摘 要：城市發(fā)展由最初的建設期過渡到維護期,地下管道也因為各種復雜的地理環(huán)境出現(xiàn)腐蝕、破裂、變形、滲漏等問題,傳統(tǒng)的開挖修復手段施工時間長、對周圍環(huán)境和居民生活造成很大不便、維護費用高等,不利于城市發(fā)展。開挖修復技術能夠解決傳統(tǒng)開挖手段帶來的問題,而逐漸成為排水管道維護的新方法。該文總結目前地下排水管道存在的主要缺陷,列舉了常用的非開挖修復技術,以及闡述了非開挖修復技術的發(fā)展。
關鍵詞：城市發(fā)展；缺陷；非開挖修復；發(fā)展
前言
城市基礎設施隨著時間的推移而不斷老化,城市給排水管道系統(tǒng)的應用問題也越來越多。大部分管道系統(tǒng)都被深埋,地面上無法預見其破壞情況.隨著城市的快速發(fā)展,大部分的排水管道處于城市的繁華地段,如果采用傳統(tǒng)的地上施工方法進行維修將造成交通擁堵、破壞植被,綠地,影響商店、醫(yī)院、學校和居民的正常生活和工作秩序等,尋求一種理想的管道修復手段顯得尤為重要。
所謂非開挖修復技術,即利用各種設備和技術手段,通過導向、定向鉆進等方式在地表極小部分開挖的情況下,敷設、更換和修復各種地下管線的施工新技術,解決了傳統(tǒng)開挖技術對城市生活的干擾,對交通和環(huán)境造成的負擔,就此而言,非開挖修復技術具有很高的社會經(jīng)濟效益。
1 排水管道存在的問題
目前國內(nèi)管道系統(tǒng)存在的問題可以總結為結構性缺陷和功能性缺陷兩大類。表1為管道系統(tǒng)的缺陷程度與其對應的分值分配表。
1.1結構性缺陷
結構性缺陷主要包括：破裂（PL）、變形（BX）、腐蝕（FS）、起伏（QF）、錯口（CK）、脫節(jié)（TJ）、接口材料脫落（TL）、支管暗接（AJ）、異物穿入（QR）和滲漏（SL）。
參照行業(yè)標準《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》CJJ181-2012對以上結構性缺陷進行定義。
1.1.1破裂（PL）
破裂（PL）為管道的外部壓力超過自身的承受力致使管子發(fā)生破裂.其形式有縱向、環(huán)向和復合三種,破裂的嚴重程度根據(jù)裂縫寬度和碎片脫落的程度確定為4個等級。
1.1.2變形（BX）
變形（BX）為管道受外力擠壓造成的形狀變異,依據(jù)變形率將其分為4個等級,變形率大于25%定為倒塌,為4級缺陷。
1.1.3腐蝕（FS）
腐蝕（FS）為管道內(nèi)壁受侵蝕而流失或者剝落,出現(xiàn)麻面或露出鋼筋,根據(jù)腐蝕的現(xiàn)象和深度分為3個等級。
1.1.4錯口（CK）
錯口（CK）指同一接口的兩個管口產(chǎn)生橫向偏差,未處于管道的正確位置,錯口分為4級,參考尺寸為管壁厚t,錯口范圍為0.5t-2t,級差為0.5t。
1.1.5起伏（QF）
起伏（QF）是指接口位置偏移,管道豎向位置發(fā)生變化,在低處形成洼水,數(shù)量等級為4級。由于起伏的現(xiàn)象是在管道內(nèi)形成低處洼水,該缺陷是管體位移造成的,不能通過養(yǎng)護進行功能恢復,故將其定義為結構性缺陷。
1.1.6脫節(jié)（TJ）
脫節(jié)（TJ）是指兩根管道的端部未充分接合或接口脫離,按可見泥土、脫離長度小于20mm、20-50mm、大于50mm分為4個等級。
1.1.7接口材料脫落（TL）
接口材料脫落（TL）指的是橡膠圈、瀝青、水泥等類似的接口材料進入管道,考慮到接口的剛性碎散材料若進入管內(nèi)一般會被沖走,通常不可見。膠圈材料則會懸掛在管道內(nèi),故缺陷描述主要是針對膠圈密封材料。如上部膠圈脫落,未懸掛在2面內(nèi),對水流影響小,則定義為1級缺陷；在下部的過水面內(nèi)可見膠圈,則定義為2級缺陷；如由于接口材料脫落導致地下水流入,則按滲水另計缺陷.《本規(guī)程》：只要是膠圈進入管內(nèi),無論是否破壞,都已經(jīng)失去作用；若膠圈僅在原位破壞,則在管內(nèi)看不到,也就無評價依據(jù)。
