城市排水管道非開挖修復技術可行性研究
城市排水管道非開挖修復技術可行性研究
1 城市排水管道非開挖修復技術的研究目的和意義
城市排水管網是現代化城市不可缺少的重要基礎設施，是對城市經濟發展具有全局性、先導性影響的基礎產業，是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干，是衡量現代化城市水平的重要標志。目前，我國大多數城市中排水管道的修復都是采用開挖后重新埋管的方法，隨著城市化的進展，城市地下管線錯綜復雜，城市道路的負荷越來越嚴重，使得地下管線在修復的過程中存在大量的技術問題。隨著城市建設的不斷完善，非開挖鋪管、修管和換管技術以其不影響后交通，鋪管速度快、效率高，無環境破壞，不影響人們的正常工作、生活等一系列的優點越來越受到地下管道行業管理部門的青睞。
非開挖管道修復技術首先興起于石油、天然氣行業，主要用于油、氣管道的更新修復，以后逐步應用于給排水管道的翻新改造中，并隨著HDPE管等新型管材的應用而被迅速推廣。隨著科技的進步，國外的非開挖管道修復技術保持了迅猛的發展勢頭，但國內的非開挖管道修復技術還處于起步階段，與國外專業化技術水平相比差距還很大，但此項技術市場前景非常廣闊，需要進行深入細致的探討和研究。
2 非開挖管道修復技術的優勢
1）針對老、舊管道設施的改造，能同時滿足結構更新和擴容的需求；
2）最大限度地避免了拆遷麻煩和對環境的破壞，減少了工程的額外投資；
3）局部開挖工作坑，減少了掘路量及對公共交通環境的影響；
4）采用液壓設備，噪聲低，符合環保要求，減少了擾民因素，社會效益明顯提高；
5）施工速度快、工期短，有效降低了工程成本；
6）工程安全可靠，提高了服務性能，有益于設施的后期養護。
鑒于非開挖管道修復技術的優勢，近年來投資在排水管道、供水站和天然氣管道革新的經費有了很大的增長，雖然歐洲的許多國家經濟有下降的趨勢，但是管道修復行業越來越興盛。
3 管道的非開挖修復技術工藝 [1-2]
目前，世界上較先進的管道非開挖修復技術有3大類（包括10多種工藝技術），一類是采用樹脂固化的方法在管道內部形成新的排水管道，如CIPP、現場固化等工藝；一類是采用小管穿大管的方式，在原有管道內部套入小的排水管道，以解決燃眉之急，如短管內襯、U型管拖入等工藝；最后一類是采用螺旋制管的方式在原有管道的內部采用纏繞法形成1條新管道，如螺旋纏繞法等。
3.1 非開挖修復技術種類
3.1.1 軟管內襯法修復技術
軟管內襯法，也稱原始固化法（CIPP），是在現有的舊管道內壁上襯一層浸漬液態熱固性樹脂的軟襯層，通過加熱（利用熱水、熱汽或紫外線等）或常溫使其固化，形成與舊管道緊密配合的薄層管，管道斷面幾乎沒有損失，但其流動性能大大改善了。軟襯法的施工方式有2種，翻轉浸漬樹脂軟管內襯法和CIPP拉入法樹脂內襯法。
1）翻轉浸漬樹脂軟管內襯法
該技術使用浸透熱固性樹脂的帶有防滲膜的纖維增強軟管或編織軟管作襯里材料，將浸有樹脂的軟管一端翻轉并用夾具固定在待修復管道的入口處，然后利用水壓或氣壓使軟襯管浸有樹脂的內層翻轉到外面，并與舊管的內壁粘結。當軟襯管到達終點時，即刻向管內注入熱水或蒸汽使樹脂固化，形成一層緊貼舊管內壁的具有防腐、防滲功能的堅硬襯里。固化前樹脂管的柔性和內部壓力可使其充填裂隙、跨過間隙、繞過彎曲段。樹脂固化后，軟襯管形成形狀與原管一致、內徑比原管稍小的新管。工藝示意圖見圖1。
2）CIPP拉入法樹脂內襯法
CIPP拉入法樹脂內襯法是采用有防滲薄膜的無紡氈軟管，經樹脂充分浸漬后，從檢查井處拉入待修復管道中，用水壓或氣壓將軟管漲圓，固化后形成1條堅固光滑的新管，達到修復的目的。從國外舊管修復情況來看，由于這項技術適應性強、質量可靠，利用檢查井作業，可以做到一鍬土不動，是真正意義上的非開挖，已在排污管道修復上得到廣泛的應用。工藝示意圖見圖2。
