一、前言
管道修復(fù)技術(shù)主要是隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的老化出現(xiàn)的。城市給排水、燃?xì)獾裙艿老到y(tǒng)也像其他年久的結(jié)構(gòu)一樣，受到破壞的可能性越來越大。
管道深埋地下，具有不可見性，在一定程度上無法了解地下管道的具體狀況，有時(shí)這些設(shè)施會(huì)在沒有任何預(yù)兆的情況下被破壞。破壞的結(jié)果是引起運(yùn)行中斷，管道業(yè) 主不僅要承擔(dān)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，有關(guān)方面還要承受極大的公眾壓力。管道的更換不僅費(fèi)用巨大，同時(shí)還會(huì)帶來環(huán)境及社會(huì)問題，這在一定意義上已經(jīng)不是管道業(yè)主和用戶的事情。繁忙的城市交通，環(huán)境保護(hù)、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和植被保護(hù)區(qū)以及高速公路、鐵路及建筑物、河流等都要求管道業(yè)主及政府管理官員必須最大限度地減少管道建設(shè)及管理中的開挖工作量。
作為非開挖施工技術(shù)的組成部分，管道修復(fù)技術(shù)在20世紀(jì)70年代末期首先在英國(guó)、美國(guó)及日本得到開發(fā)。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的許多污水管道和自來水管道均已有一百多年的歷史，因而需要修復(fù)或更換這些管道的施工技術(shù)。首先需要查明管道的內(nèi)部狀況，因而開發(fā)了閉路電視攝像機(jī)以滿足這一要求。在查明管道損傷的情況下，采用免開挖修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)含量高的方法，管道修復(fù)技術(shù)的開發(fā)隨之開始。首先被開發(fā)應(yīng)用的是 CIPP，隨后內(nèi)襯PE管等技術(shù)相繼被開發(fā)應(yīng)用。管道修復(fù)技術(shù)的進(jìn)步是隨著材料技術(shù)、電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的。材料技術(shù)的發(fā)展給管道修復(fù)技術(shù)提供了可 以按照要求任意改變形狀的修復(fù)材料，電子技術(shù)的發(fā)展使管道不開挖檢測(cè)和評(píng)價(jià)成為可能，遙控機(jī)器人則可修復(fù)地下管道。
管道修復(fù)技術(shù)不斷成熟，已經(jīng)成為管道建設(shè)技術(shù)的重要組成部分，這一點(diǎn)已被2001年布拉格國(guó)際非開挖技術(shù)會(huì)議所證實(shí)。出席此次會(huì)議的有代表當(dāng)今管道非開挖技術(shù)水平的32家公司，其中有15家是管道修復(fù)公司。
在世界范圍內(nèi)，目前已有或正在開發(fā)的非開挖管道修復(fù)和更換方法大約有60多種，與管道修復(fù)相關(guān)的企業(yè)的數(shù)量超出了想像。在互聯(lián)網(wǎng)上輸入關(guān)鍵詞：管道、修復(fù)，檢索結(jié)果竟給出了48000多條的信息，其中大部分是從事管道修復(fù)企業(yè)的網(wǎng)頁。具體的企業(yè)數(shù)量已經(jīng)并不重要，如此的網(wǎng)頁或網(wǎng)站信息足以說明管道修復(fù)技 術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上占有的空間。
二、國(guó)外管道修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用狀況
