非开挖管道修复技术
非开挖管道修复施工技术
在民用给排水方面，20世纪90年代以前埋设的金属管道，大部分未做内防腐，导致管道内壁结垢，个别腐烂穿孔，严重影响供水水质。全国各大中城市都在相继维修、改造和更换供排水管道，如北京、天津、大连等。他们的一般作法是：有条件开挖的地区，可敷设新管废除旧管，但投资较大；无条件开挖的地区，可采用管道不开挖修复技术。
如何简化而又经济地维修地下管线，一直是管道工程界努力追求的目标。应运而生的不开挖翻衬法管道修复技术是目前世界上公认的最为简便和经济的方法，它简化了管道维修的各种限制和麻烦，为业主节省了宝贵的时间和费用，同时强化了原管道的功能。由于它不需要全面开挖，免除了噪音、尘土、污水等污染，以及交通受阻，破坏环境等的困扰，完全符合现代环保意识的要求。
非开挖施工技术组成部分的管道修复技术，主要包括管道的现状检测、管道的现状评价(包括CCTV检测，管道壁厚和腐蚀状况，以及结构的完整状况)、管道的清理、修复方案的选择、管道修复设计、作业段的设计、作业段的开挖、修复作业工段、修复的质量评价及验收等。
旧管道不开挖修复是指在用管道所处环境无法采用开挖更新、修理或开挖管段很不经济的情况，经综合经济分析而又不应废弃，或为了提高输送量、充分利用管材的腐蚀余量、延长使用寿命而采取的一种在线维修方式。经半个多世纪的开发实践，大体上已形成了三大类十多种工艺技术，即插入套管法(包括原形套管和折叠式套管)、涂层法、软管翻衬法等。
1.插入套管法：主要是将事先预制好的塑料原形管或折叠式套管，在现场焊接，牵引就位，固定在旧管线上的一种方法。
2.内涂层法：经过长期的实践改进和原材料工业的长足进步，已形成了如水泥砂浆衬里、树脂涂层方法等系列工艺技术。但也存在有待改进的工序，如表面处理技术、内补口技术和质量检测技术等。
2.1管道内水泥砂浆衬里的修复技术
管道内水泥砂浆衬里的修复技术是在线修复技术，是利用喷涂法或挤涂法依次在旧管道内
涂覆改良性水泥砂浆，经自然养护，在被修复的管道内形成衬里复合管。这种管道修复技术的
主要优点有：①价格相对便宜，材料随处可以买到；②抗腐蚀性强，使用寿命长、耐久，管道
水泥砂浆衬里可使用30～50 a。③施工简便，对管道内表面清理要求比较低。主要缺点有：①
水泥需养护时间不少于24 h；②表面粗糙，摩阻系数大。水泥砂浆在养护过程中具有从金属表
面清除全部铁锈和锈痕的特殊功能，这些锈粒能被溶解和生成铁盐，而这些铁盐散入砂浆并最
终沉淀下去，这一点对旧管线的修复来说特别重要。另外水泥砂浆的防腐机理比较独特，它不
像管道内衬HDPE那样简单地将水与旧管壁隔开从而减少腐蚀，它是可渗透性衬里。当管道输送
水时，砂浆衬里被水浸透，进而浸湿整个管道内壁。水在浸透砂浆衬里的同时，吸收其中的
Ca(OH)2使管壁附近的pH>12。在这样高的pH值条件下，其表面上的氧化铁充分起到了防止金
属管壁产生锈蚀的作用。如果某些原因使水泥砂浆衬里产牛许多细小的裂缝，它还有自愈性，
这些细小裂缝在管道开始输送水后，由于衬里的二次水化作用会自动愈合和复原。
工程施工要求
①管道检测。对所确定的需要采用水泥砂浆涂衬的过路管，采用CCTV(内窥镜)进行检测，发现
内壁腐蚀、结垢有o．5～2 cm不等。
②挖修复操作坑。在管道两端挖操作坑，并在两端人工截下长0．75—2 m的短管，以便内壁清
理及涂敷作业。
③管道内壁清理。采用牵引刮清理法对管道内壁的锈垢进行刮清，最后再用哑铃形的柱塞在管道中牵引多次直至无结垢带出。
④现场水泥砂浆衬里施工。施工方法采用挤涂法，衬里厚度确定在4—6 mm。
⑤衬里固化。采用自然养护法，管道两端密封，养护24 h。
