摘要：城市给水管网作为市政基础设施的重要组成部分，其设施结构的安全运行直接影响着人们的日常生活及工作。本文结合具体工作实例，从城市自来水管网存在的问题入手，详细阐述了非开挖技术在自来水管道修复中的应用，并对其技术施工注意事项进行了分析探究，以期为有关方面提供参考借鉴。
关键词：非开挖技术；管道修复；应用
非开挖技术是指运用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在地表极小部分开挖的情况下，进行地下管道等工程项目的铺设及修复的施工新技术。该技术的环境影响小、综合成本低、施工周期短、施工安全性好，在市政地下管线工程建设中应用广泛。随着城市化进展不断加快，更多的地下管道工程将得以建设施工，非开挖技术将会发挥出其拥有的应用价值，为市政工程提供良好的技术支持，现针对于此进行研究分析。
1 城市自来水管网的基本情况
在我国，城市供水管网于19世纪末建立并在20世纪初形成的，20世纪50年代开始进入稳步增长的态势，90年代后进入高速发展期，这段时期，城市自来水管网应用的特点是：
管道材质——20世纪90年代以前的一百多年，φ75mm以上口径主要以铸铁管为主，φ50mm以下的则是镀锌钢管。20世纪90年代开始，φ75mm以上口径普遍使用球墨铸铁管，φ50mm以下的使用衬塑镀锌钢管、U-PVC管及PE管，但超大口径的还是以钢管为主。
管道接口——早期的铸铁管接口以青铅为主，20世纪50年代初开始使用石棉水泥刚性接口，φ500mm以上口径的管道使用胶圈石棉水泥接口，还少量使用过胶圈膨胀水泥接口，20世纪90年代胶圈滑入式柔性接口普遍使用，目前所有的球墨铸铁管都采用胶圈滑入式柔性接口；钢管接口采用焊接方式；U-PVC管则采用胶圈滑入承插接口；PE管则有热熔对接和承插等方式。
管道防护——20世纪60年代以前的管道内防护主要采用沥青，从1967年7月开始普遍采用水泥砂浆作为管道内衬，也使用过环氧煤沥青作内防护涂料。
2 城市自来水管网存在的问题及修复的迫切性
目的，城市供水的各水厂的出厂水水质一般都符合国家用水卫生标准，但由于供水管道应用年代久远，经管道输配和二次供水设施，供水水质均受到不同程度的影响，反映水质问题的投诉不断发生。
市政供水管网部分的主要问题是：
1）部分使用时间较长、产品质量又不好的管道和管件，导致部分管道结垢严重，使流水不畅，水质变差，严重影响到用户使用。
2）少量管网管道口径由于锈蚀严重，管道管径变小，流量变小，流速慢，余氯降低，导致水质变差。
3）施工质量不好和阀门操作不当引起水质浊度上升。
4）不少自来水管道已经使用了30～80年的时间，也到了必须修复的时期。
5）特别是近几年来，城市大规模建设，地面不均匀沉降情况时有发生，导致管道破裂，漏水损失严重，供水厂的产销差高达18%。
但是，关于个别旧区内的建设规划布置不尽合理，楼房之间的间距狭小，地下管线复杂，且由于年代久远，管线资料不齐全，造成施工难度大。加之交通极度拥堵的现实，使得许多道路都不允许开挖。针对这些情况及大量的二次供水质量问题和管道爆管、渗漏，供水管道的修复问题刻不容缓，遂致管道修复非开挖施工进入了开发和探索应用阶段。
3 管道非开挖修复技术
城市供水管网修复非开挖技术开发主要考虑了经济、实用和竞争性，更侧重于市场的需求，这里介绍几种我们在实验性施工中运用的几项技术：
3.1 等径压缩内衬拖管法
以前，大口径拖管法主要用于天然气管道、石油管道的修复，现在，城市自来水管道修复中也开始应用该技术进行管道修复。
等径压缩内衬拖管法修复技术是充分利用高密度聚乙烯作为半结晶聚合物的承压能力强、塑性好的优点而发展起来，由于HDPE材料能满足自来水输送的卫生要求，因此在自来水管道中得到运用。
该施工方法的前期工作是搞清楚原有管道的走向、埋深、管材连接方式、内径、管材损毁状况以及原有管道的支管、消防栓的位置，根据这些情况，确定工作坑和接受坑的位置、深度、长度、HDPE管的直径、厚度，并通过计算确定等径压缩量、牵引力。具体施工时是采用一台能满足额定牵引力的牵引机，拖动HDPE管，经过一台缩径机，实现等径压缩，进入管道。HDPE管的接长是采用热熔焊接，步骤是：准备好热熔焊接机，焊接机由框架、刨平板、加热镜面板组成，焊接参数根据材料供应商提供的数据为主；将管道要焊接的部分插入框架，把要焊接的2个面刨平，清洁；用焊机贴接2个需焊接的管道，加热至220℃；试压将2根管道对接。管道接长后，将HDPE管拖入原管，到接受井位置后，被缩径的管道会逐渐恢复变形，与原管壁逐渐贴合，合为一体。
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我们采用等径压缩内衬拖管法，进行一个管径φ300mm的自来水管道修复工程，在所有准备工作都做好后（包括二端开坑、拆除阀门、施工设备、材料等），缩径拖管过程当天就完成，在不考虑绿化搬迁等附加成本的情况下，采用等径压缩内衬拖管法修复管道与重新铺设管道的成本之比为50%左右。
