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非开挖管道修复工艺介绍

发布时间:2020-09-14 点击数:402

  管道的非开挖修复技术总体上可分为整体修复和局部修复两大类。整体修复通常指对某一段管进行整体的加固和修复,采用整体修复可以达到防腐、防渗、增加结构强度甚至整旧如新的目的。局部修复也称点状修复,通常指指对管道接口等损坏点进行防渗堵漏修理的一种做法。点状修理针对性强,可以降低维修费用,但其无法提高管道的整体结构强度。具体分类方法见下表:

  一、辅助修复

  常见的是土体注浆法。土体注浆法是较早应用的一种排水管道防渗堵漏和填充的方法。它是通过钻孔或者预留的孔洞对管道四周的土体、联接部位、检查井周围的土体、连接部位、检查井周围的土体注入浆液,待浆液凝固后和周围的土体形成一体。注浆可以增加地基承载力,增大变形模量,有效阻断地下水。它是排水管道修复的基础,一般为各种非开挖修复的前期工艺处理,一般不单独使用,与其他修复技术配合使用。

  二、局部修复

  目前常用的管道局部修复方法主要有内衬法、原位固化法、喷涂法等。

  1、内衬法

  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人旧管道内。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”,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”,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,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,形成均匀地环形间隙。

  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(连接管法);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。

  改进的内衬法包括冷轧法、热拔法和变形法。利用PE或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。改进的内衬法适用于管径为75~1200mm、管线长度为1000m左右的各类管道的修复。

  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,也有可有于相当于直径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)、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)。

  二、CIPP原位固化法

  CIPP原位固化法,是非开挖行业一种地下管道修复工艺,起源于上世纪七十年代的英国,迄今为止是世界范围内最广泛使用的地下管道非开挖修复技术。原位固化法(CIPP)施工工艺一般采用翻转式或牵引式。

  翻转安装方式就是将树脂浸润的软管内侧向外不断翻转以完成安装。开始阶段,软管内侧朝外,与一个顶环相连,并固定在管口。之后,往管中不断以提供适宜的静水压力,从而推动软管不断翻转。在翻转过程中,翻过来的软衬管在膨胀力的作用下紧紧地贴在主管内壁上,形成新的致密的保护层,牵引内衬方式是把灌浸有热硬化性树脂的软管材料运到施工现场后,采用牵引的方式将材料插入旧管内部,然后加压使之膨胀并紧贴于管道内壁。其加热固化的方式和翻转式类似,一般也采用热水、蒸汽喷淋或紫外线加热的方式进行加热固化。

  目前,国外CIPP修复施工中牵拉内衬方式的市场占有率已超过翻转式。翻转式与牵引式施工示意见下图:

  1、技术特点

  (1)施工时间短。现场施工从准备、内衬、加压、固化一般只需约8h就可完成,可以十分方便地解读施工时的临时排水问题。

  (2)设备占地面积小。该工法设备只需小型紫外线照射灯和小型空气压缩机,施工时占用道路面积小、噪声低,对道路交通影响小。

  (3)内衬管耐久实用。采用玻璃纤维和不饱和树脂作为内衬修复材料,具有材料强度大、耐腐蚀、耐磨损的优点,耐久性最大可达50年,可彻底解决管道的地下水渗入问题,做到一劳永逸;管道断面面积损失小、表面光滑,提高了管道的过流能力。

  (4)保护环境,节省资源。修复工作不需做任何开挖,只是利用原有检查井作为物料的拉入孔,不开挖路面、不产生垃圾、不堵塞交通,使管道开挖施工的形象大为改观,总体社会效益和经济效益较好。

  原位管线修复工艺的适用范围和使用条件见下表:

  2、CIPP牵引内衬修复设计与施工设计原则:

  (1)满足管道的承载负荷要求;

  (2)管道流量应达到原有的设计流量;

  (3)满足管道所在地疏通技术对管道的要求;

