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大家之言|郁片红:上海城镇排水管道非开挖修复技术标准的“难”与“异”

发布日期:2021-12-10 浏览量:712

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上海市《城镇排水管道非开挖修复技术标准》DG/TJ 08-2354—2021(以下简称《标准》)于2021年11月1日起正式实施。本文重点阐述了《标准》编制的“难”与“异”,对其中涉及的技术体系、整体修复内衬分级、设计计算、材料与施工过程控制、质量验收等主要内容进行了解释说明,从而有助于对该标准的理解。


1 编制背景


“十三五”期间,国家在水环境治理方面持续加大投入,开展了黑臭水体治理、海绵城市建设, 然而“黑臭在水里,根源在岸上,关键是排口,核心是管网”,管道问题未能有效解决,制约了河道整治成果的巩固和进一步提升。近年来国家相关文件多次强调了城镇排水管网的重要性,2019年5月住建部等三部委联合发布《城镇污水处理提质增效三年行动方案》,2021年6月国家发改委、住建部等部门联合发布《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》提出“补齐短板,提高效能”,推进管网病害诊断与修复。


上海作为国际化大都市,是我国最早建设排水管道的城市之一。经过了几十年的发展,中心城区的排水系统已趋于完善,基本实现了管道全覆盖。据国家统计局统计,截至2020年底上海市排水管道总长度2.9万km。当前,上海市排水管道中90%以上主管管龄已超过10年,其中大部分管道建于20世纪70-80年代。部分排水管道由于建设年代较早,结构损坏问题较严重,外部及地下水渗入问题突出,影响了排水系统功能的发挥。上海市中心交通繁忙、地下管线错综复杂,管道采用开挖改造成本大,还会对周边交通和环境造成巨大影响。因此,亟需利用非开挖技术对管道进行修复,以恢复管道功能,延长管道寿命。


2012年,上海市排水管理事务中心会同上海市城市建设设计研究院组织有关单位共同编制了《上海市城镇排水管道非开挖修复技术实施指南》。2014年,住建部发布行业标准《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》(CJJ/T 210—2014),自2014年6月1日起实施。该标准作为全国城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程在推动国家排水管道修复中发挥了重要作用。但由于时间因素及当时的技术条件,标准无法完全适用上海市地方需求,且部分参数及分类不太合适,需要结合上海当地问题和需求对其内容进行更新。


近年来,上海排水管道非开挖修复技术飞速发展,3S模块法、热塑成型法、新型喷涂法 等一批新技术被应用于管道修复中,为了满足本市排水管理、设计、施工等单位对排水管道非开挖修复技术标准的新需求,经上海市住建委同意,把《城镇排水管道非开挖修复技术标准》(以下简称《标准》)编制纳入了2018年度地方标准编制计划。《标准》编制组在系统调研国内外排水管道非开挖修复技术的基础上,结合我国现行的行业技术标准和上海市实际,解决了技术标准编制的“难”,重点突出了“异”,完成了《标准》编制任务,并实现了技术创新。


2 本标准编制的“难”


国内原有技术标准未根据不同管道材料类型、结构形式及施工工艺等,形成完整的技术体系,随着大量新技术的应用,已不能完全满足技术应用需求;个别术语定义不清晰,部分公式参数和数值有待补充和调整。上述问题导致排水管道非开挖修复从工程设计、技术选取、现场施工和质量控制等多方面存在较多难点,为此,本次标准的制定过程中从“难”中入手,具体表现如下:


2.1 修复技术种类繁多,需要研究建立技术体系

近年来非开挖修复技术发展较快,现有非开挖修复技术繁多,存在设计、施工、验收、维护、选材等环节随意性较大,相互之间脱节等问题。相关标准对修复技术分类不统一,个别技术施工方法不规范,需对修复技术进行梳理、归类,从系统的角度建立适合于上海市排水管道非开挖修复新技术要求的技术体系。


2.2 存在概念不清问题,术语定义有待完善

已有修复工艺介绍中存在概念不清问题,如半结构性修复、结构性修复的术语表述源于国外翻译,没有充分对其概念的内涵及定义给出说明,易引起误解或偏差。尤其是半结构性的术语定义没有体现出内衬需要承担荷载的具体设计要求和工程条件等内涵,有待完善。


2.3 计算公式还需补充完善

原标准中主要列出了原位固化法、螺旋缠绕法等技术的计算方法。对于管片拼装内衬、不锈钢管片内衬等复合结构和中空壁管(短管内衬法),还需补充相关计算公式,以完善公式系列。同时,原位固化法原公式中地下水压力取值为内衬管管顶,但对于大口径管道,管顶与管底的地下水压力差值明显,取值为管顶不利于安全。此外,还存在原位固化法计算公式复杂,喷涂(筑)法缺少喷涂厚度参考值,不便于工程技术人员使用等问题。


