给水管道不开挖更新与敷设技术综述

黄宇阳 韩德宏
深圳市自来水（集团）有限公司

　　随着城市的发展，城市给水管网的规模也不断扩大，大批的给水管道由于铺设的时间久远，缺少维护而漏捉拿严重；同时，由于内壁腐蚀、结垢等原因，管道的过水面积减少，输水能力降低，并且严重地污染的水质，因此，有必要对给水管道进行分期分批地改造，以改善水质，降低漏耗，增加过水能力。
　　传统的改造技术是开挖铺设一条新的给水管道，报废旧的给水管道。由于开挖需要大面积施工场地，在建城区实施存在相当的难度，为解决这一问题，不开挖修复、更新管道技术应运而生。由于不开挖技术具有施工场地小，施工简单，造价较低等优点，所以很快得到了广泛的应用。
　　不开挖技术（Trenchless Technology)首先兴起于石油、开然气行业，主要进行油、气管线的更新改造，以后逐步引入到自来水行业，随首PE管等新管材的应用而得到很大的推广。不开挖技术进行管道更新的方法很多，综合起来有：内衬管滑（拉）入衬装、管道翻衬、爆（碎）管衬装、定（导）向钻技术、管内壁喷涂等五大类，各类方法中按内衬管材、施工条件等不同而衍生了一些不同的施工技术，这些技术稍有差异。以下对这五类方法做一简要的介绍。

一、几种常用的不开挖管道更新方法介绍

1、内衬管滑（拉）入衬（Slip Lining)
　　该方法是将一条新的PE管拉入到耐用消费品有旧管道中。具体的施工方法如下：对于小管径PE管，首先在工厂中用对熔焊机将PE管焊接好，利用管道盘轮运到施工现场。对于大管径PE管，可将一根根的PE管（一般为十几米长）运至施工现场，再在管线拉入前利用对熔焊机将管道连起来。然后利用卷扬机将PE管道拉入原有管道（见示意图la）。原有管段端部要加装PE管保护圈，以防PE管拉入时被划伤，内衬PE管前端要装圆锥扩管头，以便克服原有管线的阻力。PE管拉入后，要在前后端部原有管道与PE管之间灌注水泥砂浆，以固定内衬PE管，一次拉入的长度可达几百米，在支管接入、消火栓、阀门等处要挖工作坑，人工在PE管上开口。
图la 内衬管滑（拉入）衬装

　　内衬PE管的办法随着优质PE管材的逐渐推广而得到广泛应用。一般内衬PE管的管径总是小于原有管道的管径，衬入PE管后，虽然管道的摩擦阻力系数变小，但管道的横截面积也会变小，有资料表明，综合以上两个因素，管道的过水能力实际最大可能下降30%，为了解决这个问题，又出现了新的PE管内衬施工办法——无缝衬装。
　　无缝衬装（Close-Fit Lining)是将直径大于或等于原有管道管径的PE管衬入管道的方法，所使用的PE管一般为低、中密度的薄壁聚乙烯管材。其施工的过程与滑（拉）入衬装基本相同（见示意图lb），不同点在于管道衬装前要想办法减小管的截面积。截面变化的变形可以是弹性的、也可以是半永久的塑性的，方法有两种，一种是将PE管拉长，以减小管径，从而减小截面积，有资料表明，在管壁厚度不变的情况下，某种PE管道拉长4%，管径将缩小规模%。PE管衬入后，由于不再受拉力的作用，长度将缩短，管径将变大，复原后内衬管线将与原有管线紧紧套在一起，两层管线之间不再需要灌水泥沙浆固定。

　　减小内衬管截面积的另一种方法是将管道横截面变形，可在PE管出厂前通过专用的设备将横截面变为“U”或“C”字形，也可以在施工现场拉入PE管前将PE管沿管壁圆周方向扭曲，从而达到变形的目的。变形后的管道可以按滑（拉）入衬装的方法由卷扬机拉入，然后再利用水压或高温水的作用将变形的管线复原。
　　管道拉入衬装的方法占地少，施工简单，材料来源广，施工工期短，但由于各支管开口处需开挖，因此施工工程量较大，PE管衬入后，会减小过水能力，而无缝衬装需要较高的技术水平，要精确计算内衬PE的管的横截面变化情况，同时，PE管衬装还需要对接热熔焊机及特制的内衬管缩径钢模或扭曲钢模等特殊的设备。
2、管道翻衬（Cured-In-Place Lining)
　　管道翻衬的内衬材料一般是由较柔韧的聚合物、玻璃纤维布或无纺纤维等多孔材料做骨架，饱和浸渍树脂材料而成，材料的外层一般覆盖一层隔水膜，翻转衬入管道后，该隔水膜成为新管道的内层，主要起止水作用。翻转的过程见示意图形控制，在水压、气压或卷扬机拉力的作用下，内衬材料反转进入管道的内壁，完成后，在热水水温或氯温的作用下，树脂固化，内衬材料形成坚硬的管道内壁，成为管道骨架的一部分。
　　管道翻衬的特点是施工简单，占地少，无须投入专用的设备，一次翻衬的长度可达几百米，翻衬完成后，在支管、消火栓、阀门等处要挖工作坑进行人工开孔，也可通过专用设备开口。但翻衬施工的工期较长，且由于给水管道中的水质要求较高，用于给水管道上的内衬骨架材料和树脂是有限制的，应加以慎重选择。

3、爆（碎）管衬装（Bursting Lining)
　　该方法主要适用于原有管线为易脆管材，如灰口铸铁管等，且管道老化严重的情况。新管的管径可以比原有管道管径大，具体施工方法（见示意图3）是将碎管设备放入旧管中，由卷扬机拉动沿旧管前进，沿途由碎管设备将旧管破碎，在碎管设备后连着扩管头，扩管头的管径比原有旧管大，负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中，紧跟着是内衬管线，一般为PE管材，管径小于扩管头，在卷扬机的拉动下拖入原有管道的管位。
　　矿井管设备有许多种，大致可以分为三类，一类为气动碎管设备、一类为液压碎管设备，一类为刀具切割碎管设备。其中以美国发展的刀具切割碎管设备较为常用，其结构由半径大于原有管道的切割圆周向的切割刀具构成，在切割刀具后面紧接衬装新管。
碎管衬装完全摆脱了PE管内衬时减小过水能力的缺点，其施工工期较短，一次安装的长度可达几百米，在支管、消火栓、阀门等处需要局部开挖。对于埋深较浅的管线，碎管设备的震动可能会对地面造成影响。