排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

引言我國(guó)大多數(shù)城市發(fā)展已從建設(shè)時(shí)代逐漸進(jìn)入了運(yùn)行和維護(hù)管理時(shí)代，且隨著城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市人口迅速增長(zhǎng)，用地面積迅速擴(kuò)張，同時(shí)，對(duì)城市各類基礎(chǔ)設(shè)施的要求也越來(lái)越多。尤其是近年來(lái)全國(guó)重點(diǎn)區(qū)域及重點(diǎn)流域?qū)ε潘鬯奶幚硖岢隽烁叩囊?，排水系統(tǒng)的維護(hù)與修復(fù)顯得尤為重要[1]。我國(guó)上海、北京和廣州等城市混凝土排水管道鋪設(shè)較早，其管齡普遍在30～50年。這些混凝土管道在服役過程中，會(huì)受到化學(xué)、物理和生物等各種復(fù)雜因素的影響，遭受腐蝕破壞，大多已出現(xiàn)滲漏，嚴(yán)重的甚至發(fā)生管道變形和不均勻沉降等。為不影響城市正常排水，應(yīng)及時(shí)對(duì)這些混凝土管道采取修復(fù)措施。我國(guó)以前在管道修復(fù)工作中常用的是傳統(tǒng)的開挖修復(fù)技術(shù)。所謂開挖修復(fù)技術(shù)，就是修復(fù)管道時(shí)，必須開挖管道上路路面，這需要路面停止通車，并利用挖掘設(shè)備對(duì)管道鋪設(shè)部位進(jìn)行挖掘，修復(fù)或更換管道后，再行填土和鋪設(shè)混凝土，修復(fù)期長(zhǎng)，工作量大，而且對(duì)交通運(yùn)營(yíng)影響嚴(yán)重。隨著我國(guó)城市化的進(jìn)展，城市地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，城市道路的負(fù)荷越來(lái)越嚴(yán)重，排水管道開挖修復(fù)面臨的困難越來(lái)越大，已不適應(yīng)現(xiàn)代化城市運(yùn)維的高標(biāo)準(zhǔn)和高要求。管道非開挖修復(fù)技術(shù)于20世紀(jì)70年代在發(fā)達(dá)國(guó)家初露端倪，在我國(guó)也有近20年的探索之路。該修復(fù)技術(shù)無(wú)需破壞路面或者僅破壞少許路面，利用原有的檢查井即可對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)加固。該技術(shù)整體優(yōu)勢(shì)在于修復(fù)工程對(duì)地面、交通、環(huán)境以及周圍地下管線等的影響較小，避免了開挖修復(fù)技術(shù)造成的大面積負(fù)面影響[2]。當(dāng)前，管道非開挖機(jī)器人修復(fù)技術(shù)已被研發(fā)成功，必將顛覆傳統(tǒng)的管道開挖修復(fù)技術(shù)，修復(fù)效率大幅提高。本文對(duì)管道非開挖技術(shù)的分類、工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行論述，并重點(diǎn)介紹非開挖修復(fù)技術(shù)之一的機(jī)器人修復(fù)技術(shù)。

1常用管道非開挖修復(fù)技術(shù)

管道非開挖修復(fù)技術(shù)根據(jù)修復(fù)的整體性可分為整體修復(fù)和局部修復(fù)兩大類。1.1整體修復(fù)技術(shù)整體修復(fù)指對(duì)某一段管道進(jìn)行整體加固和修復(fù)。采用整體修復(fù)可以達(dá)到防腐、防滲、增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度甚至修舊如新的目的。目前常用的整體修復(fù)技術(shù)有：穿插法、原位固化法、螺旋纏繞法、內(nèi)襯法、碎裂管法。1.1.1穿插法穿插法是指在舊管道中拖入新管，在新、舊管體之間注入高強(qiáng)漿體，將舊管體與新管體連接為一個(gè)整體的方法。穿插法所用管材通常選擇聚乙烯（PE）管，有時(shí)也用聚氯乙烯（PVC）管、陶瓷管、混凝土管或玻璃鋼管等[3]。采用穿插法修復(fù)管道后，新管的內(nèi)壁直接接觸管內(nèi)流動(dòng)的液體。1.1.2原位固化法原位固化法，又稱CIPP（CuredInPlacePipe）法。