螺旋缠绕法非开挖修复管道的应用

2023-01-26

随着广州经济持续不断的发展, 城市地下空间中管线日益增多, 网管的规模不断扩大, 很多管线由于地层沉降或地面过大的动载荷引起部分管道沉降而发生结构性的损坏, 部分的承压管道的承压能力下降或老化管道的破裂, 造成排水管道污水泄露或地下水渗入管内沉淀结垢, 排污不畅, 从而影响管道输送能力。广州市六二三路排水管道就是属于该种类型管道, 为此, 需要修复, 以恢复其功能。

六二三路污水管道工程位于广州市黄沙水产批发市场的主要干道上, 整个工程需要修复的管道有476米, 管径为800mm～1000mm。根据原设计图纸要求, 六二三路管道改造采用拉森钢板桩支撑大明挖法进行施工。由于这些需要修复的管道位于交通要道, 周围又是繁华的商业区, 开挖施工必将造成交通堵塞、绿地和园林的毁坏, 也可能对其他一些管道、电缆等地下公共设施造成毁坏, 直接影响周围商业区的运转。

为了不影响道路交通和周围商业区的正常运转, 我司同业主、监理及设计院等有关单位协商, 采用非开挖管道修复技术进行该段管道改造。

非开挖管道修复技术首先兴起于石油, 天然气行业的油、气管到更新修复, 后来逐渐应用于市政工程中排污管道的翻新改造中, 并随着HDPE管等新型管材的应用而迅速推广。目前世界上较先进的管道修复方法分为3大类。

一类是采用树脂固化的方法在管道内部形成新的排水管道, 如CIPP, 现场固化等工艺属于此类修复方法。CIPP, 现场固化法, 又称翻转内衬法, 是采用树脂加热或遇光固化的原理, 将未成型树脂利用水压或气压翻转至管道内部, 然后对管道内部加热水加热, 使树脂在管道内部固化, 形成新的管道。它可以对一整段管道同时进行修复, 也可以对局部的接口漏水处进行修复。工艺主要如图1所示。

利用此方法修复排水管道之前, 需将排水管道封堵清洗干净, 并将管道内壁漏水点采用注脂注浆等方法填堵。待管道内部无漏水等现象后, 将工厂内加工好的树脂半成品管道运至现场, 通过水压, 将管道翻转至原管道内部, 然后采用循环加热的原理对管道内部的水加热至70度左右, 一段时间都加热至90度, 时间充分, 使树脂固化, 最后冷却, 将管道与检查井的连接处处理好。

一类是采用小管穿大管的方式, 在原有管道内部排入小的排水管道, 以解决燃眉之急。如短管内衬, U型管拖入等工艺属于此类修复方法。短管内衬, 即将短管现场一边焊接一边拖入旧管道内, 最后将新旧管道之间间隙注浆填满, 这样的修复方法通常是在对水流量要求降低的情况适用的。主要工艺图如图2所示。

最后一类是采用螺旋制管得方式在原有管道的内部采用缠绕法形成一新管道。螺旋内衬, 主要是通过螺旋缠绕的方法在旧管道内部形成将带状通过压制卡口不断前进形成新的管道。管道可在通水的情况作业, 水深30%通常可正常作业。主要施工工艺如图3所示。

螺旋制管法目前应用比较广泛, 管道修复后内壁光滑, 过水能力比修复前的混凝土管要好。而且材料占地面积较小, 适合长距离的管道修复。

根据施工场地小, 施工工期长, 造价低、保持原管道通水等工程特点以及对上述几种非开挖修复技术进行综合的比较, 我司同设计院等单位研究, 最后采用螺旋缠绕固定口径法进行六二三路排水管道修复。

(1) 螺旋缠绕工艺原理。

该工艺是将带状聚氯乙烯 (PVC) 型材放在现有的检查井底部, 通过专用的缠绕机, 在原有的管道内螺旋旋转缠绕成一条固定口径的连续无缝的结构性防水新管, 并在新管和旧管之间的空隙灌入水泥沙浆 (见图4) 。

(2) 施工工艺流程。

施工准备工作→旧有管道清洗→CCTV检测→缠绕机具就位→加润滑剂→管道缠绕就位→张拉钢丝→空隙灌浆→支管、检查井恢复→CCTV检测→浸水试验。

(3) 主要施工工艺。

11管道参数。

螺旋缠绕管工艺施工是从人孔井到人孔井, 或通过其他适合的进口安装。修复管道的最长长度限制来源于扩张时的扭矩。如果提供足够的扭矩力, 可修复管道的长度就可以无限延长。目前一次性修复最长长度超过200米, 带状型材是连续不断的被卷入且中间无任何接口。管道口径从150mm到2500mm均可采用该方法修复。