  (4)同一管段的点状修复超过3处的,宜采用整体修复。

  牵引内衬修复法工艺流程为:

  (1)对旧管道进行堵水,清洗管道,CCTV(管道内窥摄像)勘察旧管道;

  (2)安装防划伤垫层;

  (3)安装滑轮和打包机;

  (4)拉入内衬主物料;

  (5)内衬两端封堵,连接充气设备,空压机吹胀软管;

  (6)紫外线固化内衬;

  (7)端头处理;

  (8)抽出内膜;

  (9)CCTV检查验收;

  (10)拆堵通水,完成修复。

  目前,国内该项技术在污水管道修复中的应用还刚刚起步,应用实例还不多。武汉市某污水干管非开挖修复采用CIPP牵引内衬修复法,对施工工作面狭窄、横穿路口的现状D=1200mmFRPP污水管道采用CIPP牵引内衬修复,修复长度约559m。内衬厚度10.3mm。内衬固化后承受压力8KN/m2,翻衬方向为顺管道坡度方向,从上游往下游施工,施工过程全程采取CCTV视频监控确保了内衬施工质量。该工程竣工一年多来,污水管道运行正常,修复效果良好。该工程设计和施工经验可为我国城市旧城区、重要地段及交通要道处的地下管道的原位修复提供参考。

  除了翻转法和牵拉法外,紫外线光固化CIPP技术也是非开挖修复原位固化法的一种,目前国内使用的紫外线光固化设备及材料基本来自德国公司。该公司使用的全内衬修复材料相对于其他采用翻转式原位固化法中的内衬材料而言,其内衬管固化后的长期弹性模量相对要大,因此在相同荷载情况下所用内衬管壁厚较小。此外,采用紫外线固化内衬修复时内衬管所需要的固化时间短,随着紫外线光源逐渐向前移动,内衬的冷却也随后连续发生,降低了固化收缩在内衬管内引起的内应力;紫外光固化设备上可以安装摄像头,以便实时检测内衬管固化情况;紫外光固化工艺中不用考虑排水管道端口断面高低引起的固化起始端的问题;固化工艺中不产生废水。

  2012年下半年,广州市市政集团有限公司对越秀区天河路排水管道采用紫外线光固化CIPP修复工艺进行修复,主要利用夜间作业,从内衬管拉入管道内到内衬管充气、固化及端头切割处理整个过程所需时间仅5个小时左右。作业过程中未占道开挖,基本不影响交通,后期的验收也表明管道修复取得了良好的效果,实现了较好地经济及社会效益。总体而言,紫外线光固化CIPP技术在管道非开挖内衬修复领域具有独特的优势,具有很大的推广价值。

  三、喷涂法

  喷涂法是指通过在管道内部喷涂一层膜而对旧管道内部进行修复的方法。由于喷涂层较薄,通常只用于防腐处理。根据喷涂材料的不同,可分为水泥砂浆喷涂和有机化学喷涂。喷涂材料主要有水泥砂浆喷涂和有机化学喷涂。喷涂材料主要有水泥砂浆、环氧树脂及聚醋树脂。可应用在自来水及排水管道的修复。环氧树脂喷涂适用于管径75mm~1600mm。

  喷涂法的优点:

  (1)不存在支管的连接问题;

  (2)施工速度快;

  (3)过流断面的损失小;

  (4)可适应管径、断面形状、弯曲度的变化;

  (5)经济性好。

  与内存、爆管法、软衬法等相比,水泥砂浆喷涂是其中最为经济的一种修复方式。喷涂法的缺点是要求原管道有一定的结构完整性。

  1、管道内水泥砂浆衬里的修复技术

  利用喷涂法或挤涂法依次在旧管道内涂覆改良性水泥砂浆,经自然养护,在被修复的管道内形成成衬里复合管。

  这种管道修复技术的主要优点有:1、价格相对便宜,材料随处可以买到;2、抗腐蚀性强,使用寿命长、耐久、管道水泥砂浆衬里可使用30~50a。3、施工简便,对管道内表面清理要求比较低。

