根据一些城镇排水管道隐患排查结果发现, 我国城镇排水管道由于受管材质量不达标、施工管理不规范、环境条件受限制、运营维护不到位等影响, 存在大量超过三级的功能性或结构性缺陷^[1]。由于管道缺陷经常得不到及时的修复, 导致缺陷进一步恶化, 严重影响管道过流能力并发生道路坍塌。

当今城市环境要求越来越高, 相对于传统大开挖式施工, 非开挖原位修复技术渐渐获得更广泛的应用。其中现行的非开挖技术包括:翻转式原位固化修复技术、拉入式紫外光原位固化修复技术、水泥基聚合物涂层修复技术、聚氨酯等高分子喷涂技术、机械制螺旋管内衬修复技术、管道SCL软衬法修复技术、不锈钢双胀环修复技术、不锈钢发泡筒修复技术、点状原位固化修复技术等。对于严重坍塌堵死的大口径排水管道 (见图1) , 上述非开挖修复方法无法使用, 通常只能采用常规开挖换管的方式修复。结合广州市两项工程的具体情况和小口径管道非开挖修复经验, 提出了大口径排水干管非开挖修复成套技术。

花城大道污水主干管应急抢险工程, 位于花城大道和冼村路交界西南侧环球都会广场旁, 该污水管道为HDPE管DN1 800塑料管道, W47~50都出现不同程度的坍塌、破裂, 共3段, 总长约90m。由于出现严重的结构性缺陷, 管道丧失了排水功能。

根据原施工资料显示, 更换临近2200混凝土雨水管18m、浇筑混凝土封板、修建6m×6m联通井共用约280m³混凝土浇筑面板, 联通井内满堂支架并未拆除, 污水从联通井汇入DN2 000雨水管, 雨水管横过污水管上方, 下游污水管已经堵塞, 基本丧失排水功能, 且施工现场离地铁5号线隧道较近, 能从地面感受到地铁通过的震动, 因此无法进行大开挖施工。

广州市大坦沙污水处理系统配套工程桥北污水处理管网改造工程, 大坦沙桥北原污水管道为HDPE管DN900管道, 范围桥北W6检查井至桥北W13检查井, 总长约240m。根据管道现场的CCTV检测资料, 管道主要出现变形、破裂 (塌陷) 、渗漏的结构性问题, 以及从破裂处流入管内的大量泥砂堵塞管道的功能缺陷, 详见图2。由于出现严重的结构性缺陷, 管道丧失了排水功能。

针对上述两个项目的具体情况, 提出了大口径排水管道非开挖修复成套技术, 在不开挖路面的情况下采用钢套环技术进行结构性修复, 并分别采用喷射混凝土和拉入式紫外光原位固化修复技术进行内衬修复。

排水管道封堵技术包括气囊封堵、砖墙封堵、沙包封堵等。其中小口径排水管道常用气囊封堵。花城大道污水主干管应急抢险工程、广州市大坦沙污水处理系统配套工程采用35~50cm植筋砖墙封堵, 并留有排水阀, 封堵效果良好。

与人工清淤、绞车清淤法、水冲刷清淤法、吸污清淤法及开挖法等传统的管道疏通方法相比, 新式软切割工法具有安全、高效、经济、环保等优点。

管道障碍物软切割工法^[2]是在高压水射流冲淤法基础上进行改进而来, 其根据管道拥堵状况、管材以及管径配上不同喷射铣头, 连接特制的高压软管, 在保证管道安全的状况下在排水管道中进行障碍物软切割, 使管道得以疏通。管道障碍物软切割工法选用自进式旋转喷射铣头, 铣头经过特殊设计, 充分聚积高压水流冲击力, 使其集中于一点处冲击切割障碍物, 并自动调整水流冲击方向, 可让喷射铣头沿着管道自动前进, 从而完成高效的管道疏通工作, 如图3。

