一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法
阅读说明：本技术 一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法 (Non-excavation integral repairing method for drainage pipeline containing concrete with various diseases ) 是由 王复明 方宏远 赵鹏 潘艳辉 李斌 何航 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法,包括以下步骤：S1、根据病害管道的内径预制钢环,在钢环上预留注浆孔；S2、将所述钢环装入管道内的病害位置,使钢环与管道的内壁紧密贴合,形成加固圈；S3、根据沉陷病害的分布情况选择适当数量的注浆孔,在管道上钻孔至沉陷位置,插入注浆管,通过高聚物注浆系统缓慢向沉陷部位注浆并密切观察管道抬升情况,待管道抬升至理想水平,撤出注浆管；S4、将内衬管拉入管道内,使其紧贴在钢环和与钢环邻近的管壁上,将内衬管进行固化,使其紧贴管壁并包裹住钢环。本发明可同时修复沉陷、腐蚀和开裂等多种管道病害,还解决了现有技术中直接注浆易导致管道破裂影响修复的问题。(The invention discloses a trenchless integral repairing method of a concrete drainage pipeline containing various diseases, which comprises the following steps: s1, prefabricating a steel ring according to the inner diameter of the damaged pipeline, and reserving a grouting hole on the steel ring; s2, installing the steel ring into the damaged position in the pipeline to enable the steel ring to be tightly attached to the inner wall of the pipeline to form a reinforcing ring; s3, selecting a proper number of grouting holes according to the distribution situation of the subsidence diseases, drilling holes in the pipeline to a subsidence position, inserting grouting pipes, slowly grouting the subsidence position through a high polymer grouting system, closely observing the lifting situation of the pipeline, and withdrawing the grouting pipes after the pipeline is lifted to a desired level; s4, pulling the lining pipe into the pipeline to be tightly attached to the steel ring and the pipe wall adjacent to the steel ring, and curing the lining pipe to be tightly attached to the pipe wall and wrap the steel ring. The invention can repair a plurality of pipeline diseases such as settlement, corrosion and cracking at the same time, and also solves the problem that the repair is affected by pipeline breakage easily caused by direct grouting in the prior art.)
