浅析长输给水管线非开挖修复方案

浅析长输给水管线非开挖修复方案

温海波

身份证：152103199304092718     

摘要：近年来国内外因管道破损、爆管引发的事故频发，严重威胁市政基础设施安全运行和人民生命财产安全。破损管道上方道路、管线和其他构筑物密集，导致开挖修复难度巨大。非开挖管道修复技术在管道修复工程中越来越受到青睐。本文以山西某长输给水管道非开挖修复项目为背景，结合管道和场地具体情况，对比分析了穿插内衬法、原位固化法、折叠内衬法和缩径内衬法等修复工艺的优缺点和适用性，认为折叠内衬法在工程造价方面具有优势，因此推荐使用折叠内衬法。研究表明，长输给水管非开挖修复技术大多自国外引进，国内相关修复经验尚不丰富，须在以后工程中逐步积累。

关键词：长输给水管；非开挖；管道修复；折叠内衬

引言

近年来国内外由于给水管道破损、爆管引发的事故频频发生，严重威胁到了市政基础设施的安全运行和人民生命财产安全。对破损管道的修复又由于管道上方的道路、管线和其他构筑物，导致开挖修复的难度巨大。非开挖管道修复技术因其具有土方开挖小、环境影响小、工期短、效率高等优点被越来越多地运用到于市政给排水管道的修复工程中，但是对于各种修复方法在不同项目中的经济技术合理性方面尚无统一的指导性原则且缺乏工程经验，《城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程》（CJJ/T244-2016）[1]中也仅是对各种修复工艺给予指导，并未对其具体适用性进行对比分析。由于各种修复工艺有其自身不同的优缺点和适用条件，因此如何结合修复工程项目特点来合理选择最优修复工艺成为工程技术人员亟待解决的问题。

本文以山西某长输给水管道非开挖修复项目为背景，结合管道和场地具体情况对比分析了主流修复工艺的优缺点，并给出了较为适用的修复方案，可为类似工程项目提供参考。

1项目背景

本工程拟修复的输水管道为直径800mm的钢管，建设于1995年，设计运行压力为1.2MPa，由于管道建成年代较为久远且中间曾长期停用，自管道重新启用至今已发生大小漏水事故约20处，其中2处发生于人流密集的居民区（由于抢修及时并未产生严重后果），现状管道路由上方即是居民房屋、公园、道路和铁路高架桥（详见图1），带压管道一旦发生爆管事故或引发地表沉陷，将严重威胁群众生命财产安全，造成重大安全隐患。因此如何尽快对输水管道进行必要的修复，保证其运行的可靠性与安全性是一个亟待解决的问题。

本项目涉及供水管道共约8km，部分管道上部已建成居民区，部分位于主要干道下方，沿线不具备大面积开挖修复条件，考虑运用非开挖修复技术对其进行修复，以保证其安全运行。

图1现状管道路由沿线概况

2修复工艺适用性分析

本项目特点要求本次非开挖修复的内衬材料能承受较高的内部压力，内衬管材质要求无毒无害，控制管道缩径、尽量不影响过流，且在施工时尽量少的设置工作坑（即每次修复管段的长度较长）。对比分析了目前主要的输水管线非开挖内衬修复工艺，包括：穿插法、原位固化法、折叠内衬法和缩径内衬法。[2]

2.1穿插内衬法

穿插内衬法又称穿插法、传统内衬法，是一种较为传统的非开挖内衬修复方法，指在旧管道中拖入新管，然后在新旧管中间注浆稳固的方法，穿插法是一种使用较早且方便经济的方法。适用于燃气、供水管道、化学工业管道、直管道、带弯头的管道、压力管道等。[3]

优点是：①施工工艺简单，对作业人员的技术要求低；②施工速度快，一次性修复距离长，分段施工时对交通和周边环境的影响轻微；③不需要专用的设备，投资少、施工成本低，寿命长；④可适应大曲率半径的弯道。缺点是：①环形间隙要求注浆，缩径相对较大；②需开挖一条导向槽（连续管法）；③分支管的连接点需开挖进行；④一般只适用于圆形断面的管道。

2.2原位固化法

原位固化法是在现有的旧管内壁上衬一层热固性物质，通过加热（利用热水、热汽或紫外线等）使其固化，形成与旧管紧密配合的薄衬管，而管道的过流断面虽有损失，但流动性能大大改善了。软管的置入方法主要有两种：翻转法和牵引法。原位固化法是目前最受欢迎的非开挖管道修复施工法，过去二十年里，原位固化法已成为某些国家修复非进人给排水管道的主要方法。[4]

优点是：①开挖量极小，环保；②施工速度快，周期短；③断面形状适用广；④施工成本低；⑤寿命长，可达30-60年；⑥修复后，管道强度增加；⑦高管道的输送能力；缺点是：一次修复的管道长度有限，成本相对较高。

2.3折叠内衬法

该方法是在施工前先将新管（聚乙烯等材料）通过机械变形，使其断面产生变形（直径变小或改变形状），随后将其送入旧管内，最后通过加热、加压或靠自然作用使其恢复到原来的形状和尺寸，从而与旧管形成紧密的配合。这种非开挖管道修复方法可以减少修复后管道过流断面的损失。按照新管变形的方法不同分为：（1）冷轧缩径法，一般可使直径缩小10%；（2）拉拔缩径法，一般可使直径缩小7%-20%；（3）变形法，如折叠成

U形断面。[5]

优点是：①施工时，占用场地较小；②新旧管配合紧密；③管道连续无接缝；④管道的过流断面损失小；⑤对旧管道清洗要求低；⑥穿插顺畅；⑦一次修复距离长；⑧施工周期短；⑨使用寿命长；⑩经济性好。缺点是：①支管的重新连接需要开挖进行；②旧管的变形或结构破坏会增加施工难度。

