給水管道在線不開挖更新技術
作者:佚名
在常年的運行中，由于物理、化學、電化學、微生物等的作用，在給水管道的內壁會逐漸形成不規則的“生長環”，且隨著管齡的增長而不斷增厚，使得過水斷面面積減小、輸水能力降低并嚴重污染水質，同時，管道由于缺少維護而漏損嚴重。
傳統的改造方法是開挖敷設一條新的給水管道(舊管道報廢)，但由于這些超齡管大都敷設在人口稠密、商業繁榮的市區，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，故改造工程的實施存在著相當的難度。為解決這一問題，不開挖更新管道技術應運而生。由于該技術具有施工場地小、施工簡單等優點，很快得到了廣泛應用。
1 管道在線不開挖技術
不開挖技術(Trenchless Technology)首先興起于石油、天然氣行業，主要用于油、氣管道的更新修復，以后逐步應用于污水管及給水管的翻新改造中，并隨著PE管等新型管材的應用而迅速推廣。其工藝主要有：
①管道在線修復翻新工藝——內襯管滑(拉)入襯裝(Sliplining)、無縫襯裝(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)鉆技術(Impact Moling & Ramming)、定(導)鉆技術(Guid ed Boring & Directional Drilling)、頂管及微型隧道施工工藝(Pipe Jacking & Microtu nnelling)。
2 管道在線不開挖更新技術
表1綜合了管道在線不開挖更新技術的各自適用范圍及局限性。
2.1 內襯管滑(拉)入襯裝
該方法是將一條新的PE管拉入到舊的管道中，內襯管前端要裝圓錐擴管頭以克服拉入過程中原管道的阻力，同時利用牽引繩將圓錐擴管頭與卷揚機相連。在原有管段的端部要加裝PE管保護圈以防在PE管拉入時被劃傷。PE管襯裝完后，為固定內襯的PE管還要在原有管道和PE管之間灌注水泥砂漿。施工當中PE管可以事先用對熔焊機焊接好，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間。一次拉入的長度可超過100m，在分支管、消火栓、閥門等處要挖工作坑并于PE管上開口以接支管。
一般內襯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減小，但其橫截面積也變小，故管道的過水能力最大可下降30%。
2.2 無縫襯裝
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管變形復原并與原有管道內壁緊緊貼在一起而無需灌入砂漿固定。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。該法的關鍵是要在襯裝前將內襯管的截面積減小。截面的變形可以是彈性的或半永久塑性的，變形管的復原可以是自然的或是通過注入外界的高壓或高溫介質(如壓力水、高溫水、高壓蒸汽)而屈服復原。變形的方法為：①將PE管拉長(在管壁厚度不變的情況下，當某種PE管被拉長4%時則管徑將縮小6%)，襯入后，由于不再受拉力的作用而使管長縮短、管徑變大，從而達到無縫貼襯的目的；②將管道橫截面變形(PE管在生產時被擠壓)，再通過專用的設備將橫截面變為“U”或“C”形，也可以在現場將PE管沿管壁圓周方向扭曲變形，然后進行襯裝并利用水壓、高溫水或高壓蒸汽的作用將變形的管道復原。無縫襯裝需要較高的技術水平，要精確計算內襯PE管的橫截面變化情況，同時還需要特制的內襯管縮徑鋼模或扭曲鋼模等設備。
表1 在線不開挖管道更新技術比較 項目 適用管徑(mm) 襯裝后管道斷面面積變化 技術優勢 技術局限
內襯管滑(拉)入襯裝 63～2 000 減小10% ～30% 施工速度快；施工技術水平要求不高；襯裝可以適應大角度的彎頭；造價 比傳統開挖工藝稍高。 襯裝連續管時需開挖管線以引入工作坑；管道的斷面減小量大；恢復支管供水需要在連接處開挖；施工時水流必須改線。
無縫襯裝 50～1 100 一般減小5%～15% 無需灌漿；施工速度快；管道斷面減少量小；襯裝可以適應大角度的彎頭。 待修復的管線須相當直；襯裝前須在支管連接處進行開挖；只能修復圓形截面管道；原有管線的變形和偏移會對施工造成影響；“U”型內襯管會因有缺陷而中止管道拉進；施工設備需要空間很大的放置場地；需在施工前取消待修復管段中的彎頭。