2.4 材料性能有所提高,部分指标需作研究调整

近年来随着技术进步,通过调研发现,紫外光原位固化法所用玻纤材料性能有了很大提高,材料的弯曲强度、弯曲模量、抗拉强度等技术指标应考虑目前行业内大多数材料生产企业的产品所能达到的性能,重新调整。


2.5 修复技术要求不一,施工过程控制与质量验收复杂

由于新技术、新设备发展较快,修复技术种类多,各类修复工艺的要求不一,修复技术的材料、施工差异较大,且部分工艺技术复杂、施工作业风险较大,质量验收情况复杂。因此需要按照不同技术类别,从事前、事中、事后控制角度对于进场材料检验、施工过程控制、质量验收(分部、分项、检验批)、功能性检验等环节加以规范。


3 本标准编制的“异”


《标准》适用于上海市管道非开挖修复工程的设计、施工及验收,内容分为8 章和 4 个附录。主要内容包括:总则、术语和符号、设计、材料、施工、管道功能性检验、质量验收、安全与环境保护。通过系统调研国内外排水管道非开挖修复技术标准及相关工程,本次在编制上海市地方标准过程中,突出标准的发展与创新,重点在标准编制的“异”上下功夫。“异”不仅仅是体现在对现有标准内容及上海地区特色的理解和认识,更重要体现在对现有标准体系和问题需求解决的继承和创新,具体表现如下。


3.1 修复方法分类与修复原则

《标准》对上海地区近年来非开挖修复技术的各类工艺进行了系统总结,以施工技术为主脉络进行了体系归类。修复技术体系分为六大类方法15种修复技术、2种预处理技术,六大类分别为原位固化法、现场制管法、喷涂(筑)法、碎裂管法、局部修复法、预处理法,如图1所示。《标准》对15 项先进适用的非开挖修复技术进行了规范化和标准化,明确了适用范围和使用条件。其中,不锈钢管片内衬法、水泥基材料模筑法作为上海地区非开挖修复技术进行了首次规范。


图1 管道非开挖修复方法分类

另外,针对管道非开挖修复原则进行了规定:同一管段的结构性缺陷小于3处且结构性缺陷等级小于3级的,宜采用局部修复;同一管段的结构性缺陷大于等于3处的,宜采用整体修复;管道结构性状况评定结果修复指数RI≥7或损坏等级为三级时,宜采用整体修复;单一严重结构性缺陷(如4级变形、4级破裂、3-4级洼水、3-4级异物侵入等)的,宜作技术经济比较后确定开挖或非开挖修复方案。


3.2 整体修复内衬分级和使用年限

《标准》参考美国水协及欧洲等国家的非开挖修复技术中内衬设计基本规定,结合上海地区的工程实际,创新提出了采用I、II、III等级内衬来界定排水管道整体修复时待修复管道的状态和内衬修复的目的,包括:第I类内衬适用的修复方法主要为存在轻微缺陷、需要进行维护的管道;第II类内衬适用的修复方法主要为既有结构出现破损且仅需抵御外水侵入的管道;第III类内衬适用的修复方法主要为既有结构出现破坏且需承受所有外部荷载的管道。该分类体系首次系统解决了排水管道非开外修复中的设计基本问题,即修复技术及内衬应具备的工程技术要求和设计荷载,排水管道整体修复内衬分类及适用情况如表1所示。

表1 排水管道整体修复内衬分类及适用情况


注:○为可行;×为不可行


其中,针对上述三类不同的排水管道非开挖修复技术,对其修复后的使用年限进行明确的规定,要求:管道采用第Ⅲ类内衬修复后的使用期限不得低于50年;管道采用第Ⅱ类内衬修复后的使用期限不得低于原设计剩余使用年限,且不得低于20年;管道采用第Ⅰ类内衬修复后的使用期限不得低于原设计剩余使用年限。


3.3 非开挖修复设计计算和参数改进

1)《标准》对于管片拼装内衬、不锈钢管片内衬等复合结构及中空壁管(短管内衬法),提出验算方法如式(1)。

图2 中空壁型式内衬管断面图


现场制管法计算引入刚度折减系数。管片拼装内衬法、不锈钢管片内衬法、短管内衬法等现场制管法内衬管刚度受到内衬拼装方法、待修复管道管径、埋深、承载能力等因素的影响,故本《标准》引入内衬管刚度折减系数。根据工程实践经验,管片拼装内衬法、短管内衬法的内衬管刚度折减系数一般取1.0,不锈钢管片内衬法的内衬管刚度折减系数一般取1.2~3.0。引入中空壁型式内衬管的管壁截面惯性矩I的计算公式,并和实壁管统一采用Timoshenko屈曲理论下的刚度验算。


