给水管道在线不开挖更新技1.docx
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给水管道在线不开挖更新技1
给水管道在线不开挖更新技术
（出 自：
《中国给水排水》2002年第11期）
方勇1，詹永光2，赵国成3
（1.阿特金斯顾问＜深圳＞有限公司，广东深圳518008；
2.泉州市自来水集团，福建泉州362000；3.深圳市机电设备安装公司，广东深圳518040）
摘 要：
对目前国内外常用的给水管道在线不开挖更新技术进行了系统的综述，比较、阐述了各种技术的适用性、局限性以及相关的技术经济指标，并提出了技术方案的选择原则。
关键词：
给水管道；不开挖；更新技术
中图分类号：
TU991.3
文献标识码：
C
文章编号：
1000-4602（2002）11-0090-03
在常年的运行中，由于物理、化学、电化学、微生物等的作用，在给水管道的内壁会逐渐形成不规则的“生长环”，且随着管龄的增长而不断增厚，使得过水断面面积减小、输水能力降低并严重污染水质，同时，管道由于缺少维护而漏损严重。
传统的改造方法是开挖敷设一条新的给水管道（旧管道报废），但由于这些超龄管大都敷设在人口稠密、商业繁荣的市区，管道周边充塞着污水、雨水、煤气、热力、电力、通讯电缆等其他市政管道和设施，有部分管线上方还骑压着建筑物或完全被压在道路下方，故改造工程的实施存在着相当的难度。
为解决这一问题，不开挖更新管道技术应运而生。
由于该技术具有施工场地小、施工简单等优点，很快得到了广泛应用。
1 管道在线不开挖技术
不开挖技术（TrenchlessTechnology）首先兴起于石油、天然气行业，主要用于油、气管道的更新修复，以后逐步应用于污水管及给水管的翻新改造中，并随着PE管等新型管材的应用而迅速推广。
其工艺主要有：
①管道在线修复翻新工艺——内衬管滑（拉）入衬装（Sliplining）、无缝衬装（Close-FitLining）、管道翻衬（Cured-in-PlaceLining）、管道喷涂衬装（SprayLining）；
②在线管道更新工艺——爆（碎）管衬装（PipeBursting）；
③非在线敷管工艺——非定（导）钻技术（ImpactMoling&Ramming）、定（导）钻技术（GuidedBoring&DirectionalDrilling）、顶管及微型隧道施工工艺（PipeJacking&Microtunnelling）。
2 管道在线不开挖更新技术
表1综合了管道在线不开挖更新技术的各自适用范围及局限性。
2.1内衬管滑（拉）入衬装
该方法是将一条新的PE管拉入到旧的管道中，内衬管前端要装圆锥扩管头以克服拉入过程中原管道的阻力，同时利用牵引绳将圆锥扩管头与卷扬机相连。
在原有管段的端部要加装PE管保护圈以防在PE管拉入时被划伤。
PE管衬装完后，为固定内衬的PE管还要在原有管道和PE管之间灌注水泥砂浆。
施工当中PE管可以事先用对熔焊机焊接好，小管径的PE管还可以装配成管道盘轮，这样可以极大地减少拉入衬装的时间。
一次拉入的长度可超过100m，在分支管、消火栓、阀门等处要挖工作坑并于PE管上开口以接支管。
一般内衬PE管的管径小于原有管道的管径，衬入PE管后，虽然管道的摩擦系数减小，但其横截面积也变小，故管道的过水能力最大可下降30%。
2.2无缝衬装
该法是将直径大于或等于原管道管径的PE管衬入管道，衬装后PE管变形复原并与原有管道内壁紧紧贴在一起而无需灌入砂浆固定。