技术领域
本发明属于管道修复技术领域，具体涉及一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法。
背景技术
城市地下管网作为现代城市的“地下大动脉”，承担着排污疏水等重要责任，在城市居民的日常生活中扮演着举足轻重的作用。随着我国城市化进程的加快，城镇地下管网建设规模也日渐庞大，截止2016年，我国供水、燃气、排水和热力管道建设里程已突破212万公里。然而，随着管道服役年限的不断增加，管道老化失修严重，开裂、腐蚀、沉陷等多种病害共存，如不能及时得到处置，将导致地面开裂塌陷、环境污染,严重威胁居民出行和附近建构筑物的安全。因此，修复地下管道沉陷病害、恢复管线使用功能对于保证沿线人民群众正常生活以及生命财产安全具有重要作用。
现行针对管道脱节的修复方案主要包括两大类：第一类是开挖修复，此类修复方式可根治管道病害，但施工速度慢、对交通影响大、造价高、产生大量建筑垃圾，污染环境；第二类是非开挖修复，其工艺主要有管道内穿插法、原位固化法(CIPP)、碎管法、缠绕法、注浆法等，相比于传统开挖修复，具有施工速度快、对环境影响小等优点，然而，穿插法、原位固化法(CIPP)、碎管法、缠绕法这些非开挖修复方法均只能对管道结构本身病害进行维修，对于管道外部病害不能维修，高聚物注浆法虽然可以对沉陷、不密实等管道外部病害进行维修，但无法恢复管道结构强度，并且如果管道含有开裂、腐蚀、沉陷等结构病害，直接顶升沉陷管道可能造成管道结构发生破坏，影响施工安全。
现有技术中的一些修复方法通常是直接对病害部位进行注浆修复，注浆量极难控制，容易导致膨胀力过大而顶破管道，致使管道病害无法得到有效修复，且现有的修复方法通常仅能修复一种病害缺陷，因此，研发地下混凝土排水管道管外和管壁结构病害非开挖整体修复工艺需求迫切。
申请号为201510433548.X的专利文献公开了一种软弱地层排水管道变形塌陷的非开挖修复方法，针对大口径塑料排水管道变形塌陷进行非开挖修复，包括变形塌陷部位注浆加固、切割及弧形钢板安装固定及拉入式原位固化法内衬施工等步骤。该方案中公开的修复方法，针对的是完全坍塌管道的修复，是先注浆把管顶部位填实，之后再进行加固，与本申请所涉及的针对沉陷和腐蚀管道的修复不相同。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法，旨在解决现有的管道修复方法在注浆时容易顶破管道而导致病害无法有效修复的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法，所述病害包括开裂、腐蚀和沉陷，所述非开挖整体修复方法包括以下步骤：
S1、根据病害管道的内径预制钢环，在钢环上预留注浆孔；
S2、将所述钢环装入管道内的病害位置，使钢环与管道的内壁紧密贴合，形成加固圈；
S3、根据沉陷病害的分布情况选择适当数量的注浆孔，在管道上钻孔至沉陷位置，***注浆管，通过高聚物注浆系统缓慢向沉陷部位注浆并密切观察管道抬升情况，待管道抬升至理想水平，撤出注浆管12；
S4、将内衬管拉入管道内，使其紧贴在钢环和与钢环邻近的管壁上，将内衬管进行固化，使其紧贴管壁并包裹住钢环。
优选地，在步骤S1中，每节所述钢环由四块四分之一圆弧状的钢块拼装而成，每块所述钢块的中间设有至少一个注浆孔。
优选地，在步骤S2中，还包括：在将钢环装入管道内之前，先将气囊从检查井放入上游管道出水口，利用空气压缩机和充气阀使气囊膨胀并堵塞上游水流，施工人员从检查井进入并到达管道沉陷位置。
优选地，在步骤S2中，装入管道内的所述钢环包括沿钢环轴线方向首尾拼装连接的多节，钢环拼装的长度根据现场管道病害的实际分布情况确定。
优选地，在步骤S2中，装入钢环时使钢环的注浆孔至少有一个靠近管底位置。
优选地，在每节所述钢环上预先设有螺丝连接孔，相邻的两节钢环之间通过固定螺丝、连接垫片与螺丝连接孔的配合进行拼装连接。
优选地，在步骤S2中，相邻两节钢环之间的固定螺丝不被完全紧固，在步骤S3完成之后再进行完全紧固。
