浅析供排水管道内衬修复技术

浅析供排水管道内衬修复技术1浅析供排水管道内衬修复技术郑小明秦君堂摘要：基于城市供排水管网改造修复的迫切性，本文浅显地介绍了国内外目前应用较多的供排水管道内衬修复技术，同时，结合供排水管道，特别是供水管道的实际应用状况，作了简单的评述。关键词：供排水管道内衬修复技术、非结构性喷涂内衬技术、半结构性聚合物（聚尿）内衬技术、结构性管道内衬修复技术随着城市基础设施的老化，城市供排水系统的结构受到破坏的可能性越来越大。管道深埋地下，管道的更换不仅费用巨大，同时还会带来环境及社会问题。城市交通、环境保护以及高速公路、铁路、建筑物和河流等的穿越都要求必须最大限度地减少管道施工的开挖工作量。因此，作为非开挖施工技术的组成部分，管道修复技术应运而生。根据国际非开挖技术协会和国外主要非开挖公司的统计，目前发达国家现有总地下管线2200万km中，为更新和修复现有地下管线，每年需投资300～500亿美元。而作为发展中国家的中国旧管道的修复任重道远，仅上海市区，目前75mm及以上供水管网约7460km，其中很大一部分为灰口铸铁管，管道役龄过30年的愈800km，且1968年前铺设的铸铁管基本未涂内衬。为了改变由施工质量、道路承载、地面沉降及管道腐蚀引起的管网老朽化现状，提高城市供水的稳定性和安全性，管道修复技术的推广势在必行。浅析供排水管道内衬修复技术2管道修复技术的施工工艺多种多样，从经济和技术的角度来说，目前国内一般大管径适宜采用局部修复，而中小口径（DN700mm以下）则主要采用整体修复。对于采用何种修复工艺，主要取决需要修复管道的状态，需要对施工管道的管样进行内部和外部的腐蚀凹陷深度的测量。根据腐蚀程度考虑究竟采用非结构性的内衬处理、半结构性内衬处理，还是结构性管道修复处理。以下从管道内衬的结构强度入手，重点围绕自来水的管道修复，简单地介绍一下国内外比较流行的管道修复技术。1.非结构性喷涂内衬技术1）环氧树脂喷涂内衬技术（EpoxiesResinlining）环氧树脂管道内衬修复技术适用于本身结构强度尚可的管道，从1970年代起开始流行于日本，主要的施工企业有东京涂衬公司（東京ライニング株式会社）和东洋涂衬公司（東洋ライニング株式会社）。其基本原理是在高速旋转气流的作用下，使研磨材料旋转，产生固气两相流，反复撞击管壁，切削和研磨管壁上的锈垢，从而达到除锈的目的。本修复技术采用按管道口径顺次研磨的方式，由大口径管至小口径管顺次进行研磨作业。这种方式可避免过高的摩擦损失。通过调整研磨料的添加量，可控制研磨程度。为了获得均匀的研磨效果，风量、研磨料的投加量必须与各口径的管道吻合，必要时，可从管道异径连接处补充风量。小口径管的场合，同时，必须设定合理的研磨料投加量和研磨时间，以避免过度的研磨；大口径管的场合，可通过加大风量和增加研磨料投加量，浅析供排水管道内衬修复技术3以达到预定的研磨效果。其优点是：工程费用低；工期短；对居民的正常用水影向和对环境产生的噪音干扰较小，而且修复后的管道符合卫生要求，完整性好；本施工工艺尤其适用于DN100以下的、弯头、三通、变径比较多的街坊管、立管和室内给水管道，是其它管道修复方法难以胜任的。施工后管道的节能效果和卫生方面的社会效益显著，特别在解决自来水水质二次污染方面有其独特的效果。主要喷涂工艺如下：工程准备；排水干燥；除锈清洗；压缩空气喷涂或离心喷涂；水质检查；涂膜质量检查。2）聚合物水泥砂浆涂衬技术（Polymeric-CementMortarLining）浅析供排水管道内衬修复技术4聚合物水泥砂浆涂衬技术在欧美和日本都比较盛行，目前，在美国此项技术在管道内衬修复技术中仍占相当大的比重。聚合物水泥砂浆涂衬以其低廉的成本、优良的防腐功能和较长的使用寿命，在早期的管道内衬修复技术中独树一帜，历经沧桑，经久不衰。目前小口径聚合物水泥砂浆涂衬技术比较著名的施工企业是美国的W.WalshCompanyInc.