管道翻襯 75～1 000 減小10% 施工速度快；可以適應管道斷面變化；無需灌漿；襯裝可通過彎頭，但可能會在彎頭處產生褶皺。 僅有幾種樹脂被準許使用；支管連接處在切割完后可能需要密封接口；施工的技術水平要求較高；施工現場的設施搭建需要較高的費用。
管道噴涂襯裝 環氧樹脂噴涂：50～1200水泥砂漿噴涂：＞75mm 變化很小 無需重新在支管連接處開口；可以改善管道的水流特性；僅需要極少的開挖；造價比傳統開挖工藝低。 施工過程中需要另外的臨時供水管；噴涂修復的時間較長；非結構性襯裝，對原有管道的結構性修復能力非常有限。
爆(碎)管襯裝 40～500 可增大斷面 施工速度比傳統開挖的快；可以保持或增大管道的過水能力。 碎管設備的震動可能會影響周邊其他的市政管道或結構設施；恢復支管供水需要在連接處開挖；水力擴管碎管設備會使舊管不定向破碎，碎片會對襯裝管的長期性能造成影響；遇到一些無法預見的情況(如舊管四周包有混凝土、無記錄的管道接頭以及不利的土壤環境等)時，開挖在所難免；襯管無法通過舊管段上的彎頭。
2.3 管道翻襯
管道翻襯的內襯材料一般是由較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無紡纖維等多孔材料做骨架，經飽和樹脂材料浸漬而成，在材料的外層一般覆蓋一層隔水膜，翻轉襯入管道后，該隔水膜成為新管道的內層，主要起止水作用。施工中在水壓、氣壓或卷揚機拉力的作用下，內襯材料翻轉進入管道之后在熱水水溫或蒸汽氣溫的作用下樹脂固化，內襯材料形成堅硬的管道內壁而成為管道骨架的一部分。管道翻襯一次施工的長度可達100m以上，翻襯完后，在各支管、消火栓、閥門等處挖工作坑進行人工開孔接支管，也可通過專用的設備開孔。翻襯施工的工期較長，并且對水質的要求較高。
2.4 管道噴涂襯裝
該方法將水泥砂漿或環氧樹脂作為噴涂材料，通過在卷揚機拉力作用下的旋轉噴頭或者人工方法將材料直接噴涂在原管道內壁以進行翻新。施工時需沿管線在合適的地方設置工作坑(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備(CCTV)進行探視以保證管內壁沒有殘留物和附著水。一般環氧樹脂的噴涂厚度為1mm，而水泥砂漿的噴涂厚度為4mm。需要注意的是，噴涂材料有時會對水質產生影響，所以在對給水管道進行噴涂襯裝時，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備放入舊管中，由卷揚機或沖壓桿拉動并沿途將舊管破碎，在碎管設備后連有擴管頭(擴管頭的直徑大于原有舊管)，一方面負責將破碎的舊管壓入到周圍的土壤中，另一方面將內襯的PE管拖入原管位。
3 技術經濟比較
表2給出了各種技術的相關經濟指標。
表2 在線不開挖管道更新技術經濟指標 項目 典型施工速度(m/d)* 施工費用(以管徑為150mm為例)(元/m)
內襯管滑(拉)入襯裝 100 492
無縫襯裝 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環氧樹脂噴涂：492
爆(碎)管襯裝 100 740
注：*施工速度是在滿足8 h內使更新管道恢復供水的條件下得出的，而不是因為技術本身的限制。
4 結語
各種在線不開挖管道更新技術均各有其局限性，選擇施工方案時應調查清楚原有管道的管徑、管材并了解其供水服務情況、施工斷水對服務區的影響、允許的停水時間、對翻新后管道過水能力的要求、管段中支管的數量和位置、橫縱向彎頭的數量和位置、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可能造成的擾民程度等，在綜合考慮以上各種因素并結合各種技術的適應性與局限性及技術經濟比較后，才能最終得出最好的施工方案。
給水管道不開挖更新技術在歐美、日本等經濟發達國家的應用已十分成熟，在我國也具有廣闊的發展和應用前景。
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