优选地，在步骤S4中，将所述内衬管从上游检查井拉入管道、从下游检查井拉出，通过空气压缩机使内衬管膨胀至紧贴在管壁和钢环上。
优选地，在步骤S4中，利用固定在井壁的滑轮组、安装在滑轮组上的牵引钢丝拉动紫外线灯，使紫外线灯在内衬管内移动，将内衬管进行固化，使内衬管紧贴管道内壁并包裹住钢环。
优选地，所述非开挖整体修复方法还包括步骤S5：割除固化后的多余内衬管，撤出气囊并回收其余修复设备。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
一，本发明所述的非开挖整体修复方法，通过先在管道内部开裂、腐蚀部位进行加固，再注浆抬升，修复沉陷病害，然后采用CIPP原位固化法通过内衬管对抬升后管道的开裂、腐蚀部位进行加固修复，可同时修复管道的沉陷、开裂、腐蚀等多种病害，最终实现混凝土管道开裂、腐蚀、沉陷病害的整体修复，施工速度快、造价低、对交通干扰小等，对我国市政混凝土类管道沉陷、腐蚀病害非开挖修复工艺具有广泛促进作用。
二，由于采用钢环对管道内进行支撑稳固，使得再注浆抬升时，浆料可在钢环的支撑基础上将沉陷管道缓慢抬升至正常水平，且注浆采用钢环上预设的注浆孔进行注浆，可有效解决解决现有工艺中混凝土管道沉陷高聚物注浆抬升修复时注浆量极难控制、导致膨胀力过大而顶破管道及抬升后管道腐蚀病害无法修复的问题，避免了现有工艺中直接注浆易导致管道发生二次破坏的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明所提供的实施例中拼装后的钢环结构图；
图2为本发明所提供的实施例中的气囊结构示意图；
图3为本发明所提供的实施例中含腐蚀和沉陷的混凝土管道剖面示意图；
图4为本发明所提供的实施例中气囊对管道进行截水的示意图；
图5为本发明所提供的实施例中将钢环放入管道内对管道进行加固的示意图；
图6为本发明所提供的实施例中注浆孔在钢环上的平面布置示意图；
图7为本发明所提供的实施例中注浆孔与注浆管布置的横剖面结构示意图；
图8为本发明所提供的实施例中利用高聚物注浆对管道进行抬升的示意图；
图9为本发明所提供的实施例中原位固化法(CIPP)光固化修复示意图；
图10为本发明所提供的实施例中原位固化法(CIPP)光固化修复后的剖面示意图；
图11为本发明所提供的实施例中原位固化法(CIPP)光固化修复后的三维效果图。
本发明的附图标号说明：
标号
名称
标号
名称
1
沉陷
9
固定螺丝
2
腐蚀
10
注浆孔
3
气囊
11
高聚物注浆系统
4
充气阀
12
注浆管
5
空气压缩机
13
内衬管
6
检查井
14
滑轮组
7
钢环
15
紫外线灯
8
连接垫片
16
牵引钢丝
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1至图11，本发明提出一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法，主要用于对管道内的沉陷1、腐蚀2、开裂等病害进行修复，包括以下步骤：
S1、根据病害管道的内径预制钢环7，在钢环7上预留注浆孔10；
S2、将钢环7装入管道内的病害位置，使钢环7与管道的内壁紧密贴合，形成加固圈；
S3、根据沉陷病害的分布情况选择适当数量的注浆孔10，在管道上钻孔至沉陷位置，***注浆管12，通过高聚物注浆系统11缓慢向沉陷部位注浆并密切观察管道抬升情况，待管道抬升至理想水平，撤出注浆管12；
S4、将内衬管13拉入管道内，使其紧贴在钢环7和与钢环7邻近的管壁上，将内衬管13进行固化，使其紧贴管壁并包裹住钢环7。
第一，埋地管道常年服役会出现各种病害，其中沉陷、腐蚀和裂缝是比较常见的三种。腐蚀是由于管内酸性液体与混凝土管道内壁发生化学反应产生；沉陷主要由管节处脱节或者管身裂缝流体渗漏导致基础支撑材料流失而出现脱空，在上部荷载作用下出现沉陷，而沉陷又会进一步导致管体局部弯曲，出现裂缝。腐蚀情况严重时管壁会很薄，也会加剧裂缝的出现。沉陷处因局部弯曲易出现裂缝，且大多数管道整个管身均存在腐蚀情况，因此，当管道出现沉陷病害时，往往伴随出现有裂缝和腐蚀病害，但现有的工艺方法大多仅能针对一种病害进行修复。
