给水管道在线不开挖更新技术

方勇¹，詹永光²，赵国成³
(1.阿特金斯顾问＜深圳＞有限公司，广东深圳518008；
2.泉州市自来水集团，福建泉州362000；3.深圳市机电设备安装公司，广东深圳518040)

　　摘　要：对目前国内外常用的给水管道在线不开挖更新技术进行了系统的综述，比较、阐述了各种技术的适用性、局限性以及相关的技术经济指标，并提出了技术方案的选择原则。
　　关键词：给水管道；不开挖；更新技术
　　中图分类号：TU991.3
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)11-0090-03

　　在常年的运行中，由于物理、化学、电化学、微生物等的作用，在给水管道的内壁会逐渐形成不规则的“生长环”，且随着管龄的增长而不断增厚，使得过水断面面积减小、输水能力降低并严重污染水质，同时，管道由于缺少维护而漏损严重。
　　传统的改造方法是开挖敷设一条新的给水管道(旧管道报废)，但由于这些超龄管大都敷设在人口稠密、商业繁荣的市区，管道周边充塞着污水、雨水、煤气、热力、电力、通讯电缆等其他市政管道和设施，有部分管线上方还骑压着建筑物或完全被压在道路下方，故改造工程的实施存在着相当的难度。为解决这一问题，不开挖更新管道技术应运而生。由于该技术具有施工场地小、施工简单等优点，很快得到了广泛应用。

1　管道在线不开挖技术

　　不开挖技术(Trenchless Technology)首先兴起于石油、天然气行业，主要用于油、气管道的更新修复，以后逐步应用于污水管及给水管的翻新改造中，并随着PE管等新型管材的应用而迅速推广。其工艺主要有：
　　①管道在线修复翻新工艺——内衬管滑(拉)入衬装(Sliplining)、无缝衬装(Close-Fit Lining)、管道翻衬(Cured-in-Place Lining)、管道喷涂衬装(Spray Lining)；
　　②在线管道更新工艺——爆(碎)管衬装(Pipe Bursting)；
　　③非在线敷管工艺——非定(导)钻技术(Impact Moling & Ramming)、定(导)钻技术(Guid ed Boring & Directional Drilling)、顶管及微型隧道施工工艺(Pipe Jacking & Microtu nnelling)。

2　管道在线不开挖更新技术?

　　表1综合了管道在线不开挖更新技术的各自适用范围及局限性。
2.1 内衬管滑(拉)入衬装
　　该方法是将一条新的PE管拉入到旧的管道中，内衬管前端要装圆锥扩管头以克服拉入过程中原管道的阻力，同时利用牵引绳将圆锥扩管头与卷扬机相连。在原有管段的端部要加装PE管保护圈以防在PE管拉入时被划伤。PE管衬装完后，为固定内衬的PE管还要在原有管道和PE管之间灌注水泥砂浆。施工当中PE管可以事先用对熔焊机焊接好，小管径的PE管还可以装配成管道盘轮，这样可以极大地减少拉入衬装的时间。一次拉入的长度可超过100m，在分支管、消火栓、阀门等处要挖工作坑并于PE管上开口以接支管。
　　一般内衬PE管的管径小于原有管道的管径，衬入PE管后，虽然管道的摩擦系数减小，但其横截面积也变小，故管道的过水能力最大可下降30%。
2.2 无缝衬装
　　该法是将直径大于或等于原管道管径的PE管衬入管道，衬装后PE管变形复原并与原有管道内壁紧紧贴在一起而无需灌入砂浆固定。施工中所使用的PE管一般为高、中密度的薄壁聚乙烯管材，衬装的方法类似于滑(拉)入衬装工艺。该法的关键是要在衬装前将内衬管的截面积减小。截面的变形可以是弹性的或半永久塑性的，变形管的复原可以是自然的或是通过注入外界的高压或高温介质(如压力水、高温水、高压蒸汽)而屈服复原。变形的方法为：①将PE管拉长(在管壁厚度不变的情况下，当某种PE管被拉长4%时则管径将缩小6%)，衬入后，由于不再受拉力的作用而使管长缩短、管径变大，从而达到无缝贴衬的目的；②将管道横截面变形(PE管在生产时被挤压)，再通过专用的设备将横截面变为“U”或“C”形，也可以在现场将PE管沿管壁圆周方向扭曲变形，然后进行衬装并利用水压、高温水或高压蒸汽的作用将变形的管道复原。无缝衬装需要较高的技术水平，要精确计算内衬PE管的横截面变化情况，同时还需要特制的内衬管缩径钢模或扭曲钢模等设备。

