給水管道在線不開挖更新技1

1、給水管道在線不開挖更新技術(出自：中國給水排水2002年 第11期) 方勇1，詹永光2，趙國成3 (1.阿特金斯顧問深圳有限公司，廣東深圳518008；2.泉州市自來水集團，福建泉州362000；3.深圳市機電設備安裝公司，廣東深圳518040)摘要：對目前國內(nèi)外常用的給水管道在線不開挖更新技術進行了系統(tǒng)的綜述，比較、闡述了各種技術的適用性、局限性以及相關的技術經(jīng)濟指標，并提出了技術方案的選擇原則。關鍵詞：給水管道；不開挖；更新技術中圖分類號：TU991.3文獻標識碼：C文章編號：1000-4602(2002)11-0090-03在常年的運行中，由于物理、化學、電化學、微生物等的作用，在給水管

2、道的內(nèi)壁會逐漸形成不規(guī)則的“生長環(huán)”，且隨著管齡的增長而不斷增厚，使得過水斷面面積減小、輸水能力降低并嚴重污染水質，同時，管道由于缺少維護而漏損嚴重。傳統(tǒng)的改造方法是開挖敷設一條新的給水管道(舊管道報廢)，但由于這些超齡管大都敷設在人口稠密、商業(yè)繁榮的市區(qū)，管道周邊充塞著污水、雨水、煤氣、熱力、電力、通訊電纜等其他市政管道和設施，有部分管線上方還騎壓著建筑物或完全被壓在道路下方，故改造工程的實施存在著相當?shù)碾y度。為解決這一問題，不開挖更新管道技術應運而生。由于該技術具有施工場地小、施工簡單等優(yōu)點，很快得到了廣泛應用。1管道在線不開挖技術不開挖技術(Trenchless Technology)首

3、先興起于石油、天然氣行業(yè)，主要用于油、氣管道的更新修復，以后逐步應用于污水管及給水管的翻新改造中，并隨著PE管等新型管材的應用而迅速推廣。其工藝主要有：管道在線修復翻新工藝內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝(Sliplining)、無縫襯裝(Close-Fit Lining)、管道翻襯(Cured-in-Place Lining)、管道噴涂襯裝(Spray Lining)；在線管道更新工藝爆(碎)管襯裝(Pipe Bursting)；非在線敷管工藝非定(導)鉆技術(Impact Moling & Ramming)、定(導)鉆技術(Guid ed Boring & Directional Drilling)、

4、頂管及微型隧道施工工藝(Pipe Jacking & Microtu nnelling)。2管道在線不開挖更新技術表1綜合了管道在線不開挖更新技術的各自適用范圍及局限性。2.1 內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝該方法是將一條新的PE管拉入到舊的管道中，內(nèi)襯管前端要裝圓錐擴管頭以克服拉入過程中原管道的阻力，同時利用牽引繩將圓錐擴管頭與卷揚機相連。在原有管段的端部要加裝PE管保護圈以防在PE管拉入時被劃傷。PE管襯裝完后，為固定內(nèi)襯的PE管還要在原有管道和PE管之間灌注水泥砂漿。施工當中PE管可以事先用對熔焊機焊接好，小管徑的PE管還可以裝配成管道盤輪，這樣可以極大地減少拉入襯裝的時間。一次拉入的長度可超過1

5、00m，在分支管、消火栓、閥門等處要挖工作坑并于PE管上開口以接支管。一般內(nèi)襯PE管的管徑小于原有管道的管徑，襯入PE管后，雖然管道的摩擦系數(shù)減小，但其橫截面積也變小，故管道的過水能力最大可下降30%。2.2 無縫襯裝該法是將直徑大于或等于原管道管徑的PE管襯入管道，襯裝后PE管變形復原并與原有管道內(nèi)壁緊緊貼在一起而無需灌入砂漿固定。施工中所使用的PE管一般為高、中密度的薄壁聚乙烯管材，襯裝的方法類似于滑(拉)入襯裝工藝。該法的關鍵是要在襯裝前將內(nèi)襯管的截面積減小。截面的變形可以是彈性的或半永久塑性的，變形管的復原可以是自然的或是通過注入外界的高壓或高溫介質(如壓力水、高溫水、高壓蒸汽)而屈服