1.1.8支管暗接（AJ）和異物穿入（QR）
支管暗接（AJ）是支管未通過檢查井直接側向接入主管,按支管進入主管直徑的比例分為3個等級；
異物穿入（QR）是非管道系統(tǒng)附屬設施的物體穿透管壁進入管內(nèi),按異物在管道內(nèi)占用過水斷面面積分為3個等級；
1.1.9滲漏（SL）
滲漏（SL）是指管外的水流入管道,按滲漏觀察的現(xiàn)象分為4個等級。
1.2 功能性缺陷
功能性缺陷主要包括：沉積（CJ）、結垢（JG）、障礙物（ZW）、殘墻壩頭（BT）、樹根（SG）浮渣（FZ）等。
1.2.1 沉積（CJ）
由細顆粒固體（如泥沙等）長時間堆積形成,淤積量大時會減少過水面積。缺陷的嚴重程度按照沉積厚度占管徑的%確定,判讀的方法可參照水位。
1.2.2結垢（JG）
管道內(nèi)壁上的附著物,根據(jù)結垢造成的過水斷面來確定缺陷程度。
1.2.3障礙物（ZW）
管道內(nèi)影響過流的阻擋物,根據(jù)過水斷面損失小于15%、15%-25%、25%-50%和大于50%分為4個等級。
1.2.4殘墻壩頭（BT）
管道閉水試驗時砌筑的臨時磚墻封堵,試驗后未拆除或拆除不徹底的遺留物。等級劃分與障礙物標準一樣。
1.2.5浮渣（FZ）
管道內(nèi)水面上的漂浮物,該缺陷需記入檢測記錄表,不參與計算。若有零星的漂浮物,漂浮物占水面面積不大于30%時,缺陷等級為1級；若有較多的漂浮物,漂浮物占水面面積為30%-60%時,缺陷等級為2級；若有大量的漂浮物,漂浮物占水面面積大于60%時,缺陷等級為3級。
2 非開挖修復技術的分類及簡介
關于管道非開挖修復的方法有很多,并且隨著科技的發(fā)展,越來越多的高新修復技術被應用到實際施工中。按使用年限分類可分為：臨時性修復和永久性修復；按修復范圍分類可分為：局部修復和整體修復；一般按施工方法的不同將修復技術分為：注漿法、嵌補法、套環(huán)法、涂層法、內(nèi)襯法和裂管法等。表2為管道非開挖修復技術的分類表。
2.1土體注漿法
土體注漿法作為一種傳統(tǒng)的輔助修復技術很早就應用在管道堵漏和填充上,它是通過鉆孔對管道周圍和各個聯(lián)結部位的土體注入漿料,漿料凝固后便和周圍的土體形成一個整體,使得地基的承載力變大,變形模量增大,對地下水的滲入起到阻絕作。該方法不僅能夠修復缺陷還能填補土體中的空隙,使得地基的承載力增大,但是該方法在使用過程中的可靠性較差,所以在實際施工過程中注漿法經(jīng)常作為一種輔助手段和其他方法同時使用。
2.2嵌補法
作為一種局部修復方法,嵌補法的嵌補材料最初為石棉水泥、水泥砂漿、瀝青麻絲等,隨著化工新材料的大量研發(fā),聚氨酯開始取代早期嵌補材料,新型嵌補材料能夠彌補早期嵌補材料在某些物理性能上的不足,并且設備比較簡單,價格低,但是嵌補法存在質(zhì)量不穩(wěn)定、工期長等缺點。
2.3套環(huán)法
套環(huán)法是利用在接口部位安裝止水套環(huán)的方法進行修復的,按套環(huán)支架材料可分為：不銹鋼套環(huán)、普通鋼套環(huán)、PVC套環(huán)等；按密封形式可分為：橡膠止水帶、圈密封、聚氨酯灌漿等。不銹鋼發(fā)泡筒修復技術是一種常用的套環(huán)法,該方法的修復效果較好,施工速度較快,但對水流有一定影響。
2.4涂層法
涂層法是一種較為簡單的整體修復方法,適用于大型管道的修復,主要有水泥基聚合物涂層、玻璃鋼涂層、水泥砂漿噴涂等,在涂層中一般會加入玻璃纖維布,能夠起到防腐和防滲漏的作用,該方法在施工過程中受施工條件的影響較大,穩(wěn)定性較差,相比于其他修復方法,該方法顯得較為落后。
2.5內(nèi)襯法
通過內(nèi)襯法修復的管道既能增加管道強度,還能防止?jié)B漏、腐蝕,并且修復后的管道質(zhì)量長時間內(nèi)較為穩(wěn)定,這使得內(nèi)襯法成為非開挖修復手段中最為有效的一種。常用的內(nèi)襯修復技術有：現(xiàn)場固化內(nèi)襯、螺旋管內(nèi)襯、短管及管片內(nèi)襯、牽引內(nèi)襯等。