將各種管道建在地下是通常的做法，為減少對(duì)社會(huì)的負(fù)面沖擊，各種各樣的非開挖技術(shù)相繼開發(fā)出來，管道修復(fù)技術(shù)作為管道非開挖技術(shù)的一個(gè)重要分支也受到了越來越多的關(guān)注，管道修復(fù)技術(shù)的工藝方法層出不窮。
1.局部及井口修復(fù)技術(shù)
丹麥公司推出的Beaver局部維修設(shè)備在1997年下半年已進(jìn)入市場(chǎng)。該設(shè)備所用原料為環(huán)氧樹脂的玻璃纖維層，把一段襯層放入管道后，由蒸汽壓力使其膨脹與管壁緊貼，維修過程大約需要1小時(shí)。這種技術(shù)適用于維修管道破斷、裂隙、錯(cuò)位、接頭開縫以及損壞的支管。在市場(chǎng)上可買到各種不同規(guī)格長(zhǎng)度、直徑和壁厚的襯層。
澳大利亞開發(fā)了一種PanelLok設(shè)備，用于更新檢修井、雨水井及檢修人員出入。該設(shè)備使用一種成型好的 PVC帶，帶子為螺旋纏繞，能與現(xiàn)有管道緊密貼合。該P(yáng)VC帶能通過檢修井的開口，直接送進(jìn)管道，無須去掉蓋板。PVC帶接頭有相互搭接的鎖口，起到防水 密封的作用。
英國(guó)的管道修復(fù)承包商最近推出了一種修復(fù)管道接頭及管道周向裂紋的非開挖系統(tǒng)AMEX-10，可用于修復(fù)大口徑管道。該系統(tǒng)提供的小端面橡膠密封在可膨脹的不銹鋼 環(huán)的壓力作用下，緊貼在鋼管的內(nèi)表面。對(duì)于煤氣管道，可用NBR橡膠做密封材料，對(duì)于上水管道，用EDPM橡膠作密封材料。該系統(tǒng)適用于直徑為 600～3000mm管道的修復(fù)。加利福尼亞公司的poly-Triplex襯管是用一層不透水內(nèi)膜的玻璃纖維組織現(xiàn)場(chǎng)制成的，用于檢修口的修復(fù)。纖維組織在浸入環(huán)氧樹脂前，做成檢查井的形狀，將氣囊下放到位，然后加壓，并切除多余的襯管。
2.以聚烯烴材料為主體的修復(fù)技術(shù)
聚乙烯材料在過去的幾年中已被確定為一種用于工業(yè)管道、城市燃?xì)夤艿兰笆姓滤艿老到y(tǒng)的備選材料。聚乙烯材料具有抵抗化學(xué)侵蝕和使用壽命長(zhǎng)的特性，而且其優(yōu)異的可焊性能夠提供理想的連接。在任何系統(tǒng)中部件的接頭數(shù)目都應(yīng)盡量減少，以達(dá)到減少潛在的泄漏點(diǎn)的目的。大長(zhǎng)度不開挖重新加襯修復(fù)的技術(shù)不僅對(duì)環(huán)境有利，費(fèi)用低，而且可將管道的接頭數(shù)目降到最低，同時(shí)，修復(fù)后管道的可靠性得到了最大限度的提高，這種提高甚至使修復(fù)后的管道比新建的管道具有更高的可靠性和更長(zhǎng)的使用壽命。聚乙烯材料已經(jīng)普遍用于各類管道系統(tǒng)的修復(fù)，其中包括結(jié)構(gòu)修復(fù)與非結(jié)構(gòu)修復(fù)系統(tǒng)。技術(shù)工藝方法也由初期的插入方法(縮徑插入)發(fā)展 到多種工藝方法，比較著名的工藝方法有折疊變形法、熱拔法、冷軋法和Trolining修復(fù)系統(tǒng)等。使用這種方法，管道修復(fù)后的截面積有一定的減小，內(nèi)襯與原管道之間沒有間隙，因而不需密封，可用于管道的長(zhǎng)距離修復(fù)，不同的方法對(duì)技術(shù)人員的要求不同。
(1)折疊變形法。可用于結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的修復(fù)。U形襯管使用無接頭的HDPE管，利用材料的形狀記憶特性使其變成U形，并將內(nèi)襯送入管內(nèi)，然后利用物理?xiàng)l件使其恢復(fù)原來的管道形狀。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，使用連續(xù)的長(zhǎng)管，沒有接頭。
(2)熱拔法。這種方法是由英國(guó)煤氣公司開發(fā)的。施工時(shí)，在加熱之后通過一個(gè)模具或壓輪拉拔內(nèi)襯管，使內(nèi)襯管的分子鏈重新組合，管徑減少。對(duì)于4英寸的 管道，管徑減少約20%，對(duì)于24英寸的管道，管徑減少約為7%。變形就位之后靠塑料長(zhǎng)分子的原始結(jié)構(gòu)的記憶功能，使其直徑逐漸自然恢復(fù)到與舊管相同的形狀和尺寸。