6、復原。變形的方法為：將PE管拉長(在管壁厚度不變的情況下，當某種PE管被拉長4%時則管徑將縮小6%)，襯入后，由于不再受拉力的作用而使管長縮短、管徑變大，從而達到無縫貼襯的目的；將管道橫截面變形(PE管在生產(chǎn)時被擠壓)，再通過專用的設備將橫截面變?yōu)椤癠”或“C”形，也可以在現(xiàn)場將PE管沿管壁圓周方向扭曲變形，然后進行襯裝并利用水壓、高溫水或高壓蒸汽的作用將變形的管道復原。無縫襯裝需要較高的技術水平，要精確計算內(nèi)襯PE管的橫截面變化情況，同時還需要特制的內(nèi)襯管縮徑鋼?；蚺で撃５仍O備。表1在線不開挖管道更新技術比較項目適用管徑(mm)襯裝后管道斷面面積變化技術優(yōu)勢技術局限內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝63

7、2 000減小10% 30%施工速度快；施工技術水平要求不高；襯裝可以適應大角度的彎頭；造價 比傳統(tǒng)開挖工藝稍高。襯裝連續(xù)管時需開挖管線以引入工作坑；管道的斷面減小量大；恢復支管供水需要在連接處開挖；施工時水流必須改線。無縫襯裝501 100一般減小5%15%無需灌漿；施工速度快；管道斷面減少量?。灰r裝可以適應大角度的彎頭。待修復的管線須相當直；襯裝前須在支管連接處進行開挖；只能修復圓形截面管道；原有管線的變形和偏移會對施工造成影響；“U”型內(nèi)襯管會因有缺陷而中止管道拉進；施工設備需要空間很大的放置場地；需在施工前取消待修復管段中的彎頭。管道翻襯751 000減小10%施工速度快；可以適應管道

8、斷面變化；無需灌漿；襯裝可通過彎頭，但可能會在彎頭處產(chǎn)生褶皺。僅有幾種樹脂被準許使用；支管連接處在切割完后可能需要密封接口；施工的技術水平要求較高；施工現(xiàn)場的設施搭建需要較高的費用。管道噴涂襯裝環(huán)氧樹脂噴涂：501200水泥砂漿噴涂：75mm變化很小無需重新在支管連接處開口；可以改善管道的水流特性；僅需要極少的開挖；造價比傳統(tǒng)開挖工藝低。施工過程中需要另外的臨時供水管；噴涂修復的時間較長；非結構性襯裝，對原有管道的結構性修復能力非常有限。爆(碎)管襯裝40500可增大斷面施工速度比傳統(tǒng)開挖的快；可以保持或增大管道的過水能力。碎管設備的震動可能會影響周邊其他的市政管道或結構設施；恢復支管供水需要

9、在連接處開挖；水力擴管碎管設備會使舊管不定向破碎，碎片會對襯裝管的長期性能造成影響；遇到一些無法預見的情況(如舊管四周包有混凝土、無記錄的管道接頭以及不利的土壤環(huán)境等)時，開挖在所難免；襯管無法通過舊管段上的彎頭。2.3 管道翻襯管道翻襯的內(nèi)襯材料一般是由較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無紡纖維等多孔材料做骨架，經(jīng)飽和樹脂材料浸漬而成，在材料的外層一般覆蓋一層隔水膜，翻轉襯入管道后，該隔水膜成為新管道的內(nèi)層，主要起止水作用。施工中在水壓、氣壓或卷揚機拉力的作用下，內(nèi)襯材料翻轉進入管道之后在熱水水溫或蒸汽氣溫的作用下樹脂固化，內(nèi)襯材料形成堅硬的管道內(nèi)壁而成為管道骨架的一部分。管道翻襯一次施工的長度可