上述修復方法是目前國內(nèi)外應用較多的幾種修復技術,具體施工過程中,要根據(jù)地質(zhì)條件、管道損壞情況、管道深埋程度和經(jīng)費狀況來考慮使用哪種修復技術.在修復方法選擇過程中要遵循以下原則：
（1） 依據(jù)管道的重要程度、損壞程度、影響范圍來選擇修復方法；
（2） 勘測地下障礙和道路交通環(huán)境的影響；
（3） 考慮管道所在地區(qū)的區(qū)域重要性；
（4） 滿足環(huán)保的需求。
總之,對于修復技術的選擇要考慮實際施工情況,選擇可行適用的修復技術。
3 國內(nèi)外非開挖修復技術的發(fā)展現(xiàn)狀
我國管道修復技術處于起步階段,各項技術還未全面普及,應用比較成熟的修復方法主要有：原位固化法、裂管法、穿插法、內(nèi)襯法、螺旋纏繞法等。
我國20世紀90年代通過原位固化法修復的管道接近8300m,這在當時是被大力推廣應用的一項新的工藝和材料。2010年杭州利用原位固化法對10km的排污管道進行修復,這是我國有史以來第一次大規(guī)模使用該技術進行管道修復。目前我國非開挖修復工程中所占比重較多的是原位固化法、內(nèi)襯法和穿插法,所占比例超過70%,原位固化技術在國內(nèi)已經(jīng)相當成熟。張淑杰等人利用復合材料的強度和結構設計對管道修復做了研究。張票平等人對管道的各類缺陷做了系統(tǒng)的分析,對修復的次序做了調(diào)整,為管道的維護和評價提供了參考依據(jù)。
非開挖修復技術起始于英國,澳大利亞、德國、日本等相繼研制出先進的檢測技術：管道檢測快速評估技術（Pipeline Inspection RapidAssessment Techniques,PIRAT）(Eiswirth M, Frey C, Herbst J, et al,2001)、管道機器人檢測系統(tǒng)（MAKRO）(Rome E, Surmann H, Streich H, et al,2008)和管道掃描與評價技術（The Sewer Scanner and Evalu-ation Technology,SSET）(Ect Team P,2007).Vollmar Jonasson(Lee L S, Estrada H, Baumert M,2010)利用玻璃纖維制備成內(nèi)襯管進行原位固化修復,利用玻璃纖維的高強度來增加管道的質(zhì)量,進而提高安全性。玻璃纖維增強復合材料在內(nèi)襯管中的應用占據(jù)了歐洲一半的市場,利用紫外光固化法將玻璃纖維增強的復合材料應用到地下管道上這項技術已經(jīng)引入到了國內(nèi)。
4 管道非開挖修復技術的未來
我國的管道非開挖修復技術尚處于起步階段,隨著城市的發(fā)展,大量的管道將鋪設完成,屆時原來的管道將會出現(xiàn)老化、腐蝕的問題,對管道修復的問題將成為城市發(fā)展的重大問題,非開挖修復技術以其無污染、工期短、不妨礙居民生活等優(yōu)勢被廣泛應用。伴隨著非開挖修復技術的不斷發(fā)展,一些原本需要進行挖掘的管道也可以采取非開挖修復技術來解決,這使得管道非開挖修復技術越來越多地被運用。
非開挖管道修復技術由于修復費用較高而在推廣過程中會遇到阻礙,少了一些不發(fā)達的小城市的青睞。主要是非開挖修復技術的設備源于進口,使得成本提高,綜合各種因素考慮,如果我們提高國產(chǎn)設備利用率,增大修復規(guī)模,非開挖修復技術將逐漸取代開挖技術。
結合國內(nèi)管道修復技術的現(xiàn)狀,參照行業(yè)標準《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》,使管道修復產(chǎn)業(yè)能夠有一個健康發(fā)展的環(huán)境,非開挖技術也將會有更為科學化的發(fā)展。
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