而在本实施方式中，先通过钢环加固对病害管道进行整体支撑稳固，然后对钢环进行注浆抬升修复，可有效修复管道的沉陷病害，再利用内衬管对钢环结构部位进行CIPP原位固化法修复，对腐蚀和裂缝病害进行修复，使得，本发明即可同时修复沉陷、腐蚀、裂缝等多种病害。
第二，现有的注浆修复通常是直接在管道的病害位置进行钻孔注浆，注浆通常是采用高聚物材料，高聚物材料的注入量难以控制，高聚物材料在化学反应后会在短时间内膨胀固化，产生很大的膨胀力，若操作不当，会出现二次破坏的情况，尤其是混凝土管道，混凝土管道属于脆性材料，在钻孔注浆时相比塑料管道更容易出现二次破坏。
因此，本发明采用的是先钢环加固、后注浆的方法，且在钢环上预先设置注浆孔来避免后续要另行钻孔导致进一步破坏管道，先利用钢环加固可对病害管道进行整体支撑，这样在钢环的支撑基础上再在管道上进行钻孔时，可缓解钻孔震动造成病害的进一步恶化，在钢环的支撑基础上高聚物材料从管道内部注入、将管道缓慢的顶升抬起，使管道的沉陷病害修复，同时高聚物在缓慢的顶升过程中受到钢环的约束，与钢环一起抬升修复至理想水平位置，使得，本发明有效解决了现有技术中的钻孔注浆易导致二次破坏的问题。
进一步地，请再次参照图1、图5、图6，装入管道内的钢环7由多节拼装构成，每节钢环7由四块四分之一圆弧状的钢块拼装而成，每块钢块的中间设有至少一个注浆孔10。每节钢环上还预设有螺丝连接孔，多节钢环7沿钢环的轴向方向首尾拼装，通过固定螺丝9和连接垫片8进行连接固定；并且，装入钢环时使钢环的注浆孔10尽量靠近沉陷位置，由于沉陷位置多位于管道底部，为了便于注浆抬升沉陷，需确保钢环拼装完成后装入管道内时，至少有一组注浆孔位于管道最底部位置。当多节钢环7拼装成一个整体时，整体的钢环结构上沿轴向方向和轴向方向都布设有足够的注浆孔，便于后续通过注浆孔对管道进行注浆操作。而若提前预留的注浆孔10还是不能满足注浆需求时，还是可以在合适位置另行钻孔。
进一步地，在步骤S2中，相邻两节钢环之间的固定螺丝9不被完全紧固，这样在通过注浆将病害管道及钢环进行顶升时固定螺丝9是没有完全上紧的，可以保证顶升过程中各钢环之间的连接有一定的活动余地，保证钢环7可与管道协调变形，进一步保证注浆抬升过程中管道不发生破裂。
进一步地，在步骤S2中，还包括：在将钢环7装入管道内之前，先将气囊3从检查井6放入上游管道出水口，利用空气压缩机5和充气阀4使气囊膨胀并堵塞上游水流，施工人员从检查井进入并到达管道沉陷位置。采用气囊3具有方便充气和拆卸的优点。
进一步地，在步骤S4中，将内衬管13从上游检查井拉入管道，从下游检查井拉出，通过空气压缩机5使内衬管膨胀至紧贴在管壁和钢环结构上，利用牵引钢丝和固定在井壁的滑轮组14拉动紫外线灯15，将钢环结构及钢环结构两侧一定长度范围内的内衬管13进行固化，使其紧贴管壁并包裹住钢环。并且，在确定钢环结构两侧固化长度范围时，应在完全包裹住钢环的前提下，尽可能缩短固化长度，以节约修复成本。
进一步地，在步骤S4之后，还包括步骤S5，割除固化后多余的内衬管13，撤出气囊3并回收其余修复设备。
以下给出本发明提出的一种含多种病害混凝土排水管道的非开挖整体修复方法的一具体实施步骤：
1、根据病害管道内径预制单节钢环7，单节钢环为四分之一圆弧型，其宽度为20cm；在每节钢环7的顶部及两侧预留注浆孔，注浆孔直径为16mm，并在钢环拼装位置预留螺栓连接孔；
2、将气囊3从检查井放入上游管道出水口，气囊3的外径比管道内径大5cm；利用空气压缩机5和充气阀4使气囊3膨胀并堵塞上游水流，施工人员从检查井进入并到达管道沉陷位置；根据沉陷情况利用预留的螺丝连接孔、固定螺丝9和连接垫片8拼装钢环7，使钢环7与管道内壁紧密贴合，形成加固圈，钢环7拼装的长度根据现场实际情况确定；
3、根据沉陷情况选择适当数量的注浆孔10，钻孔至沉陷位置，***注浆管12，通过高聚物注浆系统11缓慢向沉陷部位注浆并密切观察管道抬升情况，待管道抬升至理想水平，撤出注浆设备；
4、将内衬管13从上游检查井拉入管道，从下游检查井拉出，通过空气压缩机5使内衬管13膨胀至紧贴在管壁和钢环结构上，利用牵引钢丝16和固定在井壁的滑轮组14拉动紫外线灯15，将钢环结构及钢环结构两侧一定长度范围内的内衬管13进行固化，使其紧贴管壁并包裹住钢环7；
5、割除固化后多余的内衬管13，撤出气囊3并回收其余修复设备。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。