10、達100m以上，翻襯完后，在各支管、消火栓、閥門等處挖工作坑進行人工開孔接支管，也可通過專用的設備開孔。翻襯施工的工期較長，并且對水質的要求較高。2.4管道噴涂襯裝該方法將水泥砂漿或環(huán)氧樹脂作為噴涂材料，通過在卷揚機拉力作用下的旋轉噴頭或者人工方法將材料直接噴涂在原管道內(nèi)壁以進行翻新。施工時需沿管線在合適的地方設置工作坑(間距為100m)。噴涂襯裝前必須將原管道清拭干凈并用專用的探察設備(CCTV)進行探視以保證管內(nèi)壁沒有殘留物和附著水。一般環(huán)氧樹脂的噴涂厚度為1mm，而水泥砂漿的噴涂厚度為4mm。需要注意的是，噴涂材料有時會對水質產(chǎn)生影響，所以在對給水管道進行噴涂襯裝時，材料的選擇就尤為重要

11、。2.5爆(碎)管襯裝該方法主要適用于原有管為易碎管材(如灰口鑄鐵管等)且管道老化嚴重的情況。新管的管徑可以比原有管道管徑大，具體施工方法是將碎管設備放入舊管中，由卷揚機或沖壓桿拉動并沿途將舊管破碎，在碎管設備后連有擴管頭(擴管頭的直徑大于原有舊管)，一方面負責將破碎的舊管壓入到周圍的土壤中，另一方面將內(nèi)襯的PE管拖入原管位。3技術經(jīng)濟比較表2給出了各種技術的相關經(jīng)濟指標。表2在線不開挖管道更新技術經(jīng)濟指標項目典型施工速度(m/d)*施工費用(以管徑為150mm為例)(元/m)內(nèi)襯管滑(拉)入襯裝100492無縫襯裝60120740管道翻襯1002009801 230管道噴涂襯裝100水泥砂漿

12、噴涂：333環(huán)氧樹脂噴涂：492爆(碎)管襯裝100740注：*施工速度是在滿足8 h內(nèi)使更新管道恢復供水的條件下得出的，而不是因為技術本身的限制。4結語各種在線不開挖管道更新技術均各有其局限性，選擇施工方案時應調(diào)查清楚原有管道的管徑、管材并了解其供水服務情況、施工斷水對服務區(qū)的影響、允許的停水時間、對翻新后管道過水能力的要求、管段中支管的數(shù)量和位置、橫縱向彎頭的數(shù)量和位置、管線周圍其他市政管線的位置(尤其是煤氣管、高壓電纜等)、管段所處街道的交通狀況以及施工時可能造成的擾民程度等，在綜合考慮以上各種因素并結合各種技術的適應性與局限性及技術經(jīng)濟比較后，才能最終得出最好的施工方案。給水管道不開挖

13、更新技術在歐美、日本等經(jīng)濟發(fā)達國家的應用已十分成熟，在我國也具有廣闊的發(fā)展和應用前景。關于我國給水用PVC-U管材管件應用及有關技術問題的體會 一.概況：化學建材是繼鋼材、木材、水泥之后，當代新興的第四大類新型建筑材料，它在城鄉(xiāng)建設中用途十分廣泛。大力開發(fā)和推廣應用化學建材具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。塑料管材管件是化學建材的主要品種，而PVC-U管材管件則是塑料管的主導產(chǎn)品。給水用PVC-U管材管件在國家指導下正規(guī)的開發(fā)始于國家“七五”期間。由于它具有重量輕、不生銹、不結垢、制造能耗低(以長度計算，僅為金屬管的.%)，內(nèi)壁光滑，水力條件優(yōu)越(在同等水力條件下，供水能耗下降%)，水質衛(wèi)生，沒有

