城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)研究

（上海錦興市政設(shè)計(jì)咨詢有限公司，上海 200215）

城市排水管道是城市市政建設(shè)中的主要組成部分，被稱為“地下生命線”，主要用于對(duì)城市中的雨水、生活污水、城市污水等進(jìn)行排放[1]。由于城市排水管道在開挖過程中會(huì)在不同程度上影響交通，對(duì)環(huán)境造成破壞，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果差。因此，對(duì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)提出了更高的要求，應(yīng)在非開挖的前提下對(duì)缺陷城市排水管道進(jìn)行修復(fù)，應(yīng)通過約束條件規(guī)范城市排水管道非開挖帶水修復(fù)的市場(chǎng)。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)方面的研究并不多見，常見的非開挖帶水修復(fù)方式為結(jié)構(gòu)性修復(fù)或半結(jié)構(gòu)性修復(fù)[2]。一般情況下，我國(guó)城市排水管道材料為鋼筋混凝土，結(jié)合以往研究中表明半結(jié)構(gòu)性修復(fù)更適用于城市排水管道非開挖帶水修復(fù)方面。國(guó)外學(xué)者Eric Wood結(jié)合管道內(nèi)部檢測(cè)技術(shù)提出了insituform.管道修復(fù)程序，通過PE、PVC等材料，在原管道中經(jīng)循環(huán)熱水或蒸汽固化，形成管中管的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)，取得了一定的研究成果。在此基礎(chǔ)上，Volimar Jonasson引進(jìn)了玻璃纖維增強(qiáng)材料作為城市排水管道非開挖帶水修復(fù)基礎(chǔ)材料，增強(qiáng)了城市排水管道的強(qiáng)度。

文章以此為研究依據(jù)，開展城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)研究，通過設(shè)計(jì)一種新型城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)，提高城市排水管道非開挖帶水修復(fù)的修復(fù)率，增強(qiáng)城市排水管道的強(qiáng)度，延長(zhǎng)城市排水管道的使用壽命。

1 城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)

城市排水管道非開挖帶水修復(fù)示意如圖1所示。

圖1 城市排水管道非開挖帶水修復(fù)示意圖

城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)核心在于，在城市排水管道中用非開挖牽拉或頂推的方式，將內(nèi)襯管直接接入原有城市排水管道，并對(duì)內(nèi)襯管與原有城市排水管道的間隙進(jìn)行非開挖帶水修復(fù)。

1.1 確定城市排水管道非開挖帶水修復(fù)測(cè)控要求

由于非開挖帶水修復(fù)時(shí)城市排水管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的壓力，導(dǎo)致內(nèi)襯管強(qiáng)度分布不均勻，須確定城市排水管道非開挖帶水修復(fù)測(cè)控要求[3]。對(duì)原有管道內(nèi)徑為1 000～2 700 mm的城市排水管道，建議采用內(nèi)襯管材質(zhì)為玻璃纖維、針狀毛氈、熱固性樹脂或不飽和樹脂等不需要工作坑、注漿的城市排水管道非開挖帶水修復(fù)基礎(chǔ)材料。

針對(duì)原有管道內(nèi)徑為100～1 000 mm的城市排水管道，建議采用內(nèi)襯管材質(zhì)為PE、PVC、玻璃鋼等。通過選擇與城市排水管道參數(shù)條件相匹配的內(nèi)襯管，滿足非開挖管道修復(fù)技術(shù)的適用范圍和使用條件[4]。面對(duì)存在內(nèi)襯管直接接入原有城市排水管道間隙大的難題，結(jié)合影響城市排水管道非開挖帶水修復(fù)測(cè)控要求的關(guān)鍵指標(biāo)，減小內(nèi)襯管與原有城市排水管道的間隙。

1.2 計(jì)算城市排水管道非開挖帶水修復(fù)結(jié)構(gòu)性參數(shù)

在確定城市排水管道非開挖帶水修復(fù)測(cè)控要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算城市排水管道非開挖帶水修復(fù)結(jié)構(gòu)性參數(shù)[5]。選取城市排水管道非開挖帶水修復(fù)結(jié)構(gòu)性參數(shù)中的貼合半結(jié)構(gòu)性修復(fù)剛度系數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)貼合半結(jié)構(gòu)性修復(fù)剛度系數(shù)為c，計(jì)算如下：