施工中所使用的PE管一般为高、中密度的薄壁聚乙烯管材，衬装的方法类似于滑（拉）入衬装工艺。
该法的关键是要在衬装前将内衬管的截面积减小。
截面的变形可以是弹性的或半永久塑性的，变形管的复原可以是自然的或是通过注入外界的高压或高温介质（如压力水、高温水、高压蒸汽）而屈服复原。
变形的方法为：
①将PE管拉长（在管壁厚度不变的情况下，当某种PE管被拉长4%时则管径将缩小6%），衬入后，由于不再受拉力的作用而使管长缩短、管径变大，从而达到无缝贴衬的目的；②将管道横截面变形（PE管在生产时被挤压），再通过专用的设备将横截面变为“U”或“C”形，也可以在现场将PE管沿管壁圆周方向扭曲变形，然后进行衬装并利用水压、高温水或高压蒸汽的作用将变形的管道复原。
无缝衬装需要较高的技术水平，要精确计算内衬PE管的横截面变化情况，同时还需要特制的内衬管缩径钢模或扭曲钢模等设备。
表1 在线不开挖管道更新技术比较
项目
适用管径（mm）
衬装后管道断面面积变化
技术优势
技术局限
内衬管滑（拉）入衬装
63～2000
减小10%～30%
施工速度快；施工技术水平要求不高；衬装可以适应大角度的弯头；造价比传统开挖工艺稍高。
衬装连续管时需开挖管线以引入工作坑；管道的断面减小量大；恢复支管供水需要在连接处开挖；施工时水流必须改线。
无缝衬装
50～1100
一般减小5%～15%
无需灌浆；施工速度快；管道断面减少量小；衬装可以适应大角度的弯头。
待修复的管线须相当直；衬装前须在支管连接处进行开挖；只能修复圆形截面管道；原有管线的变形和偏移会对施工造成影响；“U”型内衬管会因有缺陷而中止管道拉进；施工设备需要空间很大的放置场地；需在施工前取消待修复管段中的弯头。
管道翻衬
75～1000
减小10%
施工速度快；可以适应管道断面变化；无需灌浆；衬装可通过弯头，但可能会在弯头处产生褶皱。
仅有几种树脂被准许使用；支管连接处在切割完后可能需要密封接口；施工的技术水平要求较高；施工现场的设施搭建需要较高的费用。
管道喷涂衬装
环氧树脂喷涂：
50～1200水泥砂浆喷涂：
＞75mm
变化很小
无需重新在支管连接处开口；可以改善管道的水流特性；仅需要极少的开挖；造价比传统开挖工艺低。
施工过程中需要另外的临时供水管；喷涂修复的时间较长；非结构性衬装，对原有管道的结构性修复能力非常有限。
爆（碎）管衬装
40～500
可增大断面
施工速度比传统开挖的快；可以保持或增大管道的过水能力。
碎管设备的震动可能会影响周边其他的市政管道或结构设施；恢复支管供水需要在连接处开挖；水力扩管碎管设备会使旧管不定向破碎，碎片会对衬装管的长期性能造成影响；遇到一些无法预见的情况（如旧管四周包有混凝土、无记录的管道接头以及不利的土壤环境等）时，开挖在所难免；衬管无法通过旧管段上的弯头。
2.3管道翻衬
管道翻衬的内衬材料一般是由较柔韧的聚合物、玻璃纤维布或无纺纤维等多孔材料做骨架，经饱和树脂材料浸渍而成，在材料的外层一般覆盖一层隔水膜，翻转衬入管道后，该隔水膜成为新管道的内层，主要起止水作用。
施工中在水压、气压或卷扬机拉力的作用下，内衬材料翻转进入管道之后在热水水温或蒸汽气温的作用下树脂固化，内衬材料形成坚硬的管道内壁而成为管道骨架的一部分。
管道翻衬一次施工的长度可达100m以上，翻衬完后，在各支管、消火栓、阀门等处挖工作坑进行人工开孔接支管，也可通过专用的设备开孔。
翻衬施工的工期较长，并且对水质的要求较高。
2.4 管道喷涂衬装
该方法将水泥砂浆或环氧树脂作为喷涂材料，通过在卷扬机拉力作用下的旋转喷头或者人工方法将材料直接喷涂在原管道内壁以进行翻新。
