浅析非开挖管道修复技术
随着城市化进程的不断加快，行政主管部门对于管网的建设监管力度逐渐加强。而大量的地埋管道在投入运营若干年后，由于外力或自身使用寿命等原因，都会不可避免的出现穿孔或泄漏事故，传统处理手段一般为开挖维修或更换。老旧管网基本身处城市主干道下或构筑物边缘，维修或更换等工作将牵扯路政、地面障碍物拆除及恢复、公众协调等诸多因素。而且管道的局部破损造成整体运营失效情况下，予以整体更换则成本支出过大。正是在这样的背景下，管道的非开挖修复技术便营运而生。
近年来，随着非开挖管道修复技术的研究与施工技术的改进，已发展具有化学及物理管道清洗技术，穿插HDPE管内衬修复旧管道技术、翻转浸渍树脂软管内衬修复旧管道技术、内衬不锈钢技术和挤涂聚合物水泥砂浆修复技术等多项非开挖管道修复技术，并在全国众多城市成功应用于给排水、石油、燃气、电力等各类管道。管道清洗及修复技术介绍如下：
一、管道清洗技术分类及技术分析
1、化学清洗技术
化学清洗技术就是采用化学药剂（一般用盐酸、硫酸、硝酸等无机酸和柠檬酸、氨基磺酸等有机弱酸）和一定的工艺手段对管网、设备等进行除油、除锈除垢等清洗过程。
化学清洗一般较彻底，但在清洗过程中易生成有害气体，且对管网本身具有腐蚀性，故在管道修复（特别是市政管道修复）施工中很少采用化学清洗技术。本篇则不着重介绍。
2、 物理清洗技术
物理清洗技术则分为高压水射流清洗技术和PIG物理清洗技术
2.1 高压水射流清洗技术
高压水射流清洗是利用经设备增压系统加压的水由喷头射出形成高速水射流，这种水射流有很高的冲击和剥削能力，可将管壁上的结垢、金属氧化物和其他附着物清除，清洗质量很好。配用不同规格形状的枪头可对不同规格的管道进行清洗除垢，针对大口径的管道的清洗可特殊定制旋转枪头。
高压水射流在清洗过程中产生的污水易于处理，且对管道设备无腐蚀。但由于设备自身局限性，配置的清洗管道导致清洗距离短，不适合长距离管道的清洗，且高压水流对于顽固污垢难以清理到位。
2.2 PIG物理清洗技术
PIG清洗技术不是一项单项技术，它包括现场跟踪技术和发射、接收PIG技术。它是将PIG清管器放入发射器后，通过输送介质或压缩空气在PIG前进方向产生压力差，形成前进推力，使PIG清管器沿管线前进，在运行过程中，PIG本体或其清洗附件在管内不断与管壁的积垢接触、挤压，并把积垢刮削下来；与此同时，介质在通过PIG柱面与管内壁所形成的间隙时会形成高速环隙射流，对所刮削下来的垢进行冲击、搅拌，使垢随之排出。
常用清管器是用聚氨酯材料发泡后加工成圆柱形，形似炮弹状，然后在其表面加工出螺纹或安装上毛刷钢丝带等附件，加大机械磨擦强度。因为发泡聚氨酯具有收缩好、强度高的特点，所以它可通过异形管、“T”形管及90°弯头，它能安全高效的实现长距离各类管线的在线清洗，具有清洗彻底，对管线无损伤、无腐蚀等优点。
二、管道修复技术分类及技术分析
管道进行内衬修复前须考虑两方面的问题：其一是进行内衬修复后管道的安全可靠性；其二是内衬材料对于介质的适用性。当管道由于局部缺陷而导致整体运营失效，但其主题材料还有利用价值，其结构本身可作为管道支撑，则可采用修复法。任何一种情况下修复破损的管道都比铺设全新的管线经济。修复的主要方法有：
1、“U”型内衬HDPE管修复技术