式中：n——原有城市排水管道支撐系數(shù)；i——帶狀型材高度（mm）；w——內(nèi)表面至中性軸距離（mm）；m——城市排水管道管頂水位高度（m）；k——原有城市排水管道橢圓度（%）；g——內(nèi)襯管平均直徑（mm）；μ——內(nèi)襯管泊松比；u——內(nèi)襯管短期模量（MPa）；x——城市排水管道管側(cè)土綜合彈性模量（MPa）；y——內(nèi)襯管長(zhǎng)期彎曲強(qiáng)度（MPa）。

通過式（1）得出城市排水管道非開挖帶水修復(fù)貼合半結(jié)構(gòu)性修復(fù)剛度系數(shù)，貼合半結(jié)構(gòu)性修復(fù)剛度系數(shù)數(shù)值越小[6]。證明內(nèi)襯管與原有城市排水管道的間隙越小，為城市排水管道非開挖帶水修復(fù)提供數(shù)據(jù)參考。

1.3 完成城市排水管道非開挖帶水修復(fù)

通過將內(nèi)襯管直接接入原有城市排水管道的方式，提高城市排水管道硬度，完成城市排水管道非開挖帶水修復(fù)[7]。城市排水管道非開挖帶水修復(fù)的具體流程為：首先，結(jié)合城市排水管道具體參數(shù)，根據(jù)城市排水管道的缺陷類型，包括城市排水管道滲漏情況、錯(cuò)位現(xiàn)象、變形特征，判斷城市排水管道的缺陷等級(jí)，記錄城市排水管道的缺陷位置。其次，根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 210—2014）的規(guī)定選擇城市排水管道非開挖帶水修復(fù)方法，以貼合半結(jié)構(gòu)性修復(fù)剛度系數(shù)為關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)襯管壁厚。最后，通過測(cè)試修復(fù)后城市排水管道的過流能力得出城市排水管道非開挖帶水修復(fù)結(jié)果，修復(fù)后城市排水管道的過流能力越好，證明城市排水管道非開挖帶水修復(fù)率越高。至此，完成城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)設(shè)計(jì)。

2 實(shí)例分析

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文以某城市排水管道為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。樣本采用生活污水排放，為了評(píng)價(jià)不同的非開挖帶水修復(fù)工藝的差異性，本試驗(yàn)選取了玻璃鋼和熱固性樹脂兩種非開挖帶水修復(fù)工藝基礎(chǔ)材料。分別采用傳統(tǒng)的非開挖帶水修復(fù)工藝和本文設(shè)計(jì)修復(fù)工藝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，將傳統(tǒng)修復(fù)工藝作為試驗(yàn)對(duì)照。本試驗(yàn)設(shè)10個(gè)試驗(yàn)次數(shù)，前5個(gè)試驗(yàn)采用玻璃鋼材料作為非開挖帶水修復(fù)基礎(chǔ)材料，后5個(gè)試驗(yàn)采用熱固性樹脂作為非開挖帶水修復(fù)基礎(chǔ)材料，并根據(jù)試驗(yàn)所得修復(fù)率，記錄試驗(yàn)結(jié)果，判斷兩種非開挖帶水修復(fù)技術(shù)對(duì)城市排水管道的修復(fù)能力。為了避免由外部因素引起的城市排水管道修復(fù)率誤差，整個(gè)試驗(yàn)過程都在統(tǒng)一的環(huán)境下進(jìn)行。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的對(duì)比試驗(yàn)步驟，采集10組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種技術(shù)的修復(fù)率進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 修復(fù)率對(duì)比結(jié)果 單位：μ

通過表1可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計(jì)方法的修復(fù)率最高可達(dá)92.14μ，試驗(yàn)對(duì)照組為52.04μ，所提方法修復(fù)率更高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)。通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果證明，所提方法其各項(xiàng)功能均可以滿足設(shè)計(jì)總體要求，可以廣泛應(yīng)用于城市排水管道非開挖帶水修復(fù)方面。

3 結(jié)語

由于城市排水管道存在建設(shè)規(guī)模大、管道長(zhǎng)度長(zhǎng)等特點(diǎn)，鋪設(shè)年代久遠(yuǎn)的管道修復(fù)問題嚴(yán)重，城市排水管道非開挖帶水修復(fù)還處于發(fā)展階段，城市排水管道非開挖帶水修復(fù)工作較為重要。針對(duì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)研究在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的報(bào)道，本文提出的城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)以設(shè)計(jì)內(nèi)襯管為核心思想，在城市排水管道非開挖帶水修復(fù)方面取得了顯著的進(jìn)展?，F(xiàn)階段城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)仍處于不完全成熟的階段，但城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)的有效性，設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明設(shè)計(jì)城市排水管道非開挖帶水修復(fù)技術(shù)在修復(fù)效率方面更為優(yōu)異。