Spetec注入树脂是一种用于堵漏和土体稳固的聚氨酯材料。其包含单组份、双组份2种体系, 表面性质分为疏水性和亲水性。常用的树脂类型为单组份树脂, 遇水迅速反应、随着时间逐渐稳固、耐化学腐蚀、无毒、无溶剂的, 可适用于富水环境。干燥环境下可长期保存。主要适应于土体稳固、堵水、防水以及地下管道注浆。Spetec注浆材料性能如表1所示。注浆主要参数包括注浆压力, 参考压力为0.1~0.3 MPa, 根据现场情况进行调整。

具体步骤: (1) 等土体稳固后进行掏挖, 塌陷部位土体的掏挖以300 mm为一进尺; (2) 掏挖每一进尺后, 采用两个半圆钢片拼装成圆管并固定牢固形成内衬, 钢片壁厚5mm, 宽300mm, 两端采用螺丝固定, 管片中间预留注浆孔 (如图4) ; (3) 掏挖过程中应对未掏挖部分采用千斤顶进行临时支撑 (详见图5) , 边掏挖边支撑, 待第一进尺掏挖, 内衬钢片完成后, 再进行第二进尺的掏挖及内衬钢片; (4) 花城大道污水主干管应急抢险工程在利用钢套环技术贯通后, 采用挂网喷射混凝土的方式形成内衬层, 最后涂抹环氧树脂防腐涂层 (如图6) 。

在内衬钢环安装完成后常用水泥砂浆进行管外注浆 (如图7) , 以填补掏挖造成的土体空洞, 形成保护层, 使管道与原管道及周围土体紧密结合形成整体受力结构。

广州市大坦沙污水处理系统配套工程桥北污水处理管网改造工程在利用钢环片贯通管段后, 采用紫外光固化软管内衬法进行内衬施工 (如图8) 。

紫外光固化内衬软管的主要材料为ECR (E-Glass of Chemical Resistance) 玻璃纤维、热固性树脂以及光固化触发剂。

ECR玻璃纤维是以E玻璃成分为基础, 其加入了1%~4%的TiO₂和ZnO, 并不含B₂O₃和F₂, 生产符合环境友好型。ECR玻璃纤维的耐腐蚀性能在所有玻璃纤维中为最佳, 是苛刻环境中复合材料的首选, 主要应用于环保设备、化工储罐、船艇、化工管道、脱硫塔以及电器设备等。撒泰克斯内衬软管中的热固性树脂为不饱和聚酯 (UP) , 其具有良好的抗腐蚀性能。

光子触发剂加入到合成树脂中, 而且仅对于紫外光的照射有反应。这些光子触发剂在暴露于紫外光的条件下会产生基团, 从而对聚合过程产生触发作用。也就是说, 聚酯或者聚乙烯酯链簇得以与树脂中存在的链簇中的苯乙烯交叉连接, 结果是形成一种固化的树脂矩阵。内衬材料固化后的初始弹性模量可达12 000 MPa, 而普通PE管的弹性模量为800MPa, 仅相当于玻璃纤维内衬材料的1/15, 各项力学指标能满足使用要求。

由于采用非开挖修复技术, 完全避免管线迁改, 节省相关费用, 环境及交通影响很小, 简化了道路围蔽开挖的申请流程, 特别适用于交通压力大、管线密集的城市中。

本文结合已发现管道存在的结构性缺陷与功能性缺陷问题, 重点提出适合大口径排水管道非开挖修复可靠、环保的成套技术。免于大开挖施工, 利用千斤顶复位管道、预制钢环节节套进掏挖的方式修复贯通, 并结合混凝土或树脂等材料完成内衬层。在保证施工人员安全及工期要求的情况下, 把对周边交通、空气、噪音、市容的不良影响降至最低, 并满足设计和规范的质量要求。该技术适用于修复城镇大口径排水管道结构性缺陷, 其成功运用为今后非开挖修复大口径排水管道提供范例。