(3)冷拔法。由英國(guó)公司開發(fā)，是利用一臺(tái)液壓頂推裝置向一組滾軋機(jī)推送塑料管，減少管道的直徑。施工時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)的中密度或高密度聚乙烯管對(duì)焊成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行冷軋，使直徑減少，便于置入舊管內(nèi)。當(dāng)襯管就位后，對(duì)其施加壓力，以恢復(fù)原有的尺寸，與舊管形
成緊密的配合。
(4)Trolining修復(fù)系統(tǒng)是污水管道修復(fù)技術(shù)的一項(xiàng)創(chuàng)新。就管道而言，可達(dá)到較高的綜合質(zhì)量。該系統(tǒng)適用于不同管徑管道的故障修理，內(nèi)襯尺寸完備，對(duì)變形和組合提供了多種可能性�？捎糜谛迯�(fù)公路直徑從150mm到1600mm的全部污水管道，而不考慮尺寸的大小，也不論 斷面尺寸和形狀的復(fù)雜性。因此，這類高密度聚乙烯內(nèi)襯使用的范圍很廣，包括預(yù)制的分段長(zhǎng)度、斷面尺寸、以及形狀等，供各種場(chǎng)合下使用。這種內(nèi)襯被焊接成圓柱狀的HDPE元件，在元件的外表面有很多凸起物。通過現(xiàn)有入孔把內(nèi)襯插入到破損的管道中，然后再向凸起物形成的環(huán)形空間注漿，漿液為特制的噴射混合物，用噴射器注入。這種高強(qiáng)度材料可以把內(nèi)襯永久的固定就位。這種修復(fù)技術(shù)更像以現(xiàn)有管道為模具現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土與塑料的復(fù)合管道，同時(shí)又利用了現(xiàn)有管道的其他功能，這一系統(tǒng)已經(jīng)不是一般意義上的修復(fù)，稱做管道的再生可能更確切。
3.基于熱固化樹脂的原位固化修復(fù)技術(shù)因環(huán)境的原因苯乙烯 基樹脂的使用減少，取而代之的是在環(huán)境上更受歡迎的樹脂。其他樹脂，例如乙烯酯樹脂，也被用于某些特殊的場(chǎng)合，尤其是用于工業(yè)管道。工業(yè)管道的介質(zhì)比污水更具腐蝕性，在滿足特定要求的不同產(chǎn)品之間，其區(qū)別使非開挖修復(fù)技術(shù)用于新的領(lǐng)域，尤其是工業(yè)管道市場(chǎng)。采用紫外線代替熱水硬化樹脂的原因是，使用紫外線固化樹脂的速度更快，由此產(chǎn)生的成本效益遠(yuǎn)大于光敏樹脂成本的增加，特別是對(duì)大直徑管道的修復(fù)能提供更有利的速度和效益。雖然聚酯樹脂最常用，但也出現(xiàn)了從針狀油毛氈到無縫高級(jí)復(fù)合物等各種襯管纖維。壓力管道修復(fù)系統(tǒng)用于修復(fù)有小孔和內(nèi)表面腐蝕的供水和冷卻水管，而工業(yè)廢水管道修復(fù)系統(tǒng)能經(jīng)受化學(xué)環(huán)境和高溫。這兩種修復(fù)方法都根據(jù)CIPP法采用水壓將修補(bǔ)管翻轉(zhuǎn)，然后循環(huán)熱水使熱硬樹脂凝固。壓力管道的內(nèi)襯包括能增加周圍強(qiáng)度的加強(qiáng)層。
法國(guó)公司研制了不用人進(jìn)入而修復(fù)直徑200mm到600mm管道的Photoliner系統(tǒng)。它也是基于CIPP法，用裝在機(jī)器人上的一 些紫外線燈來聚合聚酯樹脂。該公司稱，紫外固化方法比傳統(tǒng)的熱水或熱蒸汽固化方法需要的能量更少。含有各種材料的襯管被送到現(xiàn)場(chǎng)為包好待用，不需要在現(xiàn)場(chǎng)配制。現(xiàn)在一些公司又開發(fā)出小型翻轉(zhuǎn)設(shè)備，采用空氣壓力翻轉(zhuǎn)，設(shè)備小巧而靈活，重量?jī)H有35kg，以140L/min的空壓機(jī)供氣(0.3bar以下)， 就可將翻襯管在襯管內(nèi)翻轉(zhuǎn)過來，并能夠在寒冷的天氣條件下輸入30℃的空氣加速固化。