程明 張建清 丁亮清

摘要：為解決小口徑塑料排水管道發(fā)生嚴(yán)重變形、破裂、塌陷時(shí)的修復(fù)難題，提出非開挖環(huán)切復(fù)頂置換修復(fù)技術(shù)，將原管道和坍塌部位全部旋轉(zhuǎn)切割清除后帶入新管，以達(dá)到等徑或擴(kuò)徑置換修復(fù)的目的。將環(huán)切復(fù)頂置換工藝應(yīng)用于武漢光谷七路污水管道修復(fù)中，結(jié)果表明：該工藝可有效修復(fù)出現(xiàn)二級(jí)以上變形、破裂的300～800 mm管徑塑料排水管道，并解決靜壓裂管水平受力易卡鉆頭問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：塑料排水管道； 非開挖修復(fù)； 等徑替換； 擴(kuò)徑替換； 旋轉(zhuǎn)切割

中圖法分類號(hào)：TU992

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.011

文章編號(hào)：1006-0081（2023）07-0067-04

0 引 言

2004年以后，隨著塑料管大量運(yùn)用于排水管道，管道的預(yù)處理和修復(fù)難度加?。?］。排水管網(wǎng)修復(fù)的主流工藝包括熱水翻轉(zhuǎn)固化、紫外光固化、熱塑成型等［2-3］，雖工藝繁多，但均以原位固化為主，工藝局限性大，不能適用于所有的管道結(jié)構(gòu)性缺陷，如管道發(fā)生嚴(yán)重變形和塌陷時(shí)，預(yù)處理工作量非常大［4-6］，作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高，切割變形坍塌部分的費(fèi)用高，工期長(zhǎng)，次生影響大［7］。

早期引進(jìn)的碎（裂）管法［8-10］采用靜壓裂管或氣動(dòng)碎管兩種工藝，通過(guò)裂管頭破碎原有管道，再帶入新管進(jìn)行置換。這種工法對(duì)混凝土管效果較好，但應(yīng)用于塑料管時(shí)，其破碎方式極易造成材料擠壓收縮而導(dǎo)致鉆頭卡死、置換失敗。也有將裂管頭改進(jìn)成滾刀式脹頭的方法，使脹頭在向前拉的過(guò)程中利用滾刀切破原管壁。滾刀式脹頭可以提高切割效率，減少卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，但是其力學(xué)方式?jīng)]有改變，始終是縱向受力，沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。此外，碎（裂）管主機(jī)需要放置在井下作業(yè)，動(dòng)力弱、體積較大，在修復(fù)之前需要將檢查井破除并加固，增加了開挖風(fēng)險(xiǎn)。

從力學(xué)角度分析，縱向強(qiáng)拉硬擠是導(dǎo)致塑料管收縮卡鉆的根本原因，因而改變受力角度，利用現(xiàn)有檢查井避免開挖破壞路面，同時(shí)增大置換動(dòng)力是從根本上解決塑料管置換難題的關(guān)鍵?；诖?，本文提出了針對(duì)小口徑塑料管道的環(huán)切復(fù)頂置換工藝，其將預(yù)處理和修復(fù)合二為一，且不需要擴(kuò)井，可在提高工作效率的同時(shí)有效解決卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

1 環(huán)切復(fù)頂置換工藝

1.1 方法原理

環(huán)切復(fù)頂置換工藝原理如圖1所示，定向鉆單邊造斜到第一口檢查井，進(jìn)入原管道后水平頂進(jìn)，鉆桿利用原有管道路徑從管中心穿到最末端檢查井，在末端井內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)切割鉆頭，利用定向鉆給特制切割鉆頭提供水平拉力和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，將原管道及變形坍塌部分全部環(huán)向切割打碎并帶出管道，同時(shí)利用末端井安裝自密封自鎖承插接口纏繞實(shí)壁短管，通過(guò)前拉后頂?shù)姆绞酵瓿赏街脫Q。

1.2 系統(tǒng)組成

1.2.1 動(dòng)力部分

在面臨不同管材和土質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，管道等徑或者擴(kuò)徑置換需要有強(qiáng)勁的動(dòng)力單元作為保障。置換不但要切割原管材，還需要清除變形坍塌下來(lái)的土體［11-12］，所以該工法選擇采用定向鉆作為前置動(dòng)力裝置。