  主要缺点有:1、水泥需养护时间不少于24h;2、表面粗糙,摩阻系数大。

  水泥砂浆在养护过程中具有从金属表面清除全部铁锈痕的特殊功能,这些锈粒能被溶解和生成铁盐,而这些铁盐散入砂浆并最终沉淀下去,这一点对旧管线的修复来说特别重要。另外水泥砂浆的防腐机理比较独特,它不像管道内衬HDPE那样简单地将水与旧管壁隔开从而减少腐蚀,它是可渗透性衬里。当管道输送水时,砂浆衬里被水浸透,进而浸湿整个管道内壁。水在浸透砂浆衬里的同时,吸收其中的Ca(OH)2使管壁附近的pH>12.在这样高的pH值条件下,其表面上的氧化铁充分起到了防止金属管壁产生锈蚀的作用。如果某些原因使水泥砂浆衬里产生许多细小的裂缝,它还有自愈性,这些细小裂缝在管道开始输送水后,由于衬里的二次水化作用会自动愈合和复原。

  工程施工要求

  (1)管道检测。对所确定的需要采用水泥砂浆涂衬的过路管,采用CCTV(内窥镜)进行检测,发现内壁腐蚀、结垢有0.5~2cm不等。

  (2)挖修复操作坑。在管道两端挖操作坑,并在两端人工截下长0.75~2m的短管,以便内壁清理及涂敷作业。

  (3)管道内壁清理。采用牵引刮清理法对管道内壁的锈垢进行刮清,最后再用哑铃形的柱塞在管道中牵引多次直至无结垢带出。

  (4)现场水泥砂浆衬施工。施工方法采用挤涂法,衬里厚度确定在4~6mm。

  (5)衬里固化。采用自然养护法,管道两端密封,养护24h。

  (6)质量检测。采用360度内窥镜检测衬里情况,无漏衬现象。

  2、环氧树脂喷涂修复技术

  在我国,第一次正式采用环氧树脂喷涂技术修复供水管道是在2003年的上海,目前在北京和常州等地也有应用,环氧树脂喷涂的施工步骤如下:

  (1)开挖部分管道,用以放置必要的喷涂设备;

  (2)清洗管道,采用拖刮技术和齿条齿轮钻机技术进行机械清洗;

  (3)管道喷涂,环氧树脂和催化剂通过不同的软管进入喷雾器,充分混合后喷出,美国水利工程协会(AWWA)给出的最小喷涂厚度为1mm;

  (4)压力测试、消毒和细菌检测,合格后恢复供水。

  存在问题及解决措施:

  在进行环氧树脂喷涂修复过程中,喷涂膜会出现一些问题:

  (1)喷涂层出现空白、不连贯和厚薄不均;

  (2)喷涂层出现气泡;

  (3)喷涂层出现脱落;

  (4)喷涂层未完全固化。

  解决措施:

  有着几年喷涂修复经验的专家指出,许多问题时由于喷涂前管道清洗不彻底而造成的,也有一些为喷涂设备出现故障造成的。因此在施工过程中要规范操作过程,特别是保障喷涂前管道要清洗干净。目前环氧树脂喷涂技术对管道结构的修复还不是很理想,如要保障一定的结构性修复,则需要喷涂一定厚度的喷涂膜,而喷涂较厚的环氧树脂膜一方面会增加工程的造价,另一方面也对施工技术提出了较高的要求,如果施工后较厚的喷涂膜不能完全固化,会造成喷涂膜物质的析出,影响后期的供水水质。因此一方面可以对环氧树脂进行改性,如采用纳米技术来增加其抗弯和抗张强度来改善其结构性修复功效,另一方面也可以改良施工工艺使固化时间缩短来减少喷涂膜物质的析出。

  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。

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