英國(guó)的AygusFlexiblePipeline公司發(fā)展了熱管修 復(fù)技術(shù)，用于防止干線管道的腐蝕泄漏，并能防止進(jìn)一步的腐蝕。熱管由包在聚乙烯內(nèi)由一呈圓形編織的、高強(qiáng)度聚酯樹脂加強(qiáng)的襯管構(gòu)成。成卷長(zhǎng)度為207m， 直徑有76、102、152mm，呈柔軟的C形，在除銹后的的鋼管上固定。冷時(shí)為半硬狀態(tài)，用低壓蒸汽加熱后膨脹變軟，跟母管緊密結(jié)合。襯管額定壓力為 10bar，設(shè)計(jì)壽命50年以上。該方法被英國(guó)的DWI和德國(guó)的DVGW(德國(guó)煤氣和供水技師協(xié)會(huì))批準(zhǔn)在飲用水管上使用。
美國(guó)公司最近引入了一種新的全長(zhǎng)度襯管系統(tǒng)PVCAlloypipeliner。它可通過管道的急彎、移位的接頭和變徑管道，可耐受大多數(shù)酸堿鹽燃料和腐蝕性介質(zhì)。
4.基于液體凝固材料的修復(fù)技術(shù)
有代表性的主要有水泥砂漿管道修復(fù)技術(shù)、環(huán)氧樹脂及聚酯樹脂噴涂或擠涂修復(fù)技術(shù)，適用范圍為低壓管道系統(tǒng)，包括煤氣管道、自來水管道及污水排放系統(tǒng)等。
在小口徑管道上應(yīng)用較多的有日本東京煤氣公司開發(fā)的SHOT工藝技術(shù)，主要用于修復(fù)管道支線，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過彎頭和三通的管件。NEXT方法是采用橡膠 圓球在管內(nèi)擠涂的工藝，此外還有“改良液相法”，也是采用活塞球的方法對(duì)管道的接頭等泄漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)。管內(nèi)樹脂遮蓋法、鑄鐵管樹脂貼紙法等基本上都屬于此范圍。液相凝固材料管道修復(fù)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要大的作業(yè)坑，可以通過任意彎頭和變徑管，甚至可以在三通、閥門等的情況下進(jìn)行管道的修復(fù)施工。其應(yīng)用范圍則以中小口徑的管道為主。聚合物水泥沙漿修復(fù)技術(shù)則以修復(fù)液體類管道為主，可以適應(yīng)較寬尺寸范圍的管道。
5.管道修復(fù)配套機(jī)具技術(shù)
在過去的十年里，用機(jī)器人修補(bǔ)管道的技術(shù)發(fā)展更為迅速。目前，使用機(jī)器人更為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法。不同類型的遙控切削器廣泛用于非開挖技術(shù)中，適用于切削污水管內(nèi)侵入的樹根，以及內(nèi)襯施工后的重新開口，以便于主管道連接。
管道割刀和管道機(jī)器人是近幾年問世的管道修復(fù)新產(chǎn)品之一。法國(guó)公司的HRF150機(jī)器人管道割刀安放在HV140牽引車上，可在直 徑為150～300mm的管道內(nèi)工作。電機(jī)驅(qū)動(dòng)割管頭進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)。刀頭由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，可安裝各種金剛石或硬質(zhì)合金的切削刀具，HRF150能與各種 Hydrovideo管道檢測(cè)系統(tǒng)配合使用。
