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非开挖修复技术被广泛应用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流以及位于闹市区、遗迹和自然保护区、农作物和自然环境保护区等区域或其他原因不能进行开挖的排水管道的更修和修复。由于该技术具有施工综合成本低、施工周期短、环境影响小、不严重影响城市交通、施工的安全性好等优势日益受到了人们的广泛喜爱。
笔者着重介绍非开挖内置套管修复工艺、非开挖液压胀管扩管技术、非开挖胀插法施工工艺
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为进一步发展非开挖施工技术，在成功引进非开挖内置胀管设备及工艺的基础上，根据近几年来非开挖施工中可能遇到的各种具体情况，充分借鉴短管非开挖施工方法和胀管工艺的成功经验，北京创安亚非开挖工程技术有限公司于年自行研发了“非开挖内置套管修复工艺”，并于年获得实用新型专利（专利号：.0和.4），年又获得非开挖内置套管管道修复设备及方法的发明专利（专利号：.5），进一步消除了城市排水管道存在的结构安全隐患，进一步实现了各种非开挖施工技术之间的有机结合及优势互补，真正实现了城市排水管道的翻建完全不需要开挖[1]。
1.1工艺原理
“非开挖内置套管修复工艺”是以待修复管道为主要施工载体，采用优质高密度聚乙烯（HDPE）实壁管专门设计加工成子母口结构，并在管道内加设密封圈，以特殊的液压作用力牵引、相背作用力撞合连接的施工方式将HDPE实壁短管连接成整体结构并内衬于旧管道内的工法。该工艺是基于国家相关验收技术标准研发的。该工艺的动力系统示意图如图1所示。
图1动力系统示意图
1.2工艺介绍
该工艺是在完全不需要开挖道路的特殊情况下进行施工的，一般以一个较小的井距为主要施工操作单元，利用2个相邻的检查井作为施工操作的空间。管道一端的井室主要用于上管置放液压牵引推拉机等设备；管道另一端的井室主要用于安装下管及短管的撞合口。通过两边的配合操作，完成短管的撞合、连接，并将已经连接好的破损管道拖动到修复加固所需的位置。在完成破损管道与内置套管的无缝连接后，对新、旧管道间的间隙进行注浆填充，使新、旧管道密实无缝结合，形成管道整体强度，达到对已经破损的管道进行修复加固的目的。
根据目前我国管材生产加工和塑料生产工艺设备的应用能力，该工艺的适用范围约为d=～mm。
1.3工艺特点
1.3.1设备的特点
拆装方便、操作简单、动力安稳、无任何杂音、无空气污染。
1.3.2短管设计的特点
1）管节长度可依据需要加工，具有可调节性；
2）管道接口制作成子母锁扣形式，具有防脱性；
3）管口设置O型圈密封，具有防渗性；
4）管节质量轻、体积小，便于操作。
1.3.3HDPE管材切割加工
将检查井的HDPE管材按实际使用工艺要求切割成60～80cm的短节（以满足在整个检查井内的可操作性来确定其长短），使用检查井专用机床，按施工设计将检查井的管口切削成倒榫子母口结构。
1.4工艺适用条件
采用“非开挖内置套管修复工艺”修复管道一般情况下均比原管道直径缩小1级。其适用条件如下：
1）待修复管道坡度顺畅，符合设计规范要求，可保证修复后排水元素的有效体现。
2）对管道修复前、后的实际排水量（即管道充满度及流量值）进行核算和比较，判断管道修复后的排水流量能否满足实际需求，满足则适宜采用该工艺。
3）原管道充满度已达到设计最大标准值时，不可采用该工艺。
4）若待修复管道不是所在区域内的唯一排放管道，尚可与另外同功能管道合并核算，依据核算结果确定是否采用该工艺。
5）作为设施抢险抢修的应急方法。
1.5技术优势