“U”型内衬HDPE管修复技术通常也称紧密结合内衬法，它包括冷轧法、热拔法和变形法。是利用外径比旧管道内径略小的HDPE管，通过变形设备将HDPE管压成“U”型并暂时捆绑以使直径减小，通过牵引机将HDPE管穿入旧管道，然后用水或气（汽）压与通软体球将其打开并恢复到原来的直径，使HDPE管涨贴到旧管道的内壁上，与旧管道紧密的配合，形成HDPE管的防腐性能与原管道的机械性能合二为一的一种“管中管”复合结构。管道修复后在使用过程中，由于管内存在介质压力，内衬管最终会紧贴于原管内壁。
此类修复技术一般用于修复结构性破坏不严重的直圆形管道，可适用管径范围为75～2000mm，管线长度为1000m左右的各类管道。因其具备卫生性能良好、过流断面损失小、变形适用范围大以及可长距离修复等优点，已广泛应用于给排水等相关管网修复工作。而且，国内已开始尝试HDPE管异径修复，并取得显著效果。
2、软衬法
软衬法也称为原位固化法或现场成型加衬修复法，是目前最受欢迎的非开挖管道修复施工方法。它是在现有的旧管内壁上衬一层液态的热固性树脂，通过加热（利用热水、热汽或紫外线等）使其固化，形成与旧管紧密结合的薄层管。软衬管的主要组成材料是：柔性的纤维增强软管或编织物、热固性树脂、催化剂。最常用的是编织带，也有的采用玻璃纤维加强的编织管，管的内外表面浸有非渗透性的涂层，以保护管中的树脂。软衬管的作用是携带树脂，直到它就位并且固化为止。
软衬法常用的施工方法有两种，其一为翻转浸渍树脂软管内衬法，该技术是使用浸透热固性树脂的编织软管或带有防渗膜的纤维增强软管作衬里材料，将浸有树脂的软管一端翻转并用夹具固定在待修复管道的入口处，然后利用水或气压使软衬管浸有树脂的内层翻转到外面，并与旧管的内壁粘结。一旦软衬管到达终点，向管内注入热水或蒸汽使树脂固化，形成一层紧贴旧管内壁的具有防腐防渗功能的坚硬衬里。其二为绞拉软管内衬法，施工时将绞拉钢丝绳穿过旧管，将浸有树脂的衬管连接在钢丝绳的自由端上，随后拉入待修复的旧管内。最后撤去钢丝绳，堵塞两端，利用热气、热水或蒸汽使衬管膨胀，并加速树脂固化。
通过软衬法修复的管道过流断面的损失可忽略，但流动性能却大大改善。使用这种技术可修复铸铁管、钢管及混凝土管等多种材质的地下管道，尤其适用于城市中交通拥挤、地面设施集中或占压严重、采用常规开挖地面的方法无法修复和更新的管道，既可用于供水、污水及燃气管道的修复，也可用于化工等工业管道的修复。使用此法修复管道具有全天候施工、无接头且流动性好、可适应非圆形断面和弯曲的管段等优点，但其局限性是对管道清洗要求高、成本较大、树脂固化时间较长（一般在5h以上）以及每段施工编织管均需单独定制。
3、喷涂法
喷涂法通常用作管道衬里以作抗腐之用，是把防腐和结构衬里应用到管道的技术。高速回转的喷头在绞车的牵引下穿过管道，在离心力的作用下将衬里材料喷涂沉积到管道的整个内表面。我们通常看到的铸铁管、水泥管及钢管内的水泥灰浆涂层就是采用这种技术，它可防止管道结层、水变色和水力损失。最近，环氧树脂已被批准用于饮用水管道，由于设备和聚合物配方的发展，结构喷涂内衬用于修复给排水管道已成为一种新的方法。破损的给排水管道可接纳一种高强度的速凝环氧树脂或聚脲酯材料。施工操作可从地表进入，可避免开挖道路从已有的人井中进行。这一方法通常适用于直径150～600mm的管道修复。