施工时需沿管线在合适的地方设置工作坑（间距为100m）。
喷涂衬装前必须将原管道清拭干净并用专用的探察设备（CCTV）进行探视以保证管内壁没有残留物和附着水。
一般环氧树脂的喷涂厚度为1mm，而水泥砂浆的喷涂厚度为4mm。
需要注意的是，喷涂材料有时会对水质产生影响，所以在对给水管道进行喷涂衬装时，材料的选择就尤为重要。
2.5 爆（碎）管衬装
该方法主要适用于原有管为易碎管材（如灰口铸铁管等）且管道老化严重的情况。
新管的管径可以比原有管道管径大，具体施工方法是将碎管设备放入旧管中，由卷扬机或冲压杆拉动并沿途将旧管破碎，在碎管设备后连有扩管头（扩管头的直径大于原有旧管），一方面负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中，另一方面将内衬的PE管拖入原管位。
3 技术经济比较
表2给出了各种技术的相关经济指标。
表2 在线不开挖管道更新技术经济指标
项目
典型施工速度（m/d）*
施工费用（以管径为150mm为例）（元/m）
内衬管滑（拉）入衬装
100
492
无缝衬装
60～120
740
管道翻衬
100～200
980～1230
管道喷涂衬装
100
水泥砂浆喷涂：
333环氧树脂喷涂：
492
爆（碎）管衬装
100
740
注：
*施工速度是在满足8h内使更新管道恢复供水的条件下得出的，而不是因为技术本身的限制。
4 结语
各种在线不开挖管道更新技术均各有其局限性，选择施工方案时应调查清楚原有管道的管径、管材并了解其供水服务情况、施工断水对服务区的影响、允许的停水时间、对翻新后管道过水能力的要求、管段中支管的数量和位置、横纵向弯头的数量和位置、管线周围其他市政管线的位置（尤其是煤气管、高压电缆等）、管段所处街道的交通状况以及施工时可能造成的扰民程度等，在综合考虑以上各种因素并结合各种技术的适应性与局限性及技术经济比较后，才能最终得出最好的施工方案。
给水管道不开挖更新技术在欧美、日本等经济发达国家的应用已十分成熟，在我国也具有广阔的发展和应用前景。
关于我国给水用PVC-U管材管件应用及有关技术问题的体会
一.概况：
化学建材是继钢材、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类新型建筑材料，它在城乡建设中用途十分广泛。
大力开发和推广应用化学建材具有显著的经济效益和社会效益。
塑料管材管件是化学建材的主要品种，而PVC-U管材管件则是塑料管的主导产品。
给水用PVC-U管材管件在国家指导下正规的开发始于国家“七五”期间。
由于它具有重量轻、不生锈、不结垢、制造能耗低（以长度计算，仅为金属管的１８.７%），内壁光滑，水力条件优越（在同等水力条件下，供水能耗下降４４%），水质卫生，没有管道二次污染，安装劳动强度低，节约施工综合费用等独特优点，已越来越被人们所认识。
可以说，它在一定的管径范围内，在技术上及经济上是可行的。
这一项目立项于１９８３年，１９８５年列入国家“七五”科研攻关项目。
经过十几年的技术开发和应用实践，这一新型材料已在全国城镇供水管道中应用达３０００多公里，在联合国和世行贷款的我国农村改水工程中累计应用已不少于10万吨，取的了初步的开发应用成效。
国家有关部门也于1988年及1990年颁布了产品国家标准和应用技术标准。
国家一直十分重视这一新型材料的开发和应用。
于七十年末期就由建设、建材、化工、轻工等部门联合组成了国家化学建材专业组，随着项目由技术开发逐步转入应用开发，这一专业组的组长也由化工部担任转由建设部担任，并于１９９４年改名为化建协调组。
