摘要:城市的快速发展不断对城市管网输送能力提出新的要求,然而随着城市管网的老化,其输送能力会逐渐下降,无法满足城市的正常需求。因此需要不断地对管网进行更新和改造,同时对管网的修复技术提出了新的要求。文章分析研究了目前管道常用的开挖及非开挖修复技术,包括修复方法的特点及适用范围;根据开挖修复技术和非开挖修复技术的经济特征和实际发展状况,分析了当前我国管道修复发展中存在的问题及未来发展的方向和前景。
1、引言
随着经济的发展,城市规模越来越大,对于城市管网的布局及输送能力不断提出了新的要求。同时管网自身也面临着诸多问题[1,2,3],如管道腐蚀及结垢影响过流能力,地表施工及城市发展引起的地面不均匀沉降而导致管道破裂,加上部分管道达到预期使用寿命需进行修复更新。因此,不断对城市管网进行修复及改造是我国城市现代化建设的必要的任务。
传统的开挖修复方法虽然施工简便,但由于城市的发展,开挖修复受到的限制越来越多,同时对环境、交通及居民生活造成影响[4]。对社会及环境影响较小的非开挖修复方法逐渐发展起来。非开挖修复技术于二十世纪80年代在西方国家兴起,在欧洲、日本及美国飞速发展[5,6,7],已经在很多国家开始得到实践应用[8,9]。1986年国际非开挖技术协会在英国成立,推动非开挖技术理论与方法的研究成为关注热点[5]。
美国在二十世纪九十年代就将非开挖修复技术列入其国家研究计划中,同时英美等国家设立了非开挖修复相关技术的研究机构[5]。我国非开挖技术相较于西方发达国家起步较晚,但随着我国经济飞速发展,城市建设加快了脚步,非开挖修复技术在市政工程中得到应用。然而由于对非开挖技术认识不足或因为缺乏技术及成本过高等原因,非开挖技术在实际工程中运用的比例较低。因此提升对城市管网修复技术的认识,重视非开挖技术的相关研究应用与人才培养,是我国城市管道修复行业未来发展必须要注意的问题。
2、管道修复的技术特征分析
2.1 开挖修复技术
管网开挖修复需对修复管段进行沟槽开挖,修复完成后需要进行回填,一般适用施工场地开阔,对行人及交通影响小的情况[10]。开挖修复作为目前管网的主要修复方法,常用的开挖修复有缠绕、夹板、管箍、焊接、粘结及更换管段等方法,见表1。
作为传统的修复方法,开挖修复技术成熟,施工难度低,对施工人员技术要求不高,目前仍是管网修复的主要方式。但传统的开挖修复也存在着一些问题,如城市供水管网为有压管道,更容易发生漏损情况,缠绕、夹板、管箍等方法可以迅速有效地处理供水管网的漏损及爆管问题,然而此类方法并不能长久地解决管道老化及腐蚀导致的管道结构强度降低、漏损及爆管问题越来越严重的问题。对于开挖修复方法,若想长久解决该类问题,只能采用更换管道的方法,其成本一般较高。
2.2 非开挖修复技术
非开挖修复技术,即是在管道修复时采用特殊的方法和设备,不开挖或极少开挖沟渠,完成对管道的修复,基本不会对社会和环境造成影响,属于环境友好的施工技术。目前非开挖修复技术方法比较多,常用的非开挖修复方法及其适用条件见表2[11]。
非开挖修复技术突破了管道所处环境的限制,只需在需修复管段两端开挖两个工作坑,直接从原管道内部进行修复,解决了城市地下管线修复时采用开挖修复面临的阻碍交通出行、破坏环境、影响商业活动及居民的日常生活及工作等难题[12]。因此非开挖修复技术具有广泛的应用前景。
非开挖修复技术与方法根据修复原理及功能不同可分为以下几类:(1)首先是更换原管道的方法,碎管法作为管道的整体结构性修复的方法,在原管道需要更换时,可采用该方法,用专业器械将原管道在地下直接进行破碎并挤压进入周围土壤,并将原管道空间扩径形成新的空间,同时带入新的管道取代原有管道,新的管径可以大于原管径,当原管道不能继续使用或希望提升管网输水能力时可选择该方法;