通過軟管內襯法修復技術修復的管道過流斷面的損失基本可忽略，但其流動性能卻大大改善。該類修復技術可修復鑄鐵管、鋼管及混凝土等多種材質的地下管道，既可用于供水、污水及燃氣管道的修復，也可用于化工等工業管道的修復，尤其適用于城市中交通擁擠、地面設施集中或占壓嚴重、采用常規開挖地面的方法無法修復和更新的管道。該修復技術具有全天候施工、無接頭且流動性好、可適應非圓形斷面和彎曲的管段等優點，可適用管徑范圍為50～2000mm的各類管線的修復；其局限性是對管道清洗的要求高、成本大、樹脂固化時間長（一般在5h以上）以及每段施工編織管均需單獨定制。
3.1.2 U型內襯HDPE管修復技術
U型內襯HDPE管修復技術通常也稱為緊密結合內襯法，其原理是采用外徑比舊管道內徑略小的HDPE管，通過變形設備將HDPE管壓成U型并暫時捆綁以使其直徑減小，通過牽引機將HDPE管穿入舊管道，然后利用水壓或氣（汽）壓與通軟體球將其打開并恢復到原來的直徑，使HDPE管漲貼到舊管道的內壁上，與舊管道緊密的配合，形成HDPE管的防腐性能與原管道的機械性能合二為一的一種“管中管”復合結構。管道修復后在使用過程中，由于管內存在介質壓力，內襯管最終會緊貼于原管內壁。
此類修復技術一般適用于結構性破壞不嚴重的直圓形管道，可適用管徑范圍為75～2000mm，管線長度1000m左右的各類管道。該技術因其具備衛生性能良好、過流斷面損失小、變形適用范圍大以及可長距離修復等優點，已廣泛應用于給排水等相關管網修復工作。
3.1.3 短管內襯法修復技術
短管內襯法就是將短管在現場一邊焊接一邊拖入舊管道內，最后將新舊管道之間的間隙注漿填滿，這種修復方法通常在水流量較低的情況下適用。工藝示意圖見圖3。
此方法在我國應用比較早，費用相對比較低，但由于管道修復后斷面損失比較大，目前逐漸被新工藝所替代。
3.1.4 碎（裂）管法修復技術
碎（裂）管法是采用碎（裂）管設備從內部破碎或割裂舊管道，將舊管道碎片擠入周圍土體形成管孔，并同步拉入新管道（同口徑或更大口徑）的管道更新方法。工藝示意圖見圖4。
此類修復技術可適用于陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、塑料或鑄鐵管的舊管道更新，適用管徑范圍為75～2000mm。
3.1.5 螺旋纏繞法修復技術
螺旋纏繞法修復技術主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內部將帶狀型材通過壓制卡口不斷前進形成新的管道。管道可在通水的情況（30%以下）作業，工藝示意圖見圖5。
螺旋纏繞法目前應用比較廣泛，采用該技術修復后的管道內壁光滑，過水能力比修復前的混凝土管要好，而且材料占地面積較小，適合長距離的管道修復。
3.1.6 不銹鋼內襯修復技術
不銹鋼內襯修復技術是在舊管道內部穿插內襯薄壁不銹鋼管，或將不銹鋼板采用卷板形式在管道內部進行焊接，整體成型，從而達到防滲漏、腐蝕的目的，亦可提高原管道耐壓水平 。由于不銹鋼內襯可以阻止管道內壁腐蝕，減小管道內壁粗糙度，增加了水的過流量，使內襯后的管道更安全、輕便、經濟，使用壽命更長，從而達到修復的目的。從國內外舊管修復情況來看，由于這項技術適應性強、質量可靠、可以帶水作業，已在排污管道上得到廣泛的使用。
3.2 適用范圍和使用條件
目前，國內外主要使用的非開挖管道修復技術工藝的適用范圍和使用條件見表1。
3.3 修復工藝選擇
以上介紹的幾種管道修復技術為目前國外應用較為普遍的非開挖修復技術，國內目前正處于發展階段，尤其像北京、上海等重點城市目前正逐漸采用這些管道修復技術進行中心城區排水管道的修復更新。工藝選擇一般遵循以下原則：
1）依據管道重要性、病害類別、損壞程度、影響范圍以及翻修改造的目標選擇合適的施工工藝；
2）綜合勘查地表和地下障礙、道路及交通環境影響；
3）考慮設施所在區域重要程度及社會影響；
4）滿足市容與環保要求。