該技術(shù)是指將具有防滲透和耐腐蝕的復(fù)合纖維增強(qiáng)軟管作為載體，浸漬環(huán)氧樹脂或不飽和樹脂后作為內(nèi)襯材料，將軟管一端翻轉(zhuǎn)并用夾具固定在修復(fù)管道的入口處，用壓力水或氣體作動(dòng)力，將軟管緊貼于舊管內(nèi)壁，當(dāng)內(nèi)襯管到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，在管內(nèi)進(jìn)行加熱，使環(huán)氧樹脂或不飽和樹脂固化，樹脂固化后，軟管與原管道緊密連接，形成新的內(nèi)襯層[4]。1.1.3螺旋纏繞法所謂螺旋纏繞法，是利用螺旋纏繞工藝，將帶鎖扣的PE條帶或PVC條帶緊密貼合在原管道內(nèi)壁，形成內(nèi)襯，再在原管道與內(nèi)襯間的空隙內(nèi)注漿，注漿材料凝結(jié)硬化后將原管道與內(nèi)襯連接為牢固整體。1.1.4內(nèi)襯法內(nèi)襯法根據(jù)工藝分類，可分為折疊內(nèi)襯法和縮徑法。折疊內(nèi)襯法，是采用可加熱變形的PE管或PVC圓管，在施工前先將管道加熱并折疊成U形、C形等形狀，立即從一個(gè)檢查井口插入，從另一個(gè)檢查井口拉出，等就位后，再利用加熱或加壓方法，使已變形的管道恢復(fù)成圓形，從而與原管道緊密貼合，構(gòu)成復(fù)合管道?？s徑法，是指通過機(jī)械作用使用于裝配的內(nèi)襯管斷面直徑縮小，將直徑縮小的內(nèi)襯管送進(jìn)原管中，就位后，利用加熱、加壓或靠自身彈性，其內(nèi)襯管恢復(fù)至原有形狀，從而與原管道內(nèi)壁緊密貼合[5]。1.1.5碎裂管法碎裂管法，采用碎裂管設(shè)備從內(nèi)部將原管道破碎或割裂后，將原管道碎片擠入周圍土體形成管孔，同步拉入新管道。以上5種常用的管道非開挖整體修復(fù)技術(shù)，各有適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，具體見表1[6]。表1常用的管道非開挖整體修復(fù)技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)1.2局部修復(fù)技術(shù)[7-8]局部修復(fù)指對(duì)管道接口、管身等某些損壞部位進(jìn)行局部的防滲堵漏修復(fù)。局部修復(fù)針對(duì)性強(qiáng)，可降低維修費(fèi)用，但無(wú)法增加結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度。目前常用的局部修復(fù)技術(shù)有：點(diǎn)狀原位固化法、套環(huán)法[9]。1.2.1點(diǎn)狀原位固化法點(diǎn)狀原位固化法也被稱為局部樹脂固化技術(shù)。該技術(shù)是將浸漬了熱固性樹脂的玻纖布（或氈）緊貼于管道內(nèi)部缺陷位置，樹脂固化后，在管道內(nèi)部缺陷處形成局部包圍的短管內(nèi)襯。1.2.2套環(huán)法套環(huán)法是指通過在管道接口部位或局部損壞部位安裝止水套環(huán)進(jìn)行局部修復(fù)的方法。常用的管道非開挖局部修復(fù)技術(shù)的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)見表2。表2常用的管道非開挖局部修復(fù)技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)2/機(jī)器人修復(fù)技術(shù)展望

除了以上幾種國(guó)內(nèi)常用非開挖技術(shù)外，經(jīng)過多年的研究與開發(fā)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在管道機(jī)器人領(lǐng)域取得了重大突破。自從20世紀(jì)50年代提出管道清理器以來(lái)，管道機(jī)器人開始發(fā)展迅猛，其中一部分已經(jīng)進(jìn)入到試應(yīng)用階段，在管道的清理、探傷、補(bǔ)口和維修等領(lǐng)域突顯了優(yōu)勢(shì)，但距大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。機(jī)器人修復(fù)是非開挖修復(fù)技術(shù)中最新的、靈活度最高的方法之一，是一種使用遙控的修復(fù)裝置來(lái)進(jìn)行修復(fù)工作的方法。遙控修復(fù)裝置一般為輪式結(jié)構(gòu)，并配有各種施工工具，通常與照明和閉路電視檢測(cè)（CCTV檢測(cè)）系統(tǒng)配合使用[10-11]。2.1修復(fù)機(jī)器人分類修復(fù)機(jī)器人根據(jù)用途分為磨削機(jī)器人、填充機(jī)器人和離心噴射機(jī)器人三類。磨削機(jī)器人用來(lái)清除管道內(nèi)樹根、石塊和淤泥等影響修復(fù)雜物，也可以對(duì)缺陷處（腐蝕凹坑、疏松部位和裂縫等）進(jìn)行磨削和清理，為修復(fù)材料噴射和填充提供良好的基體表面。