建设部等五部于１９９７年６月２３日联合发出建科[１９９７]１５４号文件，印发了《国家化学建材推广应用“九五”计划和２０１０年发展规划纲要》等化学建材文件的通知，对推广应用“九五”计划和２０１０年发展要求，加速推广应用、限制淘汰落后产品等作了明确的规定，上海市等有关省市也相应作出了本地区具体实施规定的通知。
应该说，国家与各级政府部门推动化学建材这一技术政策的贯彻力度正在不断加大，有关政策也正在相应出台并实施，各类相关人员对给水用PVC-U管材管件的认识已从陌生、粗浅而逐步进入了解和较深化的阶段，生产企业的质量和品种也正日趋稳定、提高和完善。
应用技术在大量实践的基础上总结了正反两方面的经验与教训已经形成了一些具有共性的关键技术措施而切实可行了。
目前，可以说推广应用的外部条件和技术基础已逐步形成，前景十分良好。
应用单位迅速介入这一推广应用工作也不存在太大风险，而且还有利于完成国家“九五”推广任务并早日掌握主动权，逐步实现本企业的供水现代化。
因此，根据本企业的基本情况、特点和需要，寻找适当的应用范围和突破口的时机已经成熟了。
二.产品开发和工程应用有关技术问题的阶段性回顾：
开发和应用的１２年来，我国城市供水行业在PVC-U给水管的应用技术方面大致经历了以下几个阶段：
第一阶段:
1987-1989年,国内厂家通过引进国外先进技术和设备，具备了PVC-U扩口型（R-R）压力管材的生产能力，产品标准达到了国家标准和德国工业标准的要求,但相应配套的PVC-U管件尚未投产，工程只能使用原有的铸铁管件，与塑料管材的连接采用传统的石棉水泥“打口”的方式，管材与管材的连接采用管材端头的R-R扩口胶圈密封连接，这一方式首先在青岛、天津、南通等自来水公司应用试验，但因PVC-U管材表面光滑，与填料的咬合力不够，接口的安全性不够，但只要注意“打口”质量并在有经验的管工操作下，接口在0.6Mpa时通过试压，但在长期工作一段时间后，接口出现有漏水的地方。
其缺点为：
1.材质不一致，选用铸铁配件不科学，特别是金属止水栓，不能用于塑料管上，致使无法连接用户支管。
2.热胀冷缩及沉降、震动时损坏“打口”填料。
3.无形中提高了“打口”的操作难度，缺乏普遍的可操作性，接口形式不科学。
但这一阶段试验证明,PVC-U（R-R）扩口型管材在给水工程中是可行的，迫切需要加快PVC-U管件的开发，以满足工程的要求。
第二阶段:
厂家加快了PVC-U管件的开发，1990年左右就备齐≤φ200的常用规格的TS接口（胶接）形式的PVC-U管件,从1990-1991年就逐步在上海，广州，成都，武汉等自来水公司开展了试点工程，但由于管材与管件的胶粘接口出现漏水并且缺乏配水管到表池间支管部分的特殊连接专件—塑料止水栓，工程试点没有取得满意的效果。
但这一阶段的试验使大家发现了按照国家标准规定的视水压和水温两个因素选用管材公称压力等级为0.63Mpa作为城市供水的管道压力等级是不够全面的，萌发了在目前城市供水压力的情况下选用1.0Mpa压力等级管材的基本想法。
TS接口（胶接）连接形式在国外标准和我国标准中均属可采用的连接形式之一。
它属于本体粘接，胶粘剂随着溶剂的挥发而遂步固化达到粘接的目的。
粘接的质量由以下几个因素决定：
1.被粘物的贴紧力和间隙。
在管材管件上就体现在配合精度和胶粘承口有效长度。
其间隙在0.1m/m时是最佳的，超过0.3m/m其粘接效果（搭接剪切长度）就急剧下降。
2.被粘物表面必须清理干净。