本技术通过离心或压缩空气喷涂聚合物水泥砂浆能在管道内形成高强度的水泥环，改善管道内壁状态，起到防腐蚀作用。其优点是：施工工艺简单；工程造价低；设计使用寿命长；防腐蚀效果好。聚合物水泥砂浆涂衬施工现场实景浅析供排水管道内衬修复技术52．半结构性聚合物（聚尿）内衬技术（Semi-StructuralPolymericLining）半结构性聚合物（聚尿）内衬的材料由美国3M公司旗下的英国EWood股份公司独家供应，在英国等国家已通过饮用水标准，用于供水管道已达7年之久。此项技术目前在英国、美国、丹麦、波兰、澳大利亚和马来西亚等国得到广泛应用。比较著名的施工企业有英国的PipeWay公司和DVS公司。半结构性聚合物（聚尿）内衬技术历史虽然不长，但以其独特的强度、抗剪切性和快速固化等优越性能在供水管道内衬修复技术中崭露头角，最盛之期在英国本土有90余台设备同时进行施工。半结构性内衬需要旧管道的支撑，以承受管道常规的工作压力和外部负载的综合作用。万一管道受到局部腐蚀破坏，半结构性内衬可维持管道的纵向连贯性，延长管道的使用寿命。本管道修复技术的优点如下。聚合物内衬快速固化，施工完成后，只需一小时固化，即可通水使用；单道涂敷，膜厚可达5mm；能够增强旧管道的结构强度（3mm膜厚可耐10kg的压力），可搭接5mm以下的腐蚀空洞；浅析供排水管道内衬修复技术6万一发生横向的破裂，可保持纵向的连贯性；耐磨性好，设计使用寿命至少50年；可采用不断水开洞施工工艺，能较好的满足自来水后期养护施工的要求。半结构性聚合物（聚尿）内衬主要采用离心喷涂工艺，施工工艺与非结构性涂衬工艺相近。半结构性聚合物（聚尿）内衬离心喷嘴半结构性聚合物（聚尿）内衬修复技术原理图3．结构性管道内衬修复技术1）软管内衬翻道修复技术（CIPP）浅析供排水管道内衬修复技术7软管内衬翻转技术是一项相当成熟的管道内衬修复技术，广泛应用于欧美和日本的上下水道的管道修复。其执牛耳之施工企业是美国的InsituformTechnologiesInc.。该公司成立于1971年，初期通过销售翻转内衬材料和经营特许使用权在全球推广管道修复事业。目前全球比较著名的应用此项技术的企业有日本的株式会社湘南合成树脂制作所、香港的其士管道科技公司（ChevalierPipeTechnologies）和丹麦的派尔国际公司（PerAarsleffAS）。软管内衬翻转技术是一种基于热固化树脂的原位固化修复技术。采用树脂加热或遇光固化的原理，将未成型的树脂利用水压或气压翻转至管道内部，然后用蒸汽或热水对管道内部加热使树脂固化，在旧管内形成新的结构性内衬管道。内衬后的管道采用不锈钢衬圈和密封胶对其端头进行密封性处理，新旧管道共同承压。本修复技术也可结合环氧胶泥对局部的接口漏水进行修复。用于翻转的材料主要是环氧树脂和衬管材料（密封涂层、毛毡和加强层）。在大口径管道修复时，采用紫外线代替蒸汽或热水硬化树脂，能加快固化速度和提高工程施工的效益。本修复技术的优点是：浅析供排水管道内衬修复技术8施工工艺简单；施工周期短；施工占地小，对环境和交通影响较小；一次施工长度可达200米，在进行下水道施工时，可基本不开挖(利用下水窨井进行施工)；修复后的管道整体功能全面改善，设计使用寿命可大50年；软管内衬翻转技术原理图2）PE管缩径管修复技术（Rolldown）PE管缩径修复技术又称“冷拔法”，由英国Subterra公司开发，在国内，早期用于石油管道的修复。液压辊轧机浅析供排水管道内衬修复技术9PE管缩径修复技术，在施工时将标准的MDPE或HDPE管对焊成适当的长度后，利用一组液压辊轧机在现场进行冷轧，使直径减少，便于置入旧管内，当衬管就位后，采用自然恢复方式（管道内衬的恢复时间不得少于24h），或者采用辅助压力温度恢复方式进行内衬管复原，形成牢固的管中管。管缩径修复技术适用口径最大为DN600mm，要求开挖大的工作坑(3～5米)，而且施工场地时间占用较长，对交通的影响较大，不适于繁忙的城市主干道的管道修复。