用于螺旋缠绕管固定口径的带状型材根据美国标准ASTM F 1697《用于污水管道更新的机制螺旋缠绕衬管的聚氯乙烯带状型材标准》进行生产和测试, 主要有以下2种型号: (如表1所示)

所有出厂产品都经过严格的检验以确保质量。

所用型材外表面布满T形肋, 以增加其结构强度;内表面则光滑平整。

型材两边各有公母锁扣, 型材边缘的锁扣在螺旋旋转中互锁。

21现场工作井。

螺旋缠绕管固定口径法利用检查井作为工作井。对于大口径的管道, 在检查井上部进行少量的开挖, 扩大入口。

检查井周围进行一定范围的围蔽, 施工设备和材料直接堆放在检查井边。缠绕机放置在检查井底部。设备连接线和型材可以通过检查井口送到缠绕机。路面上, 放置型材的滚筒和辅助设备可以固定在卡车上, 确保交通影响程度减到最小。

31设备准备。

所有需要的设备可以安装在卡车上, 并在卡车上操作。这些设备包括:

(1) 在检查井中制作新管的特殊缠绕机

(2) 适用于不同口径的缠绕头

(3) 驱动缠绕机的液压动力装置和软管

(4) 提供动力和照明的发电机

(5) 检查管道及监控施工用的闭路电视

(6) 放置型材的滚筒和支架

(7) 灌浆用的泵

(8) 检查井通风设备

以上设备在施工前安装好, 并进行调试。

41管道清洗和检测。

用高压水清除管道内所有的垃圾、树根和其他可能影响新管安装的废物。需要修复的污水管线通过闭路电视进行检测并录像。所有障碍物都被纪录在案, 必要情况下重新清洗。支管的位置也被记录下来等待安装后重新打开。插入管道的支管和其他可能影响安装的障碍物都必须被清除。

51水流改道。

(1) 通常情况下, 在螺旋缠绕扩张工艺的施工中并不需要泵水来改变水流, 部分水流还是可以在管内通过。当水流过大或过急影响工人安全或在业主要求的情况下, 需要进行水流改道或泵水。

(2) 修复的管段内的水流可以通过各种方法进行控制。在上游检查井内用管塞将管道堵住或在必要情况下将水抽到下游人孔井, 坑道或其它调节系统。

(3) 螺旋缠绕管工艺的设备允许在施工过程中暂停, 让水流通过。

61管道的缠绕。

(1) 新管按固定尺寸缠绕时, 聚氯乙稀型材被不断地卷入缠绕机, 通过螺旋旋转, 型材二边的主次锁扣分别互锁, 形成一条固定口径的连续无缝防水新管。当新管到达另一检查井后, 停止缠绕。

(2) 用于螺旋缠绕固定口径管的聚氯乙烯型材接口采用电熔机进行电熔对焊。

71管道的灌浆。

按固定尺寸缠绕新管, 衬管安装后可能在母管和衬管之间会留有一定的环形间隙 (环面) , 这一间隙需用水泥浆填满。环面灌浆的作用在于将母管的载荷转移到安装的新管上。

(1) 灌浆材料的要求。

灌浆采用流动性大、固化收缩性小、水合热量底的水泥浆, 水泥:水为1∶3, 水泥浆密度不小于1.5倍水, 强度不小于5MPa。

(2) 分段灌浆。

为了防止缠绕管因为灌浆而漂浮, 采用注水压管分段灌浆。缠绕管安装完成后先封闭末端, 然后往缠绕管中注水至管径一半或以上位置, 再进行灌浆。整个管环面分段灌浆, 每次灌入水泥浆的重量都要小于管内注水重量。先灌浆缠绕管底部, 利用水泥浆粘合将缠绕管固定在旧管道底部, 然后再逐段的完成灌浆, 直至整个管环面注满水泥浆。

在注浆时, 通过观察泥浆搅拌器旁边的压力表监控环面是否完全被水泥浆灌满。在灌浆的最后一步, 一旦发现水泥浆从位于衬管另一端的注射管顶流出, 马上关闭注射管阀门。然后水泥浆搅拌器上的压力表显示压力升高。这意味着水泥浆已经完全灌满, 过量的水泥浆造成了水泥浆内部的压力升高。灌浆应立即结束以防止损坏已经安装好的缠绕管。