(2)其次是添加内村管道的方法,如运用较多的穿插法、原位固化法、折叠内衬法等技术,虽然几种技术采用的方法和材料不相同,但其核心思想都是将新的内衬管道直接安装到原管道中,用特定的方法伸展固定,让内衬管道成为原管道的一部分,承担输水任务,改善水力条件,此类方法不需要更换管道,主要是针对管道老化腐蚀导致漏损、输送能力不足及水质变差等问题,目前我国非开挖工程中,折叠内衬法和缩径内衬法运用最多,二者之和超过总非开挖工程的一半以上[13],而原位固化法中的紫外线光固化法由于工期短、寿命长、施工限制条件低等优点,是近年来的热门修复方法;
(3)最后是管道局部修复技术,局部修复是对原管道内的局部问题采用“点对点”的修复手段,主要包括管道的腐蚀、破损、接口错位等缺陷引起的管道局部漏损;其中喷涂法则主要是针对管道腐蚀问题,改善管道内壁水力条件,同时可减少一些管道的渗漏问题。
3、管网修复经济特征分析
从施工技术特点及限制条件来看,非开挖修复技术的适用情况更广。然而实际情况却是由于我国非开挖技术起步较晚,相关技术仍不成熟,非开挖修复技术的运用比例相对较低,主要在北京、上海、广州、杭州等大中城市应用相对较多[14,15,16],以上海和广州部分修复工程为例[10,17],其成本比较见表3及表4。
从以上实例中可以看出非开挖修复的直接成本整体上高于开挖修复,且非开挖修复的成本浮动较大,而开挖方法技术成熟,成本相对稳定。但对于管道修复的经济比较,还要注意到其他影响因素:(1)应考虑到施工对社会及环境造成的影响所对应的间接成本,如熊露[16]在计算管道修复成本时,除了考虑管道修复的直接成本,同时将修复过程中造成的交通延迟成本及工商业损失作为修复工程的社会成本,将扬尘污染和噪声污染对人体健康造成的损失作为环境成本,得出开挖修复方法综合成本大于非开挖修复方法;
(2)非开挖修复的成本受到当前我国非开挖修复技术不够成熟等因素影响,非开挖修复所使用的材料费、人工费高,尤其购买国外材料及雇佣国外技术人员,使成本进一步提高[12];(3)受管道埋深的影响,开挖修复的成本有可能大于非开挖修复的成本。根据德国某公司提供的管道在不同管径及埋深所对应的成本数据,得到成本对应埋深的关系,见图1[18]。可知采用开挖方法的成本随着埋深的增大而显著增加,而管道埋深对非开挖方法成本影响却较小。因此对于埋深较大的管道,采用非开挖方法的成本会比开挖方法更低。
4、管网修复发展现状及前景
近年来我国管道开挖修复技术已经相对成熟,施工成本趋于稳定。非开挖技术快速发展,采用非开挖技术改造更新管道的工程量在本世纪初快速增长[13],见图2。同时,我国非开挖技术在实际运用方面也不断进步,如福建省东辰岩土基础工程公司使用大口径三维曲线顶管技术在电力管道施工中的应用,香港国际机场5.2km水平定向钻施工案例研究等。此外,近年来由中国地质学会非开挖技术专业委员会主办的中国国际非开挖技术研讨会的规模不断扩大,吸引众多国外设备采购商前来观展采购,我国非开挖行业的国际影响力和竞争力得到逐步提升。总的来说,近年来我国非开挖行业有着巨大的商机和活力,正在迅速发展,不断进行突破和创新。
可以预见,在城市管网修复行业中,开挖修复方法由于操作简便、快捷,技术要求低,仍然会是管道修复的首选,是管网修复不可被替代的方法。同时非开挖修复方法将会迎来更加快速的发展,尤其是原位固化法有很大发展空间。对于管道修复,没有最好的方法,只有最合适的方法,未来管道修复发展方向有以下几点:
(1)修复成本低廉化,管道修复从方法技术到设备材料再到施工,其成本都有不小的下降空间,是城市管网修复发展的主要目标之一;
(2)修复技术信息化、智能化,管道检测及修复过程的信息化是必然的发展趋势,同时随着技术的进步,管道修复技术智能化程度也将逐步提高,检测和修复趋向自动化,管道机器人的功能更加全面,逐渐“去人工化”;
(3)城市地下综合管廊建设的普及,地下综合管廊可以将复杂的城市地下管线“梳理”在一起,使得管道的日常维护及修复极为方便,同时减小对城市的影响,是未来城市建设的重要方向。