2.4缩颈内衬法

缩径内衬法是指在原管道清洗之后，通过适用机械作用使新管道的断面产生变形，然后将新管送入旧管，最后通过加热、加压或靠自然作用使其恢复到原来的形状和尺寸，从而与旧管形成紧密配合的方法。该方法可用于结构性和非结构性的修复。[6]

优点是：①无需灌浆，施工速度快；②管道修复后的过流断面的损失很小；③可适应大曲率半径的弯管；④可长距离修复；⑤可用于旧管道结构性和非结构性损坏的修复。缺点是：①主干管与支管间的连接需开挖进行；②旧管道的结构性损坏会导致施工困难；③设备昂贵，施工成本较高。

2.5柔性复合内衬管

柔性复合内衬管技术准确的说属于折叠内衬法的一种，即在旧管道内部内衬一个高性能的柔性复合管，该复合管由三层结构组成（内保护层、中间承力层、外保护层）。即在原管道内衬一个新管道达到修复的目的。该管道有3层结构组成，能够耐高压，且连续长度可达6km（视管径确定能够运输的最大长度），该管适合长距离修复使用，安装简单，结构可靠。修复完成后，由专用接头与旧管道连接。[7]

柔性复合内衬管的特点就是自身强度高，耐压大，所以它本身对原管道依赖少，不需要和原管道粘接。同时由于其连续长度长，所以中间没有接头连接，这减少了其将来发生泄露的概率。

柔性复合内衬管技术优点如下：

1、管道运行压力是1.2MPa，柔性复合内衬管DN600的爆破压力约3.0MPa，远远大于管线的实际运行压。

2、管道单根长度最大5km，可以实现单根长度1km左右，保证最少的开挖工作。

3、安装过程中，不需要考虑管道的回弹等，所以安装时间短，风险小。

4、最小的接头数量保证了其将来可能潜在的漏点少，修复完成后更加可靠。

3修复工程中的重难点

3.1内衬修复工艺分析

本项目特点要求本次非开挖修复的内衬材料能承受较高的内部压力，内衬管材质要求无毒无害，控制管道缩径、尽量不影响过流，且在施工时尽量少的设置工作坑（即每次修复管段的长度较长）。通过以上常用给水管道的非开挖修复工艺的分析（详见表4-1）可以看出，折叠内衬法相对较有优势。

3.2场址选择

本工程为内衬修复工程，场地即为现状管道路由。输水管道的非开挖内衬修复，无论使用何种工艺，均需要设置工作坑为施工作业提供必要的操作空间。由于拟修复管道沿线为娄烦县主城区，构筑物绿化众多，部分位置设置工作坑可能较为困难。根据非开挖修复工艺的要求，工作坑场址一般在管道大角度转折处、阀门处。因此，在能够满足工程需要的情况下，工作坑应尽量少设置，这也是影响工程造价的一个重要因素。

3.3环境影响分析

由于本项目的实施，在一定程度上会引起沿线自然环境的改变，或对自然资源的破坏，而带来不利的影响；在加以适当的环境保护措施的条件下也可能会引起生态环境的改善而带来积极的影响。另外，管道的修复施工也会对该项目沿线及周围地区社会环境产生一定的影响，这些影响中主要是能够促进人民生活水平提高的积极影响；同样，社会的发展会影响建设项目的持续性发展。

由于供水管道长期未使用，清洗管道时，可能会产生固体垃圾和淤泥，这些固体废弃物处理不当将对环境产生不良影响。2、施工过程中，工作坑开挖难免会产生淤泥、污水，要求施工完毕对工作坑周围地面进行清洗作业，回复施工前干净整洁状态。3、为了减少噪声对周围居民的影响，在设置发电机位置时，应充分考虑，另外设备开启时间和设备的消音措施也是需要关注的重点。6、施工中遇到有毒有害废弃物应暂时停止施工并及时与地方环保、卫生部门联系，经他们采取措施处理后才能继续施工。工程建成后的环境影响及防治对策。7、本工程的施工临时占地破坏了原有植被，建成后必需进行绿化恢复植被工作，尽可能的减少对环境的不利影响。

4结语

针对长输给水管线穿越人口密集区域的修复方法建议采用非开挖修复技术，通过对比几种非开挖修复技术的优缺点和适用性，结合具体项目特点和要求，认为折叠内衬法在支管较少情况下可以尽量少开工作坑且工程造价方面具有优势，因此从经济技术合理性角度推荐使用折叠内衬法。目前，长输给水管非开挖修复技术大多自国外引进，国内在市政领域工程经验尚不十分丰富，需要在以后工程中逐步积累经验，充分发挥非开挖技术的优势服务于给水管道修复工程。

表4-1各修复方法基本信息表

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程（CJJ/T244-2016）.中国建筑工业出版社，北京，2016.

[2]孙跃平.管道非开挖修复技术的分类和设计[J].中国给水排水，2005，21（9）：37～39.

[3]冯运玲，田国伟，张力高

.国内外供水排水管道非开挖修复技术介绍及相关建议[J].特种结构，2011（4）：6～11.

[4]王云江，陈爱朝.管道非开挖修复技术原位固化法（CIPP）[M].化学工业出版社，2015.

[5]张峰.HDPE管折叠内衬修复技术在供水管线中的应用[J].山西建筑，2015（29）：131～132.

[6]张恭，马崇高.国内非开挖内衬工艺中相似工艺的对比分析[J].城市管理与科技，2007，9（4）：53～56.

[7]高志涛.一种柔性复合内衬管，CN205244653U[P].2016.

[8]王中柱，李田.城市排水管道开挖与非开挖修复的综合成本分析[J].给水排水，2008，34（6）：95～99.