14、管道二次污染，安裝勞動強度低，節(jié)約施工綜合費用等獨特優(yōu)點，已越來越被人們所認識。可以說，它在一定的管徑范圍內(nèi)，在技術上及經(jīng)濟上是可行的。這一項目立項于年，年列入國家“七五”科研攻關項目。經(jīng)過十幾年的技術開發(fā)和應用實踐，這一新型材料已在全國城鎮(zhèn)供水管道中應用達多公里，在聯(lián)合國和世行貸款的我國農(nóng)村改水工程中累計應用已不少于10萬噸，取的了初步的開發(fā)應用成效。國家有關部門也于1988年及1990年頒布了產(chǎn)品國家標準和應用技術標準。國家一直十分重視這一新型材料的開發(fā)和應用。于七十年末期就由建設、建材、化工、輕工等部門聯(lián)合組成了國家化學建材專業(yè)組，隨著項目由技術開發(fā)逐步轉入應用開發(fā)，這一專業(yè)組的組長也由

15、化工部擔任轉由建設部擔任，并于年改名為化建協(xié)調(diào)組。建設部等五部于年月日聯(lián)合發(fā)出建科號文件，印發(fā)了國家化學建材推廣應用“九五”計劃和年發(fā)展規(guī)劃綱要等化學建材文件的通知，對推廣應用“九五”計劃和年發(fā)展要求，加速推廣應用、限制淘汰落后產(chǎn)品等作了明確的規(guī)定，上海市等有關省市也相應作出了本地區(qū)具體實施規(guī)定的通知。應該說，國家與各級政府部門推動化學建材這一技術政策的貫徹力度正在不斷加大，有關政策也正在相應出臺并實施，各類相關人員對給水用PVC-U管材管件的認識已從陌生、粗淺而逐步進入了解和較深化的階段，生產(chǎn)企業(yè)的質量和品種也正日趨穩(wěn)定、提高和完善。應用技術在大量實踐的基礎上總結了正反兩方面的經(jīng)驗與教訓已經(jīng)

16、形成了一些具有共性的關鍵技術措施而切實可行了。目前，可以說推廣應用的外部條件和技術基礎已逐步形成，前景十分良好。應用單位迅速介入這一推廣應用工作也不存在太大風險，而且還有利于完成國家“九五”推廣任務并早日掌握主動權，逐步實現(xiàn)本企業(yè)的供水現(xiàn)代化。因此，根據(jù)本企業(yè)的基本情況、特點和需要，尋找適當?shù)膽梅秶屯黄瓶诘臅r機已經(jīng)成熟了。二.產(chǎn)品開發(fā)和工程應用有關技術問題的階段性回顧：開發(fā)和應用的年來，我國城市供水行業(yè)在PVC-U給水管的應用技術方面大致經(jīng)歷了以下幾個階段：第一階段:1987-1989年,國內(nèi)廠家通過引進國外先進技術和設備，具備了PVC-U擴口型(R-R)壓力管材的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品標準達到了

17、國家標準和德國工業(yè)標準的要求,但相應配套的PVC-U管件尚未投產(chǎn)，工程只能使用原有的鑄鐵管件，與塑料管材的連接采用傳統(tǒng)的石棉水泥“打口”的方式，管材與管材的連接采用管材端頭的R-R擴口膠圈密封連接，這一方式首先在青島、天津、南通等自來水公司應用試驗，但因PVC-U管材表面光滑，與填料的咬合力不夠，接口的安全性不夠，但只要注意“打口”質量并在有經(jīng)驗的管工操作下，接口在0.6Mpa時通過試壓，但在長期工作一段時間后，接口出現(xiàn)有漏水的地方。其缺點為：1.材質不一致，選用鑄鐵配件不科學，特別是金屬止水栓，不能用于塑料管上，致使無法連接用戶支管。2.熱脹冷縮及沉降、震動時損壞“打口”填料。3.無形中提高