1）在城市排水管道改造施工中，较其他非开挖技术，非开挖内置套管修复技术更加避免了开挖施工的可能。
2）较其他开挖换管技术，非开挖内置套管修复技术更加环保，避免了开挖破坏绿地、植被以及引起
扬尘、污物挥发污染等现象。
3）较其他开挖换管技术和非开挖技术，非开挖内置套管修复技术更加减小了对交通的影响。
4）设备体积小、质量轻，便于日常施工、操作。
5）由于套管本身已具备独立强度，在满足排水流量需求的情况下，亦可在非圆形管道内实施。
1.6修复前后管道流量计算（见表1）
表1修复前后混凝土管和HDPE管的流量理论值计算表
1.7工艺实际应用
在“真武庙二条北侧东段合流管翻建”工程中，其过街管道腐蚀、老化严重，管道结构强度减弱，影响设施安全。但由于所在地理位置不允许开槽施工（见图2），使用非开挖胀管替换技术又不具备开挖工作坑的条件，使用非开挖内衬或缠绕管修复工艺则难以满足管道结构强度标准。为此而研发的非开挖内置套管修复技术恰当地解决了上述难题（见图3）,使排水管道翻修改造技术又多了一种选择。
图2施工现场位置
图3内置套管施工作业中
2非开挖液压胀管扩管技术
非开挖液压胀管扩管技术于3年引进（见图4）。
图4非开挖液压胀管扩管技术动画示意图
2.1工作原理
非开挖液压胀管扩管技术主要采用非自动开挖方式液压驱动扩管电力驱动的工作原理，由快速安装杆上的电动机直接牵引液压破碎机上的胀头并驱动液压扩管膨胀器，拖带HDPE型扩管继续前进，从而基本实现了液压胀碎旧管和液压扩管、换装新管的目的。
非开挖液压胀管扩管技术主要就是采用一种HDPE伸缩管作为液压替换用的管材。该技术所用管材的柔韧性好、粗糙和耐腐蚀污染系数低、排水性和流动性好、无毒，符合环保要求。由于其软件接口数量少、整体性强，可以有效地降低设备日常维护和检修的时间成本及维护工作量。
2.2主要施工工艺
首先在旧管段两头各开挖1个工作设备坑，一个作为安装胀拉设备的主坑，一个作为进管设备坑。在指定的设备坑内，安装胀管机，通过快装杆进行连接（连续地安装快装杆），同时经设备主机的液压动力作用向指定的进管设备坑方向推进。当最后一根导向杆到达指定的进管设备坑后，连接安装设备切割头（滚刀），HDPE管与膨胀器用螺栓固定连接。设备主机开始回拉快装杆，切割头或膨胀器将旧管道破碎，带入新的HDPE管至设备坑，卸下滚刀、膨胀器，完成一个工作单元。
2.3工艺适用范围
1）管道公称直径：对直径～mm多级管道进行等径和扩径替换。
2）管道的主要性质：给水、排水、燃气、热力等管道。
3）管道材质：铸铁管、钢管、混凝土管、陶土管、塑料管等多种材质的管道。
2.4工艺特点
1）在非开挖领域具有唯一性和广泛性。
2）唯一能实现在原管道基础上破旧立新，等径或扩径更换管道。
3）适用于多种规格管径、多种介质管道、多种材料管道施工。
2.5技术优势
1）针对老旧地下管道等基础设施的升级改造，能同时有效满足城市建筑结构的更新和扩容的综合利用需求。
2）最大限度避免了拆迁困扰和对环境的破坏，减少了工程多余投资。
3）局部开挖较小的工作坑，减少掘路量及对公共交通环境的破坏性影响。
4）采用先进的液压设备，噪声小，符合环保要求，减少了噪声扰民等各种不利影响，社会效益明显提高。
5）施工速度快，工期短，有效降低了工程成本。
6）工程安全可靠，提高了产品和服务的管理性能，有利于设施的后期养护。
3非开挖胀插法施工工艺
3.1工艺介绍
“非开挖胀插法施工工艺”是以待修复管道为载体，在不破坏附属构筑物的情况下，在管道两头的检查井中实施操作，以液压动力牵引钢制锥型胀头，并同时牵拉HDPE管，达到管道更新目的的新技术。
3.2工艺原理
在管道一端检查井中安装液压合口机，另一端检查井中安装液压拉管机，再向旧管道中穿入钢制拉杆，拉杆到位后与胀头连接，胀头后部连接HDPE管。当HDPE管安放到位后，在液压合口机前部安装压盘，通过液压顶进达到HDPE管子母口咬合连接。再经液压拉管机牵拉胀头，带动HDPE管进入旧管道中。