去油、去污、去水、去泥、去砂，且去掉管材管件表面成型时析出的润滑剂。
3.最大限度的去掉胶粘层中的空气，因此刷胶方向必须与轴向一致，且有里向外刷过端头，以保证有效粘接面积。
4.粘接完成后必须要在空气中养护24个小时左右，冬季施工时须长达48小时，（固化速度随环境温度变化而变化），在养护期间不能沾水或泡在水里。
5.合理的设置伸缩节，补偿热胀冷缩。
对照以上要素，目前我国管材管件的标准公差范围，不园度、管件承口的工艺锥度以及工程的施工现场管理，施工环境，施工细致程度，特别是南方多雨且地下水位较高的情况下，确实很难做到，此乃粘接连接总是出问题的基本原因。
第三阶段：
由于TS接口的诸多弊病，很大程度上阻碍了PVC-U管道的推广应用，应此，柔性接口管件的开发被提到议事日程上来了。
众所周知，由于管道工程中管件用量少、品种多，而且PVC-U管件的R-R接口成型技术难度高，设备模具投资很大而且不容易形成规模产量，因此各生产企业受到技术和资金的制约，无一家开发生产柔性接口的PVC-U管件。
鉴于以上情况，生产厂家就生产了钢制喷塑的柔性接口管件，解决了≥φ100口径的柔性接口（R-R）问题。
但此类管件的缺点是：
⒈价格太贵；
⒉由于不可避免的碰撞，损坏喷塑涂层，使钢板暴露，防腐性很差；
3.两种不同材质，且≤φ200管系中管件较多，使用起来总是特别别扭。
但对于配水管到表池间的小口径给水管及其配套专件仍然没有一个很好的切实可行的解决办法。
第四阶段：
随着外部环境的不断形成和推广应用的深入，大多数自来水公司认为在≤φ200的范围中应用塑料管确实在技术上经济上是可行的。
但制约整个推广进程的主要原因是：
管件不配套，确切地讲即是现有的管件不能用或用上去不舒服，而需要的配件又没有。
我们上海自来水公司认为在街坊小区内（道路红线外）应用PVC-U管其范围在≤φ200是经济的可靠的。
我们具体地把PVC-U管道分成两个部分来实施研究及应用。
即：
第一部分为≤DG50的用户支管系统，第二部分为DG100一DG200的配水管系统，现分述如下：
第一部分≤DG50的用户支管。
这是我们深感迫切急需改革的第一课题。
用户支管我们原来一直采用传统的镀锌管。
由于采用地表水，水质消毒后PH值较低致使镀锌管内壁腐蚀结垢严重，直接影响水压水质。
在水公司不断提高服务质量，实现社会服务承诺的情况下，上海水公司平均5-7年必须更换原有的镀锌管，每年耗资达3000-3500万元，由水公司开支，而且相当被动，当然，采用PVC-U用户支管是解决这一问题的行之有效的办法。
我们在长期的专题研究后，认为要采用PVC-U用户支管代替原镀锌管，必须解决以下两个技术问题：
1.必须解决配水管与进户管的连接专件。
连接方法与接水操作方式符合上海水司原有传统的接水阀（京、津水司称铜门蕊止水栓）要求，可带水打孔或停水开孔，还能分别用于铸铁配水管和塑料配水管，使配水管与支管罗纹连接在同一种材质中实现转换。
2.必须开发非TS接口的一种新型接口形式的DG50以下的PVC-U管件，要求此类管件具有密封可靠，操作简单，不要养护、不受施工环境影响，在一定水压范围内（1.0Mpa）自锁管材不使管材湍动弹出而不需设置支墩但又能自动补偿热胀冷缩的特点。
此类管件的接口形式，我们称之为活洛连接，简称活接管件。
江苏省江阴大伟塑料制品有限公司按照我公司要求及时推出了全套支管用UPVC活接管件，他们还与天津水司合作开发了塑料止水栓，这俩个系列产品构成了UPVC用户支管的敷设专件，科学地解决了相同或不同材质配水管与用户支管间的一种可靠的连接方法，并符合水公司传统的接水和维护管理要求，彻底消除了TS粘接连接的种种弊病，实践证明达到了预期设计效果，取得了成功。
