給水管道在線不開(kāi)挖更新技術(shù)
作者:佚名
在常年的運(yùn)行中，由于物理、化學(xué)、電化學(xué)、微生物等的作用，在給水管道的內(nèi)壁會(huì)逐漸形成不規(guī)則的“生長(zhǎng)環(huán)”，且隨著管齡的增長(zhǎng)而不斷增厚，使得過(guò)水?dāng)嗝婷娣e減小、輸水能力降低并嚴(yán)重污染水質(zhì)，同時(shí)，管道由于缺少維護(hù)而漏損嚴(yán)重。
傳統(tǒng)的改造方法是開(kāi)挖敷設(shè)一條新的給水管道(舊管道報(bào)廢)，但由于這些超齡管大都敷設(shè)在人口稠密、商業(yè)繁榮的市區(qū)，管道周邊充塞著污水、雨水、煤氣、熱力、電力、通訊電纜等其他市政管道和設(shè)施，有部分管線上方還騎壓著建筑物或完全被壓在道路下方，故改造工程的實(shí)施存在著相當(dāng)?shù)碾y度。為解決這一問(wèn)題，不開(kāi)挖更新管道技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于該技術(shù)具有施工場(chǎng)地小、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，很快得到了廣泛應(yīng)用。
1 管道在線不開(kāi)挖技術(shù)
不開(kāi)挖技術(shù)(Trenchless Technology)首先興起于石油、天然氣行業(yè)，主要用于油、氣管道的更新修復(fù)，以后逐步應(yīng)用于污水管及給水管的翻新改造中，并隨著PE管等新型管材的應(yīng)用而迅速推廣。其工藝主要有：
①管道在線修復(fù)翻新工藝——內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝(Sliplining)、無(wú)縫襯裝(Close-Fit Lining)、管道翻襯(Cured-in-Place Lining)、管道噴涂襯裝(Spray Lining)；
②在線管道更新工藝——爆(碎)管襯裝(Pipe Bursting)；
③非在線敷管工藝——非定(導(dǎo))鉆技術(shù)(Impact Moling & Ramming)、定(導(dǎo))鉆技術(shù)(Guid ed Boring & Directional Drilling)、頂管及微型隧道施工工藝(Pipe Jacking & Microtu nnelling)。
2 管道在線不開(kāi)挖更新技術(shù)
表1綜合了管道在線不開(kāi)挖更新技術(shù)的各自適用范圍及局限性。
2.1 內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝
該方法是將一條新的PE管拉入到舊的管道中，內(nèi)襯管前端要裝圓錐擴(kuò)管頭以克服拉入過(guò)程中原管道的阻力，同時(shí)利用牽引繩將圓錐擴(kuò)管頭與卷?yè)P(yáng)機(jī)相連。在原有管段的端部要加裝PE管保護(hù)圈以防在PE管拉入時(shí)被劃傷。PE管襯裝完后，為固定內(nèi)襯的PE管還要在原有管道和PE管之間灌注水泥砂漿。施工當(dāng)中PE管可以事先用對(duì)熔焊機(jī)焊接好，小管徑的PE管還可以裝配成管道盤輪，這樣可以極大地減少拉入襯裝的時(shí)間。一次拉入的長(zhǎng)度可超過(guò)100m，在分支管、消火栓、閥門等處要挖工作坑并于PE管上開(kāi)口以接支管。
一般內(nèi)襯PE管的管徑小于原有管道的管徑，襯入PE管后，雖然管道的摩擦系數(shù)減小，但其橫截面積也變小，故管道的過(guò)水能力最大可下降30%。
2.2 無(wú)縫襯裝