同时，由于工时需要对管材进行机械处理，因此对管材的要求较高。另外，长距离拖拉或牵引，如果不对管材采取保护措施，容易使管体造成损伤。本内衬修复技术的优点是：长久的使用寿命：在额定的温度、压力状况下，HDPE道可安全使用50年以上；卓越的耐腐蚀性能：除少数强氧化剂外，HDPE管材可耐受多种化学浅析供排水管道内衬修复技术10介质的侵蚀，无化学腐蚀；可靠的连接性能：PE管热熔或电熔接口的强度高于管材本身；良好的卫生性能：HDPE管道在加工过程中不添加重金属盐稳定剂，材质无毒性。无结垢层，不滋生细菌，较好地解决了自来水的二次污染问题超低的磨阻性能：HDPE管壁光滑，不结垢，具有超低磨阻，可降低介质在管道内的沿程阻力损失。PE管缩径穿管原理图3）PE管折叠变形内衬修复技术（U-lining）本内衬修复技术又称“U型内衬修复施工法”，比较著名的施工企业是丹麦的派尔国际公司（PerArsleffAS）。可用于结构性和非构性的管道修复，U型衬管使用无接头HDPE管，利用材料的形状记忆特性将PE管预先折叠成U型，然后用绞车将U型衬管牵引进要修复的管道，最后用压缩空气或蒸汽使之复园并紧贴母管。按折叠方式可分为工厂预制成型和现场成型两种。目前国内较多的采用现场成型的方法，原因是现场成型设备已趋成熟，施工工艺简单，相对施工成本也低。本修复技术的优点与PE管缩径修复技术雷同。浅析供排水管道内衬修复技术11折叠变形内衬修复技术原理图PE管折叠变形内衬修复技术的优点与PE管缩径管修复技术相似。4）不锈钢管道内衬修复技术（StainlessSteelLining）不锈钢管道内衬修复技术最早源于日本。在DN600mm及以上的旧管道内焊接拼制不锈钢衬管。在衬管与母管之间充填环氧树脂混合料并自然固化，使之成为一个具有不锈钢内壁的复合型整体管道。而在日本则采用不锈钢短衬管利用橡胶顺插连接，然后在衬管与母管之间注浆固化。本修复技术的优点是：浅析供排水管道内衬修复技术12不锈钢内衬施工法是金属内衬施工法的首选，在旧管道内形成挠曲强度大约是硬质氯乙烯的6倍、延伸率大约是60倍的不锈钢衬管；本管道内衬修复技术采用质量稳定的不锈钢板，不锈钢衬管壁薄，无顺插接头，而且摩阻系数小，修复后的管道的流量几乎不发生变化；采用不锈钢短衬管拼接施工，施工操作性好；与其它管道修复施工法比较，施工设备道路占用面积小，有利于文明施工；T口等旁通接口的开孔和焊接采用等离子切割机和焊机等设备，可在管外进行施工，施工性和质量好。供排水是一脉相承的事业，因此说，很难明确区划供排水管道内衬修复技术。不过，由于饮用水水质标准及自来水管道养护等方面的要求，有些管道内衬修复技术不适用于供水管道。以下再介绍几种适用于下水道污水管的修复内衬修复技术。5）聚氯乙烯热塑管内衬修复技术（PVCAlloyPipeLining）聚氯乙烯热塑管内衬修复技术是美国Ultraliner公司开发的一种新的管道内衬修复技术。该合成聚氯乙烯管能在沸点温度热加工成型，从而保证合成聚氯乙烯管可以现场压塑成几乎任何母管的形状，甚至包括波形管道、管径变换、大角度弯曲、接头处偏移以及其它各种不规则管道。浅析供排水管道内衬修复技术13聚氯乙烯热塑管内衬具有高强度、高韧性和紧密贴合性。同时具有极高的抗冲击指标以及很强的应力释放特性。独特的释放特性则便于衬管的安装，同时保证安装后的衬管的长期性能。Ultraliner聚氯乙烯热塑管内衬的另一个重要特性是无安装后收缩。安装后管道无论在横向还是纵向的收缩量基本都可忽赂。因此，衬管和母管紧密相贴，从而最大限度减少水渗透对管道的影响。聚氯乙烯热塑管内衬修复技术原理图浅析供排水管道内衬修复技术146)PE灌浆内衬修复技术（Trolining）此项技术来自于德国。Trolining内衬修复技术是污水管修复的一种创新。Tro1ining修复系统是污水管道修复技术的一项创新。外侧带钉状的PE软管折叠成U型后从井口被牵引进入母管，PE软管