根據(jù)管網(wǎng)埋設(shè)深度確定鉆機(jī)擺放位置：城區(qū)市政管網(wǎng)埋深一般在2～5 m，鉆機(jī)距第一口井8～12 m為宜。單邊造斜只下鉆導(dǎo)向，不擴(kuò)孔，對(duì)路面和土體影響小。定向鉆造斜、水平頂進(jìn)、回拉工藝成熟，具有地質(zhì)適應(yīng)廣、障礙處理能力強(qiáng)、次生災(zāi)害小、頂管標(biāo)高控制準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)空間要求小，管道密封性好、整體性強(qiáng)。而傳統(tǒng)的坑道機(jī)需要放置在井底，不但需要擴(kuò)井加固，而且受坑道限制，機(jī)動(dòng)力有限，極易造成卡鉆和拉塌井室［13-14］。

1.2.2 切割破碎部分

切割破碎部分通過(guò)末端檢查井安裝，切割破碎的同時(shí)帶回置換短管，同步進(jìn)行預(yù)處理和修復(fù)。采用自制環(huán)向切割鉆頭，如圖2所示，其由兩部分組成：前端為切割刀頭，后端是破碎鉆頭。切割刀頭主要用于縱向切割原管材，破壞管道的整體結(jié)構(gòu)；其在使用時(shí)由傳動(dòng)軸控制張開切刀，刀頭以180°角度切開塑料管材，再通過(guò)控制傳動(dòng)軸收縮切刀，后端的破碎鉆頭在切刀收縮后進(jìn)入已經(jīng)割開的管道，將原管材和坍塌部分全部粉碎，一部分碎渣隨鉆頭帶出管道，一部分被擠入土體。

裂管法通過(guò)氣動(dòng)或者靜壓方式擠壓破碎原管道時(shí)，鉆頭只有水平作用的力，其采用強(qiáng)拉硬擠的方式將原管材破碎擠入土體。當(dāng)待修管道為塑料管時(shí)，因塑料管是柔性材質(zhì)，極易造成管道擠壓收縮致使鉆頭卡死。相比之下，環(huán)切鉆頭通過(guò)定向鉆提供強(qiáng)大扭矩進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，將塑料管全部打碎，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)等徑或者擴(kuò)徑置換。

2 工藝效果對(duì)比

目前行業(yè)內(nèi)頂管置換工藝如泥水平衡、螺旋頂管等在應(yīng)對(duì)塑料管置換方面存在弊端［15-16］，從工藝和效果上將二者與環(huán)切復(fù)頂置換工藝對(duì)比，如表1所示。經(jīng)過(guò)對(duì)比，在小口徑排水管道非開挖施工中，尤其是建筑物密集、橫穿路口等復(fù)雜的工況下，環(huán)切復(fù)頂置換工藝是目前最優(yōu)的工法。該工藝對(duì)空間要求小，復(fù)雜施工環(huán)境均能滿足，同時(shí)具備頂管精度高、標(biāo)高可控的優(yōu)點(diǎn)，尤其是重力流管道對(duì)標(biāo)高要求高，環(huán)切復(fù)式頂管能滿足設(shè)計(jì)要求。修復(fù)后成品管道整體性強(qiáng)、密封性好，接口無(wú)滲漏和錯(cuò)位風(fēng)險(xiǎn)，柔性管還能適應(yīng)地層的不均勻沉降，總體性價(jià)比高。

3 應(yīng)用實(shí)例

2021年5月，武漢東湖高新光谷七路污水管道變形、破裂嚴(yán)重，且道路出現(xiàn)輕微下陷。根據(jù)管網(wǎng)檢測(cè)與評(píng)估報(bào)告：該管道為DN400波紋管，長(zhǎng)119 m，埋深3.5 m，管道全線出現(xiàn)不同程度的嚴(yán)重變形、破裂、坍塌，周圍土體進(jìn)入管道內(nèi)，同時(shí)污水滲入土壤，導(dǎo)致上游污水從檢查井外溢，管道上方路面開裂、道路輕微下陷，已嚴(yán)重影響排污管道的正常使用，同時(shí)有地陷風(fēng)險(xiǎn)。

因光谷七路有軌道交通運(yùn)行，間隔污水管道水平距離不到5 m，為避免開挖施工對(duì)其造成影響，只能采用非開挖修復(fù)方式。管道嚴(yán)重變形，原施工單位選用裂管法施工，因施工難度大，將管徑DN400縮徑置換成DN355，在置換20 m之后，波紋管隨著鉆頭擠壓收縮，導(dǎo)致鉆頭卡死，通過(guò)開挖將鉆頭取出。