該法是將直徑大于或等于原管道管徑的PE管襯入管道，襯裝后PE管變形復(fù)原并與原有管道內(nèi)壁緊緊貼在一起而無(wú)需灌入砂漿固定。施工中所使用的PE管一般為高、中密度的薄壁聚乙烯管材，襯裝的方法類似于滑(拉)入襯裝工藝。該法的關(guān)鍵是要在襯裝前將內(nèi)襯管的截面積減小。截面的變形可以是彈性的或半永久塑性的，變形管的復(fù)原可以是自然的或是通過(guò)注入外界的高壓或高溫介質(zhì)(如壓力水、高溫水、高壓蒸汽)而屈服復(fù)原。變形的方法為：①將PE管拉長(zhǎng)(在管壁厚度不變的情況下，當(dāng)某種PE管被拉長(zhǎng)4%時(shí)則管徑將縮小6%)，襯入后，由于不再受拉力的作用而使管長(zhǎng)縮短、管徑變大，從而達(dá)到無(wú)縫貼襯的目的；②將管道橫截面變形(PE管在生產(chǎn)時(shí)被擠壓)，再通過(guò)專用的設(shè)備將橫截面變?yōu)椤癠”或“C”形，也可以在現(xiàn)場(chǎng)將PE管沿管壁圓周方向扭曲變形，然后進(jìn)行襯裝并利用水壓、高溫水或高壓蒸汽的作用將變形的管道復(fù)原。無(wú)縫襯裝需要較高的技術(shù)水平，要精確計(jì)算內(nèi)襯PE管的橫截面變化情況，同時(shí)還需要特制的內(nèi)襯管縮徑鋼模或扭曲鋼模等設(shè)備。
表1 在線不開(kāi)挖管道更新技術(shù)比較 項(xiàng)目 適用管徑(mm) 襯裝后管道斷面面積變化 技術(shù)優(yōu)勢(shì) 技術(shù)局限
內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝 63～2 000 減小10% ～30% 施工速度快；施工技術(shù)水平要求不高；襯裝可以適應(yīng)大角度的彎頭；造價(jià) 比傳統(tǒng)開(kāi)挖工藝稍高。 襯裝連續(xù)管時(shí)需開(kāi)挖管線以引入工作坑；管道的斷面減小量大；恢復(fù)支管供水需要在連接處開(kāi)挖；施工時(shí)水流必須改線。
無(wú)縫襯裝 50～1 100 一般減小5%～15% 無(wú)需灌漿；施工速度快；管道斷面減少量��；襯裝可以適應(yīng)大角度的彎頭。 待修復(fù)的管線須相當(dāng)直；襯裝前須在支管連接處進(jìn)行開(kāi)挖；只能修復(fù)圓形截面管道；原有管線的變形和偏移會(huì)對(duì)施工造成影響；“U”型內(nèi)襯管會(huì)因有缺陷而中止管道拉進(jìn)；施工設(shè)備需要空間很大的放置場(chǎng)地；需在施工前取消待修復(fù)管段中的彎頭。
管道翻襯 75～1 000 減小10% 施工速度快；可以適應(yīng)管道斷面變化；無(wú)需灌漿；襯裝可通過(guò)彎頭，但可能會(huì)在彎頭處產(chǎn)生褶皺。 僅有幾種樹(shù)脂被準(zhǔn)許使用；支管連接處在切割完后可能需要密封接口；施工的技術(shù)水平要求較高；施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施搭建需要較高的費(fèi)用。
管道噴涂襯裝 環(huán)氧樹(shù)脂噴涂：50～1200水泥砂漿噴涂：＞75mm 變化很小 無(wú)需重新在支管連接處開(kāi)口；可以改善管道的水流特性；僅需要極少的開(kāi)挖；造價(jià)比傳統(tǒng)開(kāi)挖工藝低。 施工過(guò)程中需要另外的臨時(shí)供水管；噴涂修復(fù)的時(shí)間較長(zhǎng)；非結(jié)構(gòu)性襯裝，對(duì)原有管道的結(jié)構(gòu)性修復(fù)能力非常有限。
爆(碎)管襯裝 40～500 可增大斷面 施工速度比傳統(tǒng)開(kāi)挖的快；可以保持或增大管道的過(guò)水能力。 碎管設(shè)備的震動(dòng)可能會(huì)影響周邊其他的市政管道或結(jié)構(gòu)設(shè)施；恢復(fù)支管供水需要在連接處開(kāi)挖；水力擴(kuò)管碎管設(shè)備會(huì)使舊管不定向破碎，碎片會(huì)對(duì)襯裝管的長(zhǎng)期性能造成影響；遇到一些無(wú)法預(yù)見(jiàn)的情況(如舊管四周包有混凝土、無(wú)記錄的管道接頭以及不利的土壤環(huán)境等)時(shí)，開(kāi)挖在所難免；襯管無(wú)法通過(guò)舊管段上的彎頭。
2.3 管道翻襯
管道翻襯的內(nèi)襯材料一般是由較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無(wú)紡纖維等多孔材料做骨架，經(jīng)飽和樹(shù)脂材料浸漬而成，在材料的外層一般覆蓋一層隔水膜，翻轉(zhuǎn)襯入管道后，該隔水膜成為新管道的內(nèi)層，主要起止水作用。施工中在水壓、氣壓或卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力的作用下，內(nèi)襯材料翻轉(zhuǎn)進(jìn)入管道之后在熱水水溫或蒸汽氣溫的作用下樹(shù)脂固化，內(nèi)襯材料形成堅(jiān)硬的管道內(nèi)壁而成為管道骨架的一部分。管道翻襯一次施工的長(zhǎng)度可達(dá)100m以上，翻襯完后，在各支管、消火栓、閥門等處挖工作坑進(jìn)行人工開(kāi)孔接支管，也可通過(guò)專用的設(shè)備開(kāi)孔。翻襯施工的工期較長(zhǎng)，并且對(duì)水質(zhì)的要求較高。