填充機(jī)器人則可以在磨削過的缺陷處填充修復(fù)材料，并能夠抹平修復(fù)材料表面，形成光滑內(nèi)壁，通常用于管道的局部修復(fù)。離心噴射機(jī)器人則是利用專用的管噴設(shè)備，將修復(fù)材料泵送到管道中心位置高速運(yùn)轉(zhuǎn)的噴頭上，修復(fù)材料在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生離心力，被均勻地甩到管道內(nèi)壁，其模型示意圖如圖1所示。離心噴射設(shè)備在牽引車的推動(dòng)下，在管道中沿軸線方向緩慢前進(jìn)，修復(fù)材料與管道內(nèi)壁完全貼合，達(dá)到良好的致密性，凝結(jié)硬化后與原管道內(nèi)壁形成具有一定強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)。該技術(shù)施工速度快，施工效率高，可用于管道的整體修復(fù)，也可用于管道的局部修復(fù)[12]。圖1砂漿離心噴射管道修復(fù)技術(shù)模型示意圖2.2機(jī)器人修復(fù)技術(shù)的適用條件及其特點(diǎn)目前的機(jī)器人修復(fù)技術(shù)僅適用于管徑為200~800mm的單一管徑的直管修復(fù)。但實(shí)際上，地下管道除單一管徑的直管外，還有“T”形管、“L”形管、彎管和變徑管等其他形狀的管道，以目前的機(jī)器人修復(fù)技術(shù)，還無(wú)法靈活應(yīng)用于這些管道的修復(fù)。雖然該技術(shù)存在一定的局限性，但該技術(shù)應(yīng)用于單一管徑的直管修復(fù)時(shí)，優(yōu)勢(shì)十分明顯：它無(wú)需開挖地面，修復(fù)后過流斷面損失小，施工時(shí)間短，修復(fù)效率高，修復(fù)過程中噪音小，可適用的缺陷種類多，經(jīng)濟(jì)性好[13]。2.3修復(fù)材料的研制與選擇修復(fù)材料應(yīng)選擇特種水泥砂漿。這類特種砂漿與常用的修復(fù)樹脂相比，具有與混凝土管道基底的匹配性好，且砂漿對(duì)環(huán)境污染小，隨拌隨用，操作方便，施工成本遠(yuǎn)低于樹脂材料。地下管道內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，易受到化學(xué)、生物腐蝕以及物理沖擊。同時(shí)，考慮大部分地下管道修復(fù)是搶修工程，對(duì)施工時(shí)間有嚴(yán)格要求，應(yīng)保證砂漿在較短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)、硬化并盡快建立強(qiáng)度。這就要求修復(fù)材料具有快硬早強(qiáng)、耐腐蝕性、無(wú)收縮、與管道內(nèi)壁良好的粘結(jié)性等特點(diǎn)。另外，填充修復(fù)砂漿還應(yīng)具有良好的自流平性和填充性，離心噴射砂漿則要求良好的掛壁性和觸變性。僅滿足以上要求的噴射用修復(fù)砂漿在施工過程中，必須首先將正常通水的管道進(jìn)行臨時(shí)封堵，并將排水管道中的水全部排出后才可進(jìn)行修復(fù)，無(wú)法帶水作業(yè)。而要帶水作業(yè)的話，則必須開發(fā)研制水下抗分散性砂漿。水下抗分散性砂漿是在普通砂漿中摻入以絮凝劑為主的抗分散劑從而使其保持良好的流動(dòng)性和抗分散性[14-15]。采用此類砂漿對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)，無(wú)需排出管道中的水，可直接將其噴射或注入水下，其能在水下不受水流影響而與管壁緊密貼合，凝結(jié)硬化后形成整體[16]。這種做法省時(shí)省力，克服了普通砂漿抗水洗能力差的問題，可大大簡(jiǎn)化施工工藝，加快工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，節(jié)約綜合成本。這類砂漿不僅適用于水下局部填充修復(fù)，而且也適用于旋轉(zhuǎn)噴射的整體修復(fù)?？梢灶A(yù)見，水下抗分散性砂漿與機(jī)器人配合使用，將在管道修復(fù)方面帶來(lái)更好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)常用的管道整體非開挖修復(fù)技術(shù)包括：穿插法、原位固化法、螺旋纏繞法、內(nèi)襯法和碎裂管法，管道局部非開挖修復(fù)技術(shù)包括：點(diǎn)狀原位固化法和套環(huán)法。隨著時(shí)代的發(fā)展，排水管道修復(fù)對(duì)施工質(zhì)量和施工效率的要求越來(lái)越高