上海水公司在1996年进行20多个试点工程后，于1997年1日17日发出通知，规定在红线外全面采用≤φ50的PVC-U管道以全面革除镀锌管。
建设部十分重视上海水司这一重大推广举措，1997年5月以《简报》形式报导并肯定这一做法，认为这是“在小口径城市供水管道中开辟了一条新途径以取代镀锌钢管”。
上海市建委，经委，科委，农委，以[1997]第1087号文件形式肯定并下达了禁止使用镀锌管的规定。
并在1998年3月，上海市建委又一次以沪建材[98]第0141号文件下达了禁用镀锌管的规定。
塑料立式止水栓和PVC-U活接管件组成的给水用户支管的系列产品，这一技术形式已列为了建设部中国工程建设标准《PVC-U管道工程设计施工验收规程》的规定。
经过三年多的大规模使用实践证明，工程效果良好，大幅度稳定及提高了水质，经取样分析，不同材质支管中过夜水的浊度、色度相差竞达70一100倍，显示了PVC-U管道的优越性，达到了成功的应用效果。
因此，各大中心城市水公司和采用地表水导致镀锌管腐蚀严重的地区水司，纷纷起动，把革除镀锌管而代之以PVC-U用户支管作为本公司推广PVC-U管道的突破口。
目前有的准备试点，有的正在试点，有的己经完成试点而进入了全面应用阶段使我国城市供水系统PVC-U用户支管的推广应用走上了一条健康发展的道路。
第二部分DG100一DG200的配水管系统:
上海水公司在大量实践和总结测算的基础上认为，≤DG200的PVC-U管道在质量、功能、投资效益等方面均优于铸铁管。
但正如前面所述，只有采用R-R型柔性接口的PVC-U管件才是工程成功的至关重要的保证。
在国家《PVC-U埋地给水管道工程设计、施工验收规程》中也己明确规定了这一管经范围的工程施工不得采用胶粘连接。
可见R-R型柔性接口这一连接形式己形成了技术上的共识，得到了实践的证明和权威的认可。
江阴大伟塑料制品有限公司根据城市供水行业这一迫切的技术配套愿望和国家技术规范的要求，经过近三年的努力现已推出了DN100一DN200的全套R-R型柔性接口PVC-U管件，满足了推广应用的需要。
上海水公司按照国家及上海市淘汰限制使用铸铁管的文件规定，在≤DG200的管径范围及街坊小区内全面落实，以彻底稳定水质和改善供水状态，更好的服务于社会。
在我国PVC-U管道开发推广应用的十几年中，借鉴了国外先进经验并结合我国国情，经历了风风雨雨，曲曲折折的过程，至今终于摸索出了一条符合我国城市供水应用现状的新的路子。
回顾总结这十几年中的各主要阶段的特点和发展过程，很有必要。
在经过实践已认定是失误或不完整的东西，就没有必要再去搞重复试验，而可以直接借鉴成功的经验而不走弯路。
从上海水司和青岛水司的文件看，其中对应用技术规定了几条意见，实际上它体现了我国城市供水在推广PVC-U管道的实践过程中，总结归纳出来的至关重要的科学成功的具有共性的关键技术措施，这些技术措施己在多次供水公司专业会议上得到了共识和认同。
归纳起来为以下几条：
⒈产品必须执行国家标准。
⒉UPVC管件接口形式：
de32，de63采用柔性活络连接接口形式。
≥de110采用R-R型柔性接口形式。
⒊配水管与PVC-U支管连接专件：
埋地的铸铁配水管或塑料配水管与PVC-U用户支管的连接均采用塑料立式止水栓。
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