18、了“打口”的操作難度，缺乏普遍的可操作性，接口形式不科學。但這一階段試驗證明,PVC-U(R-R)擴口型管材在給水工程中是可行的，迫切需要加快PVC-U管件的開發(fā)，以滿足工程的要求。第二階段:廠家加快了PVC-U管件的開發(fā)，1990年左右就備齊200的常用規(guī)格的TS接口(膠接)形式的PVC-U管件,從1990-1991年就逐步在上海，廣州，成都，武漢等自來水公司開展了試點工程，但由于管材與管件的膠粘接口出現(xiàn)漏水并且缺乏配水管到表池間支管部分的特殊連接專件塑料止水栓，工程試點沒有取得滿意的效果。但這一階段的試驗使大家發(fā)現(xiàn)了按照國家標準規(guī)定的視水壓和水溫兩個因素選用管材公稱壓力等級為0.63Mpa

19、作為城市供水的管道壓力等級是不夠全面的，萌發(fā)了在目前城市供水壓力的情況下選用1.0Mpa壓力等級管材的基本想法。TS接口(膠接)連接形式在國外標準和我國標準中均屬可采用的連接形式之一。它屬于本體粘接，膠粘劑隨著溶劑的揮發(fā)而遂步固化達到粘接的目的。粘接的質量由以下幾個因素決定：1.被粘物的貼緊力和間隙。在管材管件上就體現(xiàn)在配合精度和膠粘承口有效長度。其間隙在0.1m/m時是最佳的，超過0.3m/m其粘接效果(搭接剪切長度)就急劇下降。2.被粘物表面必須清理干凈。去油、去污、去水、去泥、去砂，且去掉管材管件表面成型時析出的潤滑劑。3.最大限度的去掉膠粘層中的空氣，因此刷膠方向必須與軸向一致，且有里

20、向外刷過端頭，以保證有效粘接面積。4.粘接完成后必須要在空氣中養(yǎng)護24個小時左右，冬季施工時須長達48小時，（固化速度隨環(huán)境溫度變化而變化），在養(yǎng)護期間不能沾水或泡在水里。5.合理的設置伸縮節(jié)，補償熱脹冷縮。對照以上要素，目前我國管材管件的標準公差范圍，不園度、管件承口的工藝錐度以及工程的施工現(xiàn)場管理，施工環(huán)境，施工細致程度，特別是南方多雨且地下水位較高的情況下，確實很難做到，此乃粘接連接總是出問題的基本原因。第三階段：由于TS接口的諸多弊病，很大程度上阻礙了PVC-U管道的推廣應用，應此，柔性接口管件的開發(fā)被提到議事日程上來了。眾所周知，由于管道工程中管件用量少、品種多，而且PVC-U管件的

21、R-R接口成型技術難度高，設備模具投資很大而且不容易形成規(guī)模產(chǎn)量，因此各生產(chǎn)企業(yè)受到技術和資金的制約，無一家開發(fā)生產(chǎn)柔性接口的PVC-U管件。鑒于以上情況，生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了鋼制噴塑的柔性接口管件，解決了100口徑的柔性接口(R-R)問題。但此類管件的缺點是：價格太貴；由于不可避免的碰撞，損壞噴塑涂層，使鋼板暴露，防腐性很差；3.兩種不同材質，且200管系中管件較多，使用起來總是特別別扭。但對于配水管到表池間的小口徑給水管及其配套專件仍然沒有一個很好的切實可行的解決辦法。第四階段：隨著外部環(huán)境的不斷形成和推廣應用的深入，大多數(shù)自來水公司認為在200的范圍中應用塑料管確實在技術上經(jīng)濟上是可行的。但