虽然对于非开挖修复技术的理论和方法研究较多,但由于技术及其成本等原因,非开挖技术的使用相对较少。随着城市建设发展,地上地下空间越来越复杂,很多情况下不宜进行开挖修复,而非开挖修复作为一种对社会及环境低影响的技术,其产生的社会及环境等间接成本很低,必须受到重视。对于非开挖技术未来的发展,需要注意以下几点:
(1)面对巨大城市管道修复市场,应加大力度培养更多相关专业技术人员,弥补技术人员的不足的缺口;
(2)加大对非开挖修复技术相关设备及材料的研发(如聚脲喷雾[19]、纳米复合材料的应用[20]、新型管道机器人等),对原有技术做出创新,例如对于管道漏损监测定位技术的突破(如噪声信号定位[21]、光纤传感定位[22]等),重视相关产品的质量标准,使其更加具有国际竞争力;
(3)政府应积极发挥其引导作用,加强企业对非开挖技术的认识,鼓励和引导企业采用非开挖修复技术,同时加强技术研发部门与企业的合作,加速新技术的推广和使用;
(4)相关部门应制定更多更详细的相关技术规范与技术指南,让管道修复技术有章可循,使管道修复更加规范化;
(5)重视施工质量,规范施工,加强对管道修复后的监测与效果,完善管道修复评价管理体系,为将来管网修复提供帮助,使管网的运行维护系统化。
5、结语
我国城市管道修复行业发展势头良好,市场潜力巨大,有着广泛的发展前景。未来发展需要新技术、新材料、新规范,对于管道修复行业来说任重道远,同时也给国内管道修复市场提供长久的动力。随着技术的进步,通过政府、相关科技部门、企业沟通合作,我国管道修复行业将迎来新的发展机遇。
参考文献:
[1]蔡燕飞.新型非开挖管线施工技术和旧管线修复技术推广应用[J].非开挖技术,2011(5):37-41.
[2]徐诚.CIPP翻转内衬修复技术用于污水管非开挖修复[J].中国给水排水,2006(12):99-101.
[3]刘振华.大口径管道非开挖内衬修复技术的选用[J].工程技术(文摘版)•建筑,2016(9):333.
[4]马孝春,苏焕忠.我国地下管道非开挖修复技术现状与展望[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(S1):342-345.
[5]郑海旭.非开挖技术在上海管网改造中大有可为[J].上海煤气,2007(02):11-13.
[6]颜纯文.我国非开挖行业现状与展望[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2010,37(10):56-60.
[7]牛松山,章寅国,耿涛.浅析国外非开挖施工设备及发展趋势[J].建设机械技术与管理,2002(12):37-39.
[10]王中柱,李田.城市排水管道开挖与非开挖修复的综合成本分析[J].给水排水,2008(06):95-99.
[11]CJJ/T244-2016,城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程[S].
[12]陶伟元.翻转法与开挖法在上海四平路给水管道修复工程中的成本比较[J].城市公用事业,2007(04):25-27+46.
[13]颜纯文.2010年中国非开挖行业调查[A].中国地质学会非开挖技术专业委员会[ChinaSocietyforTrechlessTechnology(CSTT)].2011年非开挖技术会议论文集[C].中国地质学会非开挖技术专业委员会[ChinaSocietyforTrechlessTechnology(CSTT)]:非开挖技术杂志,2011:4.
[14]马保松.非开挖管道修复更新技术[M].北京:人民交通出版社,2014.
[15]郑杰.非开挖管道修复工艺在北京城市排水管网改造中的应用[J].工程技术,2017(3):32-33.
[16]周律,赵巨尧,羊小玉.南方大城市排水管道非开挖修复适用技术决策[J].办公自动化,2014(S1):59-62.