该施工方法的优点是充分利用了管道材料的特性，施工设备简单、施工速度快、成本低，是一种好方法。但也存在一些缺点：径缩量过大时，会造成永久变形；由于各种原因（如环境、天气、人为因素等）导致HDPE管在施工过程中断裂；原管道处若地基沉降变形、严重错位会使牵引时发生卡管，导致原管道报废，比较难处理；原管已严重锈蚀或管材受损使强度下降时，施工过程中可能会发生爆管。所以在施工前，我们一定要对原有管材情况进行分析，根据实际管材的情况制订合适的施工方案，要充分考虑管径、压缩量的取值，并在施工过程中注意牵引力的变化，设置牵引力显示表，注意牵引力的突变情况，以避免上述不利情况的发生。一般来说，等径压缩内衬拖管法内衬后内管径将会减小，从流量的角度考虑，用于φ150mm以上口径的管道修变比较合适。
3.2 翻转内衬法
我们还在一个φ500mm上水管道的工程中采用翻转内衬法进行了实验性施工，该工程采用的内衬管为厚7mm全结构衬管，承载压力为1MPa，可以在不依赖所修复原管的情况下独立承压，内衬管结构为带涂层的毡、玻璃纤维层、毡这3层组成。如果需要，可以再加1层玻璃纤维，但为了减少不必要的截面积损失，一般采用3层结构即可。内村管表面涂层材料是低浓度聚乙烯（LLDPE），这种材料防漏水性能好，表面光滑使其可以减少对流水的摩擦阻力，关键是这种材料符合食品卫生检验标准，可用于自来水。内衬管与原母管的黏合剂也是经过食品卫生检验的、可用于饮用水的环氧树脂，使用时由环氧树脂和固化剂按一定配比混合搅拌组合成黏合剂。
管道清洗是翻转内衬法的重要一环，在清洗前我们先用TV管道检视小车检视，了解管道的内部情况，然后制订清洗方案，我们采用的是90MPa/cm2的高压水枪清洗车，清洗的效果是要保持原有的牢固的水泥砂浆涂层仍保留黏附在原管道上，而把已松动的水泥砂浆和管道表面的锈蚀物冲走，清洗后的管道做到无尘、无颗粒、无油污，以确保之后的黏结施工有效。在高压水枪冲洗后，还要用橡胶刮板和海绵球进行管道清理，清除残存的垃圾和积水。
施工工艺流程：前期准备工作→开挖工作坑→TV视频检测→管线清洗→清洗后再检测→设备定位→内衬管材料充填作业→翻转并进入原管→加热固化作业→TV视频检测→闭水试验。
在施工中我们制作了一个专用滚动平台，将折平的纤维管平铺在平台上。由于内衬管主要材料是毡和纤维，中间有很小的空隙，若留有空气会影响黏合剂的充分渗入，故我们将一端封闭，把未封闭的一端接真空机，抽空、排出气体，然后将热固树脂均匀注入，通过滚压使热固树脂在管内均匀分布，最后送入有巨大内腔的专用设备车内，在腔内将管内翻，用牵引机拖入所要修复的管道内，再通过高压蒸汽固化并与原管道压实，自然冷却后形成新的复合管。
该工艺施工时间比较短，但由于材料与设备价格较高，管道修复费用亦比较高，故应用于φ200mm以上口径的管道比较合适。
3.3 内涂层法
内涂层法有水泥砂浆内涂层、环氧树脂内涂层等，我们在治理某小区供水管道锈蚀严重、水质变黄的情况时，采用了高压旋喷食用环氧树脂内涂层施工，该方法适用小口径管道的修复，成本较低、施工速度较快。特别是管径100mm以下的优势明显，其施工流程基本如下：
1）在了解管线的走向、材质、管龄等基本情况后，用敲击听音、钻孔查看、水流量、水流速度分析等方法，判断管道的情况，确定修复可行性，制订方案。
2）排除管内的水，接着通入热气使管壁干燥，再将除锈设备与管道连接，向管内喷射高压旋转石英砂进行除锈，在高速旋转气流作用下，使石英砂旋转，反复撞击管壁，达到除锈目的。然后，向管道内接入高压水冲洗，冲洗完成后，接入60～80℃热空气使管壁干燥。
3）进行喷涂施工，喷涂设备与管道连接，用高压气流将配制好的环氧树脂进行喷涂，使涂料在管内壁形成涂膜。喷涂过程中要注意控制气流速度，保证涂膜均匀。
4）向管内送入60℃热空气，加快涂膜固化。
5）进行清洗消毒和水压试验。
6）在通水24h后，对管内水进行取样检查，根据国家对水质相关标准的规定，确保符合卫生要求。
采用环氧树脂内涂层管道修复法使小区内小口径管道修复非常快捷，一根单支管基本能做到当天修复并恢复使用，对居民的生活用水影响较小。环氧树脂内涂层管道修复法的施工成本是换管的50%左右。但该工艺在下雨天、湿度大的天气不宜施工，由于是气体高压喷涂，故对φ100mm以下口径的管道修复比较有效，不适宜大口径管道应用。
4 结语
综上所述，在进行城市自来水管道修复工作时，为降低在施工过程中对周边环境建筑的多方面影响，非开挖技术的应用是关键，通过根据具体的在施工情况，结合规范合理的非开挖施工技术，维护好市政给水管道施工整体质量，从而确保城市发展建设的顺利。
参考文献：
[1]蔡晓武，杨克军.非开挖管道修复技术在围垦区域市政管道中的应用[J].中国给水排水.2016（12）.
[2]余洋.非开挖管道修复技术[J].化学工程与装备.2016（06）.
论文作者:李昌盛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：管道论文; 内衬论文; 自来水论文; 管网论文; 涂层论文; 技术论文; 口径论文; 《基层建设》2017年第25期论文;