在分析現(xiàn)場(chǎng)工況后得出結(jié)論：① 縮徑置換不能滿足要求，通過(guò)水力模型計(jì)算，DN400基本符合流量要求，縮徑置換只會(huì)造成排水不暢導(dǎo)致溢流，所以必須等徑置換；② 通過(guò)CCTV檢測(cè)報(bào)告，管道基本都是3級(jí)以上變形，局部塌陷，砂石進(jìn)入管內(nèi)，置換難度非常大。在進(jìn)行充分調(diào)研和準(zhǔn)備后，采取環(huán)切復(fù)頂置換工藝，具體施工步驟如下。

（1） 鄰近管線調(diào)查及封堵導(dǎo)流。根據(jù)管網(wǎng)埋深計(jì)算水平定向鉆機(jī)安放位置，造斜區(qū)域采用物探方法探明穿插的管線，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。采用高壓封堵氣囊對(duì)上下游進(jìn)行封堵作業(yè)，為防止溢流，將上游來(lái)水導(dǎo)流至下游管道，并將待修復(fù)管段積水抽干。

（2） 定向鉆機(jī)借道造斜頂進(jìn)及標(biāo)高控制。采用水平定向鉆機(jī)借道造斜，使鉆頭進(jìn)入第一口檢查井后水平頂進(jìn)，從原管道中心到達(dá)末端井。在頂進(jìn)的過(guò)程中利用鉆頭中的導(dǎo)向儀探棒提供位置信息（深度、角度等），控制標(biāo)高與方位。

（3） 安裝旋轉(zhuǎn)切割鉆頭。利用末端檢查井安裝旋轉(zhuǎn)切割鉆頭，鉆頭直徑約450 mm，不但要切割破除原有舊管道，還需要將坍塌部分和周圍土體擴(kuò)徑至新管外徑厚度。

（4） 短管安裝尺寸及工藝選擇。根據(jù)檢查井內(nèi)徑選擇置換短管的長(zhǎng)度，通常檢查井直徑為700～1 000 mm，一般選擇置換的短管為500 mm一節(jié)，若原有井室空間足夠，也可選擇更長(zhǎng)的短管。該工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況和設(shè)計(jì)要求，采用長(zhǎng)度為500 mm、管徑為400 mm的纏繞實(shí)壁管，管材壁厚35 mm。

短管采用柔性密封自鎖承插接口工藝，在末端井室內(nèi)安裝管節(jié)，利用鉆桿穿過(guò)管道中心連接定向鉆提供前拉動(dòng)力，在尾端通過(guò)液壓頂進(jìn)設(shè)備完成短管安裝，并提供輔助頂進(jìn)動(dòng)力。自鎖承插接口在壓力作用下自動(dòng)鎖死。

（5） 土體加固。光谷七路管道塌陷嚴(yán)重，長(zhǎng)期泡水，周圍土壤沖空，形成空洞。采用路面打孔注漿方式對(duì)空洞進(jìn)行土體填充加固，以免造成路面塌陷。

（6） 恢復(fù)路面及CCTV驗(yàn)收。用紅磚砌好流水槽，依照原坡度，用速凝水泥抹平刷黑，并采用CCTV檢測(cè)驗(yàn)收修復(fù)管道。修復(fù)前后的管道內(nèi)部情況如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

環(huán)切復(fù)頂置換法非開挖修復(fù)工藝在光谷七路的成功應(yīng)用，證明了其對(duì)修復(fù)存在變形塌陷缺陷的小口徑塑料管道的優(yōu)勢(shì)。環(huán)切復(fù)頂置換法既可等徑置換，也能擴(kuò)徑置換；既恢復(fù)了原有管道的過(guò)水能力，還攻克了靜壓裂管在塑料管置換時(shí)易卡鉆問(wèn)題，解決了行業(yè)難點(diǎn)；定向鉆路面造斜頂拉改變了坑道機(jī)需要擴(kuò)井的繁瑣工藝，真正實(shí)現(xiàn)“非開挖修復(fù)”，可利用更大的動(dòng)力設(shè)備，能適應(yīng)更大管徑的置換修復(fù)；纏繞實(shí)壁短管和柔性密封自鎖承插接口工藝使管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到加強(qiáng)。閉水試驗(yàn)及內(nèi)襯材料力學(xué)性能檢測(cè)效果均較佳。該工法工期短，對(duì)交通影響小，適應(yīng)性強(qiáng)，效果好，可為小口徑塑料排水管道置換修復(fù)提供參考。

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（編輯：江 燾，高小雲(yún)）