2)《标准》对于行业标准中原位固化法计算公式中设计参数改进如下:地下水压力由管顶改为管中,从而确保大口径管道设计荷载更符合实际条件,满足工程安全和经济等综合要求;原位固化法内衬管椭圆度:由于内衬管和原有管道紧密贴合,内衬管椭圆度采用原有管道椭圆度实测值,当无实测值时,可按2%取值。


3)为了方便《标准》的使用,在《标准》的附录中列出了原位固化法厚度查表法,推荐了喷涂(筑)法喷涂厚度值。


3.4 材料与施工过程控制

3.4.1 热水原位固化法与紫外光原位固化法

热水原位固化法、紫外光原位固化法是我国使用最广泛的管道修复技术。热水原位固化法使用的软管主要由聚酯纤维无纺布组成,紫外光原位固化法使用的软管主要由ECR玻璃纤维构成。通过上海及全国的实际非开挖修复工程调研发现,由ECR玻璃纤维及树脂构成的紫外光原位固化法内衬管的初始力学性能已大幅度提高,通过对 2017 年—2019 年国内 57 家施工企业送检的光固化修复材料( 施工验收样品) 的力学性能检测结果分析显示,约98% 的样品弯曲强度≥125 MPa,42%的样品弯曲模量≥8 000 MPa,99%的样品抗拉强度>80 MPa。本《标准》规定了原位固化法内衬管的初始力学性能,如表2所示。

表2 原位固化法内衬管的初始力学性能



另外,在修复过程中,如果质量控制不严,可能出现褶皱、隆起、开裂、固化不完全、壁厚和强度不达标等质量问题。《标准》对于施工过程质量控制,主要在预处理、材料运输与安装、施工过程中的加压与加热、固化后的冷却等环节提出了具体技术要求。


3.4.2 喷涂(筑)法

本《标准》喷涂(筑)法包括了无机防腐砂浆喷涂法、水泥基材料喷筑法、聚合物基材料喷涂法和水泥基聚合物模筑法。通过调研各企业工程实例,提出了主要材料性能要求,为促进技术推广应用和保障质量安全提供了统一的参数标准,部分材料性能如表3所示。同时《标准》对各工法按基面处理、作业环境、材料进场验收、喷涂工艺、质量控制、养护要求等提出了施工技术要求。

表3 无机防腐砂浆喷涂法、水泥基材料喷筑法主要材料性能要求




3.5质量验收与检验

本《标准》按不同修复技术提出了材料进场验收、复试相关条款,如:树脂软管进场后应检查质保书、合格证、产品性能检验报告;塑料或不锈钢管片需应进行外观检查;喷涂用水泥砂浆或水泥基材料应进行复试等,通过前端的控制提升质量。


关于施工质量验收,本《标准》对于六大类方法按分部、分项、检验批提出了检查要求,列出了包括主控项目和一般项目等内容,其中,主控项目主要针对材料性能及关键部位的施工质量等,一般项目主要是普适性的施工质量检验等。


管道修复完成后应进行功能性检验,管径小于等于2m的采用闭水试验或闭气试验,管径大于2m的采用管道渗水调查检验。目前,管道非开挖修复闭气试验测试技术日益成熟,且对管道修复后的整体性质量具有重要的价值,因此,《标准》参照现行上海市工程建设规范《城镇排水工程施工质量验收规范》DG/TJ 08—2110提出了修复后口径不大于2m的排水管道的闭气试验方法,解决了城市快速化施工闭水试验条件不足的问题。


4 结语


上海城镇排水管网系统正面临老化日益严重、各类病害管损事件频发等问题。上海市地方标准《城镇排水管道非开挖修复技术标准》是基于对国内外非开挖修复技术标准的研究和借鉴,在分析我国现行标准的不足之处和发展方向的基础上,结合上海地区工程实际,通过对非开挖修复的工艺、材料、施工、验收等方面技术的研究和标准的制定,将原来相对分散的修复技术进行筛选、归类、总结,从系统的角度,按整体和局部、大类和工法、三类内衬分级进行分类,形成六大分类17 种非开挖修复技术体系,提出了各种修复技术的修复步骤、方法、材料和验收要求等,规范了排水管道非开挖修复工程的设计、材料、施工及验收等,为提升城镇排水管道质量、延长管道使用寿命、保障排水系统安全以及提高城镇排水管网系统的规划、建设和管理水平提供技术标准基础。


同时,城镇排水管网中非开挖修复作为主流技术,正在国内外进行大力应用推广,本《标准》正是在全面调研国内外技术基础上,对其编制的内容进行了发展与创新。另外,随着排水管道非开挖修复技术的不断发展与工程实践,预期会产生更多有益的技术和经验也为将来进一步丰富完善本规范奠定基础。


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