可随时变化,制管长度不受限制,可用于矩形、拱形管道)、塑包钢热熔螺旋管内衬(钢带被包裹在PE材料中,接缝用同质材料热熔连接)如图8所示。

 

(图7)螺旋管内衬方法               

 

 

扩胀螺旋管       钢衬螺旋管        自行式螺旋管        塑包钢热熔螺旋管

(图8)螺旋管内衬的几种方法

 以上介绍的非开挖修复方法是已经在国内比较常用的方法,并且有教多的成功经验。此外还有裂管法、对接孔技术等方法应用也较多,本文就不一一细说。采用哪一种修复工艺要注意几个方面的问题:

1)考虑损坏的类型。根据损坏的程度以及相关管线的影响程度,比如只是少量接口损坏可用点状修理,这些都需要细致的巡查;

2)考虑施工质量的稳定性。了解不同工艺的特点以及施工地点的地形结构,选择适宜的工艺,比如嵌补、注浆法有时稳定性较差;

3)考虑对水流的影响。比如套环法、短管内衬法对水流有一定影响;

4)考虑工期长短、施工环境的要求、考虑对周围管线的影响。如嵌补涂层注浆法工期较长,螺旋内衬可以适当带水作业,而裂管法对周围管线存在影响的可能;

5)考虑造价。在考虑了各种工艺的技术优缺点后,造价经常影响了选择,比如CIPP的质量较好,螺旋内衬可带水作业,但价格较贵。

5 结语

非开挖修复的方法整体优势在于修复的负面影响小,修复所占用场地比较少,对地面、交通、环境以及周围地下管线等等的影响很微弱。因此推广非开挖修复技术在排水管道修复领域的运用势在必行。非开挖修复推广的难度在于修复费用的居高不下,使得很多中小城市望而止步,主要原因在于材料完全依赖进口的原因,使得修复成本大大提高。如果我国能加大新材料的研究力度和国际间的合作,使材料能在国内批量生产,那么非开挖修复的费用就会大大降低,非开挖修复技术将广泛地利用于城市管道的修复。另外,对非开挖修复施工的相应技术规范应进一步完善,使得引进来的技术真正符合本地的实际。

 参考文献

[1] 季荣生. 新编非开挖工程实用技术大全清华同方光盘电子

[2] 胡俊等. 不开挖翻衬法管内衬修复技术,给水排水,2003.4

[3] 王欢等. 非开挖管道修复技术的探讨,非开挖技术,2007.1

[4] 颜纯文,蒋国盛,叶建良. 非开挖铺设地下管线工程技术,上海科学技术出版社,2005.1



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