22、制約整個推廣進程的主要原因是：管件不配套，確切地講即是現(xiàn)有的管件不能用或用上去不舒服，而需要的配件又沒有。我們上海自來水公司認為在街坊小區(qū)內(nèi)（道路紅線外）應用PVC-U管其范圍在200是經(jīng)濟的可靠的。我們具體地把PVC-U管道分成兩個部分來實施研究及應用。即：第一部分為DG50的用戶支管系統(tǒng)，第二部分為DG100一DG200的配水管系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：第一部分DG50的用戶支管。這是我們深感迫切急需改革的第一課題。用戶支管我們原來一直采用傳統(tǒng)的鍍鋅管。由于采用地表水，水質消毒后PH值較低致使鍍鋅管內(nèi)壁腐蝕結垢嚴重，直接影響水壓水質。在水公司不斷提高服務質量，實現(xiàn)社會服務承諾的情況下，上海水公司平

23、均5-7年必須更換原有的鍍鋅管，每年耗資達3000-3500萬元，由水公司開支，而且相當被動，當然，采用PVC-U用戶支管是解決這一問題的行之有效的辦法。我們在長期的專題研究后，認為要采用PVC-U用戶支管代替原鍍鋅管，必須解決以下兩個技術問題：1.必須解決配水管與進戶管的連接專件。連接方法與接水操作方式符合上海水司原有傳統(tǒng)的接水閥（京、津水司稱銅門蕊止水栓）要求，可帶水打孔或停水開孔，還能分別用于鑄鐵配水管和塑料配水管，使配水管與支管羅紋連接在同一種材質中實現(xiàn)轉換。2.必須開發(fā)非TS接口的一種新型接口形式的DG50以下的PVC-U管件，要求此類管件具有密封可靠，操作簡單，不要養(yǎng)護、不受施工環(huán)

24、境影響，在一定水壓范圍內(nèi)（1.0Mpa）自鎖管材不使管材湍動彈出而不需設置支墩但又能自動補償熱脹冷縮的特點。此類管件的接口形式，我們稱之為活洛連接，簡稱活接管件。江蘇省江陰大偉塑料制品有限公司按照我公司要求及時推出了全套支管用UPVC活接管件，他們還與天津水司合作開發(fā)了塑料止水栓，這倆個系列產(chǎn)品構成了UPVC用戶支管的敷設專件，科學地解決了相同或不同材質配水管與用戶支管間的一種可靠的連接方法，并符合水公司傳統(tǒng)的接水和維護管理要求，徹底消除了TS粘接連接的種種弊病，實踐證明達到了預期設計效果，取得了成功。上海水公司在1996年進行20多個試點工程后，于1997年1日17日發(fā)出通知，規(guī)定在紅線外全

25、面采用50的PVC-U管道以全面革除鍍鋅管。建設部十分重視上海水司這一重大推廣舉措，1997年5月以簡報形式報導并肯定這一做法，認為這是“在小口徑城市供水管道中開辟了一條新途徑以取代鍍鋅鋼管”。上海市建委，經(jīng)委，科委，農(nóng)委，以1997第1087號文件形式肯定并下達了禁止使用鍍鋅管的規(guī)定。并在1998年3月，上海市建委又一次以滬建材98第0141號文件下達了禁用鍍鋅管的規(guī)定。塑料立式止水栓和PVC-U活接管件組成的給水用戶支管的系列產(chǎn)品，這一技術形式已列為了建設部中國工程建設標準PVC-U管道工程設計施工驗收規(guī)程的規(guī)定。經(jīng)過三年多的大規(guī)模使用實踐證明，工程效果良好，大幅度穩(wěn)定及提高了水質，經(jīng)取樣分析，不同材質支管中過夜水的濁度、色度相差競達70一100倍，顯示了PVC-U管道的優(yōu)越性，達到了成功的應用效果。因此，各大中心城市水公司和采用地表水導致鍍鋅管腐蝕嚴重的地區(qū)水司，紛紛起動，把革除鍍鋅管而代之以PVC-U用戶支管作為本公司推廣PVC-U管道的突破口。目前有的準備試點，有的正在