2.4 管道噴涂襯裝
該方法將水泥砂漿或環(huán)氧樹(shù)脂作為噴涂材料，通過(guò)在卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力作用下的旋轉(zhuǎn)噴頭或者人工方法將材料直接噴涂在原管道內(nèi)壁以進(jìn)行翻新。施工時(shí)需沿管線在合適的地方設(shè)置工作坑(間距為100m)。噴涂襯裝前必須將原管道清拭干凈并用專用的探察設(shè)備(CCTV)進(jìn)行探視以保證管內(nèi)壁沒(méi)有殘留物和附著水。一般環(huán)氧樹(shù)脂的噴涂厚度為1mm，而水泥砂漿的噴涂厚度為4mm。需要注意的是，噴涂材料有時(shí)會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響，所以在對(duì)給水管道進(jìn)行噴涂襯裝時(shí)，材料的選擇就尤為重要。
2.5 爆(碎)管襯裝
該方法主要適用于原有管為易碎管材(如灰口鑄鐵管等)且管道老化嚴(yán)重的情況。新管的管徑可以比原有管道管徑大，具體施工方法是將碎管設(shè)備放入舊管中，由卷?yè)P(yáng)機(jī)或沖壓桿拉動(dòng)并沿途將舊管破碎，在碎管設(shè)備后連有擴(kuò)管頭(擴(kuò)管頭的直徑大于原有舊管)，一方面負(fù)責(zé)將破碎的舊管壓入到周圍的土壤中，另一方面將內(nèi)襯的PE管拖入原管位。
3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
表2給出了各種技術(shù)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
表2 在線不開(kāi)挖管道更新技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 項(xiàng)目 典型施工速度(m/d)* 施工費(fèi)用(以管徑為150mm為例)(元/m)
內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝 100 492
無(wú)縫襯裝 60～120 740
管道翻襯 100～200 980～1 230
管道噴涂襯裝 100 水泥砂漿噴涂：333環(huán)氧樹(shù)脂噴涂：492
爆(碎)管襯裝 100 740
注：*施工速度是在滿足8 h內(nèi)使更新管道恢復(fù)供水的條件下得出的，而不是因?yàn)榧夹g(shù)本身的限制。
4 結(jié)語(yǔ)
各種在線不開(kāi)挖管道更新技術(shù)均各有其局限性，選擇施工方案時(shí)應(yīng)調(diào)查清楚原有管道的管徑、管材并了解其供水服務(wù)情況、施工斷水對(duì)服務(wù)區(qū)的影響、允許的停水時(shí)間、對(duì)翻新后管道過(guò)水能力的要求、管段中支管的數(shù)量和位置、橫縱向彎頭的數(shù)量和位置、管線周圍其他市政管線的位置(尤其是煤氣管、高壓電纜等)、管段所處街道的交通狀況以及施工時(shí)可能造成的擾民程度等，在綜合考慮以上各種因素并結(jié)合各種技術(shù)的適應(yīng)性與局限性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，才能最終得出最好的施工方案。
給水管道不開(kāi)挖更新技術(shù)在歐美、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已十分成熟，在我國(guó)也具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
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