總之，結合工程項目實際情況，選擇切實可行、經濟適用的非開挖管道修復技術工藝。
4 非開挖修復技術的前景
非開挖修復方法的整體優勢在于修復的負面影響小，占用場地比較少，對地面、交通、環境以及周圍地下管線等等的影響很微弱。因此推廣非開挖修復技術在排水管道修復領域的運用勢在必行。
非開挖修復方法推廣的難度在于修復費用的居高不下，使得很多中小城市望而止步，其實綜合考慮交通、周圍管線開挖的危險、市民的生活質量等等因素，非開挖修復的費用是可以接受的，而且費用高的主要原因在于材料完全依賴進口，若我國非開挖修復技術研究進入全新的階段，材料能在國內批量生產，那么修復費用也會相應降低。所以非開挖修復技術在我國的發展是可以預測的，在不久的將來，此技術必定會被排水和市政行業所接受，并且廣泛的應用于城市管道的修復中。
5 當前我國非開挖技術行業存在的問題
1）無統一的政府機構支持。到目前為止，非開挖技術尚無明確的政府組織可以掛靠，沒有為此項技術的規范制訂、發展規劃、技術推廣而設立專門的政府機構，使得在跨部門、跨行業推廣非開挖技術時需要反復溝通，且難度較大。
2）無統一的非開挖施工技術規范。由于沒有統一的政府組織，國內至今尚無適用于市政燃氣、熱力、給排水管道等相關的、完整的非開挖施工技術規范，沒有形成與非開挖的作用和地位相適應、能夠有力推動非開挖科技發展的政策法規環境。在非開挖工程設計、施工、質量檢驗與驗收、工程管理與定額編制上沒有依據，給政府監管、企業操作帶來較大難度。
3）低水平競爭。目前，由于不正常的競爭、無準入制度管束等原因導致一些單價已無實際意義，這就進一步加大了風險，造成了不良循環，這也是造成整個非開挖產業浮躁之風甚盛、產業不能持續健康發展的主要原因。綜觀全局看來，從定額和市場分析入手，編制非開挖預算定額、提出市場指導價已是當前急需解決的問題。
4）施工質量與安全隱患。由于缺少可遵循的各種非開挖施工規范，施工質量無法保證，安全事故頻發，非開挖施工造成的自來水管、燃氣管和光纜破損的重大事故經常發生。此外，在管道修復施工中，也出現過數起的較大的事故。
5）缺乏相應的專業人才。隨著我國非開挖行業的迅猛發展，新技術的不斷引進使技術人員和管理人員嚴重短缺。人才素質不高不僅會造成上面所述的各種問題，同時也阻礙今后非開挖技術的進一步引進和發展。非開挖是一個技術含量較高的行業，涉及的知識和技術領域較為廣泛，而由于目前非開挖市場較為混亂，效益不穩，國家各大專院校培養的非開挖人員中直接從事非開挖施工的僅寥寥幾人。
6）非開挖技術推廣與監管缺乏有效的科技支撐平臺。非開挖施工需要對地下設施情況有清晰的了解，以達到外科手術式的效果。目前獲得地下障礙物信息的主要方式是開工前進行地下管線探測，但該方法很難得到地下設施權屬單位的支持與配合。許多管線位置、年代、歸屬等資料不詳，信息共享幾乎沒有，這不僅給非開挖施工造成困難，也為所有地下工程施工造成極大障礙，這凸顯了地下設施缺乏科學規劃和有效監管的問題。據不完全統計，全國每年因施工發生的管線事故所造成的直接經濟損失約50億元，間接經濟損失超過400億元。
7）非開挖科研投入嚴重不足。非開挖科研工作作為以社會公益性為主導的事業，其投入應以政府投入為主，但由于沒有明確可靠的主管行政部門及資金渠道，導致非開挖技術的研發缺乏連續性與系統性。
6 結語
管道非開挖修復技術作為非開挖技術的一個重要分支，在解決現有管道存在的問題方面發揮著重要作用。目前管道修復技術在國內仍然處于起步階段，離成熟階段仍有很大的距離，仍然有許多問題有待解決，尤其是有關技術及管理機構應該盡早制訂一些實用的標準和規范。管道修復技術不論在經濟成本、社會成本還是環境成本方面都有著非常大的優勢，具有廣泛的應用空間，我們期待著在不遠的將來能夠看到管道非開挖修復技術有一個更好的發展，達到科學化、規范化、標準化。
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