⑥质量检测。采用360度内窥镜检测衬里情况，无漏衬现象。
3．软管翻衬法
在20世纪80年代初，英、美、日等国兴起新技术产业，而且以较快的速度形成系列化。随着高分子化学工业的发展，该方法采用了复合增强聚酯纤维和热固型树脂，利用水压或气压翻衬，固化方式为热水或自然冷却；衬里厚度为4～20 mm，施工管径为20～3 000 mm，一次施工长度为900 m，最大施工压力为1.72 MPa，内衬层使用温度达 95 ℃；可适用于下水道、饮用水管道、油气输送管道以及化学工业的部分工艺管道等，其继续使用寿命可达30年以上。软管翻衬是当前公认的适用范围广、施工简便、辅助设施少、社会效益好、应用较广泛的方法。
具有我国独立知识产权和国际先进水平的翻衬法管道不开挖修复技术，是在借鉴国外工艺的基础上，结合我国埋地管道存在的管内多焊瘤、毛刺，旧管接口沉降错位，管壁厚度不均匀，管道内结污垢严重等常见问题，创造出的一整套适合国情的实用技术。这一技术的原理是利用现有的管道三通、阀门等地面开口，在不开挖地面的基础上，将具有防渗透耐蚀保护膜的复合纤维增强软管作为载体，浸渍环氧聚合物后，用水或气体作动力，将软管紧贴在旧管内，固化后在旧管内形成整体性强的光滑的管中管，达到对已遭腐蚀的管道进行修复，延长了管道的使用寿命的目的。采用这种新技术，不仅不用大面积开挖地面，不会影响交通，而且明显地提高了管道的承压、减阻、阻垢、耐蚀等性能，强化了原管道的整体功能，修复后管道寿命可达30年以上，有着不可低估的社会和经济效益，特别是对环境保护也起到了积极作用。
3.1翻衬法管道修复技术主要工序(见图1)
图1翻衬法修复技术工序示意
清管：采用机械工艺和水性清洗液，清除管内原油、结蜡结垢和除锈，达到管内壁60%
见到金属为止。
CCTV检查：采用CCTV管内摄录器检查清管和内衬层质量。
固化：采用加热或常温固化措施，使软管成为表面光滑而又坚硬的紧密贴在管内壁的管中管。
软管制作、基料配制及合成：采用具有知识产权的机电一体化翻衬机组实现高分子材料配比和软管输送速度自动化，保证软管厚度均匀且各项机械性能和技术指标达到设计要求。
端口处理：采用套袖式连管，保证端口的可靠性又不致于对内衬材料造成伤害。
试压连管：待完全固化后分段按管道施工规范进行试压，业主验收合格后连管和投产。
3.2技术指标
可修复管径50～1 200 mm；投资为新建钢质管的60%以下；压力0.6～10.5 MPa；粗糙度≤5 μm；介质为油气水或酸碱等腐蚀介质；内衬厚度2～10 mm；工作温度可达95 ℃；线膨胀系数(1.5～1.7)×10 -5 mm/(mm·K)；使用寿命30～50年；作业坑面积2 m×1.5 m；可提高输送压力3%～5%；一次翻衬长度1 000 m左右；可提高输量10%；可选用无毒内衬材料满足食品级卫生要求；抗拉强度≥65 MPa；抗弯强度≥90 MPa；抗压强度≥110 MPa；耐热性105～130 ℃；击穿电压3.5 kV/mm；抗冲击18磅大锤抡击3次，内衬层管体无损。
3.3 主要特点
?定点开挖且开挖量小，无污染，对周边环境影响小；
?施工设备简单，周期短(塔里木轮南油田6 km高压注水管线翻衬维修工程只用了20 天)；?施工不受季节影响；
?适用各类材质和形状的管线；
?可提高管线的整体性能。如铸铁管道或混凝土管线承插接口的严密性得到增强，原已遭腐蚀的管道得到了补强，延长了使用寿命，增强了承压、减阻、阻垢、耐蚀的能力等。
3．4翻衬法管道内衬技术的优点及社会经济效益
同其它管中管内衬技术(插入套管法和涂层内衬法)相比(见表1)，翻衬法管道内衬技术的优势有：作业坑小，造价低，施工周期短，对周边影响小，无污染；对管道变形和清管要求不高；内衬层薄；在管道错口处、弯头处也可施工；线膨胀系数接近钢质管道；可提高输量和输送压力、减缓结垢等。