4、局部修复法
局部修复法在管道破损处进行树脂注浆或化学注浆。由于外力导致或接头失效，当在管道内部形成局部破裂时，可考虑采用遥控注浆（树脂）封堵局部破坏。修复法可以解决以下四个主要问题：（1）使松散、分离的未加筋的旧管道具有类似于石拱的承载力；（2）提供附加的结构性能，以有助于受损坏的管道能承受结构荷载；（3）具有防修功能；（4）能代替遗失的管段。在排水管修复中，采用脲酯或类似材料的化学注浆已经有多年历史了，尤其是在北美地区。采用遥控或人进入的方法对失效的接头和裂缝进行注浆，可防止管道的渗漏和管周形成空穴。
5、内衬不锈钢技术
不锈钢薄板内衬修复技术，是在管道内部内衬钢板，钢板采用卷板形式，在管道内部进行焊接，整体成形。在管道内部内衬钢板能增加管道的整体抗压性，还具有防渗的效果。由于不锈钢内衬可以阻止管道内壁腐蚀，减少管道内壁粗糙度，增加了水的过流量，使内衬后的管道更安全、更轻便，更经济、使用寿命更长，达到修复的目的。从国内外旧管修复情况来看，由于这项技术适应性强，质量可靠，可以带水作业，已在排污管道上得到广泛的应用。
不锈钢薄板内衬与原有管道内壁之间的间隙，采用注浆法灌注水泥灰浆，水泥灰浆为无溶剂、低收缩、粘合力强的高分子材料，注浆液固化后，形成一内外固定的坚实夹层，保证管道的修复质量和效果。不锈钢薄板作为给水管内衬修复材料，比其他种类的材料具有更多的优越性。它耐腐蚀、不结垢、摩阻小、无毒无污染，埋地使用寿命长于钢管及铸铁管，在国际及国内给水行业中得到广泛的认可。
三、非开挖管道修复配套技术之管道CCTV成像检测技术
非开挖管道修复技术是涉及多种知识领域和多种技术领域的综合性工程技术。它涉及到工程力学、流体力学、材料力学、高分子材料、机械设计与制造、电子学等学科。而管道CCTV成像检测技术作为非开挖管道修复配套技术，为非开挖管道的修复工作带来极大便利。
管道CCTV（闭路电视）成像检测技术是对管道清洗前结垢状况、清洗后清洗质量和修复后管内衬层质量进行视频成像检查的专项技术。它是由自动爬行器、外部控制系统、图像记录系统、监视器系统、信号线、信号线架等组成。自动爬行器可在管道内自动前进、后退，其内部安装有微控制处理器和前部安装可调焦、图像放大、缩小、定影、负像、镜像的摄像部件作为主镜头，可进行上下、左右以及旋转摆动；后部安装镜头，在后退时可同步检测。外部控制系统、图像记录系统、监视器系统使用笔记本电脑统一整合，体积小，重量清，使用方便；可以现场记录检查信息，同步显示小车运行状态（包括运行距离、控制信息等）。
非开挖修复技术的发展，为管网运行维护提供了诸多可能及保障。它的整体优势在于修复的负面影响小，修复所占用场地比较少，对地面、交通、环境以及周围地下管线等等的影响很微弱。非开挖修复技术的推广难度在于材料及设备研发滞后导致的修复费用高，以及市场认可度较低，使得很多中小城市望而止步，其实综合考虑交通，管线开挖的难度、市民的生活质量以及树立服务型企业的要求等因素，非开挖修复的费用是可以接受的。
可以预见在不久的将来，随着新材料及修复技术的不断研发，修复材料在国内实现批量生产后，我国的非开挖修复技术将进入全新的发展阶段，此技术必定会被给排水等管网运营企业所广泛认知，早一步进入市场将获得更宽阔的广角，因此推广非开挖修复技术势在必行。