3.3技术优势
1）不需开挖工作坑，以管道相邻的2座检查井为操作空间。
2）不需开挖处理管间错口问题（错口≤2cm时）。
3）设备拆装、运输方便，施工噪音小，无污染。
4）可减少工程多余投资（开挖所涉及的拆迁、掘路及所使用机械费用）。
5）不破坏附属构筑物。
43种施工工艺的主要施工工序
4.1管道清淤
1）管道内常年淤积的砂石与杂物容易造成设备牵拉时阻力加大，对后续施工造成影响，同时影响新管的高程及坡度。
2）管道清淤注意事项：①淤泥升出井后立即装袋；②集中堆放；③做到淤泥不落地，每天运走不得过夜。
3）施工过程中人机配合，采用不同规格型号的砂筒，从小至大，往返拖拽。
4）清淤完成后，用高压射流车将管道进行冲洗。
4.2施工导水
为方便施工操作，需要进行施工导水。
常用的导水方案：在其上游井设堰打堵，设泵，用水龙带导至下游污水井中。如图5所示。
图5截流导水示意图
4.3管道闭气试验
4.3.1闭气操作
检测时将管道两头与管堵接触部分的内壁清除干净，使其光滑，保证充气堵与管壁贴合密实，满足闭气试验的基本要求。
4.3.2试压阶段
1）向内衬管内充气，直到管内压力达到27.5kPa，关闭气阀，观察管内气压变化。
2）当压力下降至24kPa时，向管内补气，使压力保持在24～27.5kPa之间并且持续时间不小于2min。
4.3.3主压阶段
1）缓慢增加压力，直至27.5kPa，关闭气阀，停止供气。；
2）观察管内压力变化，当压力下降至24kPa时立即开始计时；
3）记录压力表从24kPa下降至17kPa所用的时间。
4.3.4判定方法
1）比较实际时间与规定时间，如果实际时间大于规定时间，则管道闭气试验合格，反之为不合格。
2）如果所用的时间超过了规定时间，而气压下降为零或小于7kPa，则闭气试验合格。
4.4新旧管道间隙注浆（仅适用于非开挖内置套管修复工艺）
在原管道内套入一条比原插入管道管径小一个级别的HDPE管。例如，在Dmm的钢筋混凝土管中内衬DNmm的HDPE管，在新、旧管道之间有一环状间隙，故在施工时需对新、旧管道间的间隙进行注浆和填充，使新、旧管道密实地结合，共同承压，形成管道整体强度，达到对破损管道修复和加固的目的。
4.5整修检查井
检查井修整部位为流槽、新建管道与检查井井墙处、检查井井室、井筒破损和踏步断裂处。
在施工过程中，需将检查井内的流槽进行破拆，这是施工顺利进行的必要条件，置换完成后，对其流槽部位进行恢复。
53种施工工艺对HDPE管材的要求
在前期施工中对于管材的选用和其他的技术指标都已经制定有严格的技术要求和质量标准，应尽量减少使用PE系列的各种管材，且所使用的各种管材还必须尽量保证完全符合现行国家标准的规定。
3种施工工艺对HDPE管材的要求为：断裂伸长率≥%；纵向回缩率≤3%；静液压强度5.5MPa；环刚度≥8KN/m2。
6结语
随着我国城市现代化建设的不断完善，非开挖铺管、修管和换管技术以其不直接影响后交通，铺管的速度快、效率高，不会造成环境污染和破坏，不直接影响人们的正常工作、生活等一系列的技术优点而得到广泛的实际应用。非开挖修复技术极大地促进了城市排水管道更新技术水平的提高及其进步，延长了城市排水系统和管道的使用寿命。对社会的影响可以降到最小，真正实现了城市免开挖修复施工。
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参考文献：
[1]王国辉.非开挖工艺在施工中的发展与应用[J].中国非开挖协会，，2(1)：24-30
收稿日期：-04-24
作者简介：王国辉，男，高级工程师，主要从事地下管网非开挖修复技术研究工作。