表1　在线不开挖管道更新技术比较 项目 适用管径(mm) 衬装后管道断面面积变化 技术优势 技术局限 内衬管滑(拉)入衬装 63～2 000 减小10% ～30% 施工速度快；施工技术水平要求不高；衬装可以适应大角度的弯头；造价 比传统开挖工艺稍高。 衬装连续管时需开挖管线以引入工作坑；管道的断面减小量大；恢复支管供水需要在连接处开挖；施工时水流必须改线。 无缝衬装 50～1 100 一般减小5%～15% 无需灌浆；施工速度快；管道断面减少量小；衬装可以适应大角度的弯头。 待修复的管线须相当直；衬装前须在支管连接处进行开挖；只能修复圆形截面管道；原有管线的变形和偏移会对施工造成影响；“U”型内衬管会因有缺陷而中止管道拉进；施工设备需要空间很大的放置场地；需在施工前取消待修复管段中的弯头。 管道翻衬 75～1 000 减小10% 施工速度快；可以适应管道断面变化；无需灌浆；衬装可通过弯头，但可能会在弯头处产生褶皱。 仅有几种树脂被准许使用；支管连接处在切割完后可能需要密封接口；施工的技术水平要求较高；施工现场的设施搭建需要较高的费用。 管道喷涂衬装 环氧树脂喷涂：50～1200水泥砂浆喷涂：＞75mm 变化很小 无需重新在支管连接处开口；可以改善管道的水流特性；仅需要极少的开挖；造价比传统开挖工艺低。 施工过程中需要另外的临时供水管；喷涂修复的时间较长；非结构性衬装，对原有管道的结构性修复能力非常有限。 爆(碎)管衬装 40～500 可增大断面 施工速度比传统开挖的快；可以保持或增大管道的过水能力。 碎管设备的震动可能会影响周边其他的市政管道或结构设施；恢复支管供水需要在连接处开挖；水力扩管碎管设备会使旧管不定向破碎，碎片会对衬装管的长期性能造成影响；遇到一些无法预见的情况(如旧管四周包有混凝土、无记录的管道接头以及不利的土壤环境等)时，开挖在所难免；衬管无法通过旧管段上的弯头。

2.3 管道翻衬
　　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，经饱和树脂材料浸渍而成，在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。施工中在水压、气压或卷扬机拉力的作用下，内衬材料翻转进入管道之后在热水水温或蒸汽气温的作用下树脂固化，内衬材料形成坚硬的管道内壁而成为管道骨架的一部分。管道翻衬一次施工的长度可达100m以上，翻衬完后，在各支管、消火栓、阀门等处挖工作坑进行人工开孔接支管，也可通过专用的设备开孔。翻衬施工的工期较长，并且对水质的要求较高。
2.4　管道喷涂衬装
　　该方法将水泥砂浆或环氧树脂作为喷涂材料，通过在卷扬机拉力作用下的旋转喷头或者人工方法将材料直接喷涂在原管道内壁以进行翻新。施工时需沿管线在合适的地方设置工作坑(间距为100m)。喷涂衬装前必须将原管道清拭干净并用专用的探察设备(CCTV)进行探视以保证管内壁没有残留物和附着水。一般环氧树脂的喷涂厚度为1mm，而水泥砂浆的喷涂厚度为4mm。需要注意的是，喷涂材料有时会对水质产生影响，所以在对给水管道进行喷涂衬装时，材料的选择就尤为重要。
2.5　爆(碎)管衬装
　　该方法主要适用于原有管为易碎管材(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，具体施工方法是将碎管设备放入旧管中，由卷扬机或冲压杆拉动并沿途将旧管破碎，在碎管设备后连有扩管头(扩管头的直径大于原有旧管)，一方面负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中，另一方面将内衬的PE管拖入原管位。

3　技术经济比较

　　表2给出了各种技术的相关经济指标。

表2　在线不开挖管道更新技术经济指标 项目 典型施工速度(m/d)^* 施工费用(以管径为150mm为例)(元/m) 内衬管滑(拉)入衬装 100 492 无缝衬装 60～120 740 管道翻衬 100～200 980～1 230 管道喷涂衬装 100 水泥砂浆喷涂：333环氧树脂喷涂：492 爆(碎)管衬装 100 740 注：*施工速度是在满足8 h内使更新管道恢复供水的条件下得出的，而不是因为技术本身的限制。

4　结语

　　各种在线不开挖管道更新技术均各有其局限性，选择施工方案时应调查清楚原有管道的管径、管材并了解其供水服务情况、施工断水对服务区的影响、允许的停水时间、对翻新后管道过水能力的要求、管段中支管的数量和位置、横纵向弯头的数量和位置、管线周围其他市政管线的位置(尤其是煤气管、高压电缆等)、管段所处街道的交通状况以及施工时可能造成的扰民程度等，在综合考虑以上各种因素并结合各种技术的适应性与局限性及技术经济比较后，才能最终得出最好的施工方案。
　　给水管道不开挖更新技术在欧美、日本等经济发达国家的应用已十分成熟，在我国也具有广阔的发展和应用前景。

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　　收稿日期：2002-03-25