按美国NACE的相关质量检验标准，在施工过程中对内衬材料造成的划痕深度不能超过10 ％，而翻衬法施工工艺的内衬管在没有固化前，翻衬进管内，衬管与钢管之间没有相对滑移现象，所以不存在划伤问题；加上选用以环氧基聚合物为骨架材料、施工膜采用耐油性能良好的聚酯型聚氨酯膜等材料和简便的施工工艺，使翻衬法管道内衬技术均能满足油田和石化领域的要求。
表1 翻衬法管道修复技术与其他修复方法比较
项目翻衬法修复技术传统换管技术塑料管穿插技术
施工费用小于60％ 100％(含拆迁费) 70％左右
施工时间小于50％ 100％ 70％左右
施工范围定点开挖作业坑全线开挖定点开挖大作业坑
施工设备施工器具较少重型机具较多有大型机具
施工材料可在施工当日进入现场占用现场时间长占用现场时间短
使用寿命 30年以上平均20年 30年以上
对周边环境影响小大较大
适用管径 DN50以上，但DN300以上经济性更好各类管径 DN500以下一次施工长度长较长较短
由此可见，对于主要道路、河流及对周边环境影响较大的改造路段，翻衬法管线不开挖修复技术最为简便。
3.5工程造价
影响翻衬维修方法工程造价的因素有：管径和一次承建长度--综合费用增减系数计算；管道的工况和现状--决定厚度、结构和材质设计；施工季节--降温、升温的投入；水、电源和排放条件--动力及排放取费；合作形式及施工管理素质--分工及操作风险程度；断管数及所处环境--布点及相关工作量；是否有旁通管--开孔补孔工作量；要求清管程度 --选用不同清我国的旧管道所采用的不开挖修复技术，目前已进入了工程化、系列化、规模化的开创和进一步开拓阶段。其中翻衬法管道内衬修复技术是目前国际上施工较为方便和经济的方法，也是国内管道修复工程中应用较多的修复技术。该方法最小管径为50 mm，最大管径为1200 mm；经几年的工程实践，该工艺技术可以适用于多旁通管、多弯头，管内径尺寸变化大和管床塌陷管段错位等复杂的管段；该方法所需的作业坑很小，通常能容纳1～2人操作面即可；在确保管道整体严密性能方面，尤其适合铸铁或混凝土等管线管接口质量已经不能达标的情况下，更能发挥其优势；由于内衬后的管内径变化不大，内衬层的表面粗糙度约5 μm，因此管内壁的摩阻系数也大幅度降低。故从综合经济效益和社会效益考虑，不管应用于管道新建工程或用在管道的维修，都是最佳选择。其最大特点是简化了维修的种种限制和现场维修工作量，不仅可节约投资和工期，同时强化原有管道功能，延长使用寿命。
4.管道内衬高密度聚乙烯管(HDPE)的修复技术
管道内衬高密度聚乙烯管(HDPE)的修复技术是将外径略大于待修复旧管道内径的HDPE衬管，通过机械变形后，使其截面产生变形(改变形状和尺寸)，随后将其送人旧管道内，最后依靠HDPE衬管自身记忆特性或借助压力和温度使HDPE衬管管径回弹膨胀，回复到原来的形状和尺寸，从而与旧管道形成紧密的配合，在旧的管道内壁形成牢固的管中管。这种管道修复技术的主要优点有：①施工速度快，过流面积损失很小，可使用大曲率半径的弯管；②可远距离修复，1次施工可达1公里左右。主要缺点有：①分支管处的连接需开挖进行；②旧管线的结构性
破坏会导致施工困难。
5.折叠法管道内衬修复技术
工艺原理：折叠法管道内衬修复技术是使用一种外径与原管道内径相等或稍小的PE管，经折叠压缩装置将PE管按设计要求折叠变形暂时减少横截面积，经牵引机将变形后的PE管拉入清洗除瘤好的管道内，然后利用气压将折叠的PE管打开，稳压一段时间后，使PE管折叠处尽量充分打开，慢慢恢复并与原管道内壁贴合在一起，达到防腐和提高原管道承压能力、延长使用寿命的目的。