三、國(guó)內(nèi)管道修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)管道修復(fù)技術(shù)的正式起步是在1993年，此前水泥內(nèi)襯 技術(shù)在舊管道上雖有應(yīng)用，但主要是以防腐為目的。1993年由中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院根據(jù)集團(tuán)公司的要求，在中原油田實(shí)施了管道修復(fù)防腐示范工程。在示范工程中，石油工程技術(shù)研究院組織科研人員成功開發(fā)了“PCL復(fù)合結(jié)構(gòu)管道修復(fù)技術(shù)”、“NCF原位固化管道修復(fù)技術(shù)”。這兩項(xiàng)技術(shù)1994年通過了集團(tuán)公司組織的專家評(píng)議，隨后在中原油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用�！癙CL復(fù)合結(jié)構(gòu)管道修復(fù)技術(shù)”即為液相凝固材料修復(fù)管道技術(shù);“NCF原位固化管道修復(fù)技術(shù)”相 當(dāng)于CIPP(原位固化修復(fù)技術(shù))。隨后，中國(guó)石油工程技術(shù)研究院又先后完成了總公司重點(diǎn)課題，計(jì)有穿插襯塑管道修復(fù)技術(shù)、成品油管道修復(fù)技術(shù)、高抗?jié)B無機(jī)沙漿管道修復(fù)技術(shù)及原位固化法氣翻工藝技術(shù)。這些科研工作的完成使國(guó)內(nèi)的管道修復(fù)技術(shù)初步形成了能夠適應(yīng)于油田介質(zhì)的管道修復(fù)技術(shù)體系。1998年，實(shí)踐證明，工程技術(shù)研究院的管道修復(fù)技術(shù)的確為油田企業(yè)帶來了可觀經(jīng)濟(jì)效益，展示了很好的應(yīng)用前景。截至目前的不完全統(tǒng)計(jì)，管道修復(fù)企業(yè)大約10～20家左 右，一些外商也開始涉足國(guó)內(nèi)的管道修領(lǐng)域。但總體上，國(guó)內(nèi)的管道修復(fù)技術(shù)尚處于起步階段，主要存在以下問題。
(1)品種單一，能力有限，不成系列，沒有形成相關(guān)產(chǎn)品的配套共應(yīng)。
(2)除個(gè)別技術(shù)力量較強(qiáng)的單位制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，國(guó)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)果往往造成施工無依據(jù)。修復(fù)施工一般由工程承包者隨意進(jìn)行，沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可尋，工程的最終質(zhì)量往往具有很大的隨意性。
(3)設(shè)備配套性差，技術(shù)適應(yīng)范圍較窄。
(4)相配套的管道修復(fù)前的檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)尚沒有達(dá)到使用水平。
(5)管道修復(fù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系沒有建立。由于是隱蔽工程，工程的質(zhì)量監(jiān)督出現(xiàn)困難，使不法分子有機(jī)可乘。
四、建議
鑒于國(guó)內(nèi)管道修復(fù)技術(shù)的現(xiàn)狀，建議在積極開發(fā)管道修復(fù)技術(shù)的同時(shí)，管道修復(fù)技術(shù)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的配套工作應(yīng)該跟上，這樣才能夠使管道修復(fù)產(chǎn)業(yè)有一個(gè)健康發(fā)展的環(huán)境，避免用戶因無規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可尋而產(chǎn)生問題，防止因個(gè)別不負(fù)責(zé)任的企業(yè)不良行為給整個(gè)行業(yè)的發(fā)展帶來不利影響。
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