[17]熊露.排水管道非开挖修复技术经济评价指标体系的研究[D].广东工业大学,2015.
[18]颜纯文,D.stein.非开挖地下管线施工技术及其应用[M].北京:地震出版社,1999.
[21]孙欣伟.基于噪声分析的阀门泄漏识别与定位技术研究[D].北京化工大学,2017.
[22]杨洋,封皓,王宗和,等.光纤传感技术在管道检测中的应用与发展[J].光电技术应用,2016,31(06):1-9+76.
余雪兵,褚俊英,张礼兵,王春懿.我国城市管网修复技术现状及其发展前景[J].安徽建筑,2021,28(04):79-81.
分享:
工程制图课程是国内各高校机类、近机类专业的基础课和必修课。随着教学水平和手段的提高,目前该课程均采用主流的三维CAD软件,如AutoCAD、Inventor、SolidWorks等进行辅助教学。但在绘制某些特殊零件图形、基准符号和工程图时,这些软件有时会出现不符合国标规定画法的情况。
2023-10-07人本质上是一种关系中的存在。然而,在近现代工业化历程的两百年间,技术的发展与进步持续地拓展人在生活世界中“我”与自身、“我—你”和“我—它”1关系,并且通过颠覆人类自身的方式不断改变人的存在方式以及人对自身本质的认识。通过信息重组、时空关系改变,对既有血缘关系与社会关系等各个方面进行“冲击”乃至“碎片化”已约定俗成的伦理关系及其秩序。
2021-08-28近年来,随着我国智能化进程的不断推进,国家日益重视工业电气的发展,同时也取得了巨大进展,但全球可供工业生产的能源十分有限。可持续发展是我国大力提倡的一种发展方式,因此,在工业生产中如何减少能源消耗成为每个企业不得不去考虑的问题。本文分析电气节能设计的必要性、原则,列举工业电气设计的具体节能措施。
2021-08-27人类史上工业革命共进行了三次,珍妮纺纱机的发明标志着第一次工业革命的开始,由此人类社会进入蒸汽机时代;到19世纪70年代,电器开始出现并被广泛使用,科学技术在推动生产力发展的同时,也带动了电讯事业的发展,标志着电气化时代的到来;20世纪70年代初,全球开始第三次工业革命。
2021-08-27本文重点研究了降解型光控取向技术的制作工艺及其对产品性能的影响。通过分析不同光配向工艺参数下配向膜各向异性的数值可知,随着UV光光积量的增大和二次固化时间的延长,配向膜的各向异性值都有先升高后降低的趋势。测试材料在550mJ/cm2和30min的条件下,配向能力最优;配向膜材料二次固化温度在250℃以内时对配向性的影响是随温度升高。
2021-05-12文章主要讲述了桩基检测技术的相关内容,对几种常用的桩基检测技术作了简要介绍。通过实际案例的分析,进一步说明了桩基质量控制中桩基检测技术的不可或缺,同时还介绍了桩基承载力质量控制、桩基成孔质量控制以及桩身完整性质量控制工程中桩基检测技术的应用。基于南宁针对邕江展开整治开发的某一综合工程实例,对造成钻孔灌注桩偏位的相关因素予以简述。
2021-05-04城市的快速发展不断对城市管网输送能力提出新的要求,然而随着城市管网的老化,其输送能力会逐渐下降,无法满足城市的正常需求。因此需要不断地对管网进行更新和改造,同时对管网的修复技术提出了新的要求。文章分析研究了目前管道常用的开挖及非开挖修复技术,包括修复方法的特点及适用范围;根据开挖修复技术和非开挖修复技术的经济特征和实际发展状况。
2021-05-04随着三维技术日新月异的发展,凭借其展示出的细腻的质感、真实的光效、绚丽的色彩得到越来越多行业的认可,在工程行业中也有着不可替代的作用。为了有效地提升建筑施工质量和进度,方案展示需求,三维仿真技术发挥了巨大的作用与功效。三维仿真技术利用系统的信息汇总、场景模拟基于计算机三维软体制作的基础上,将未知的工程体量、地形环境数据生动、真实的营造出来。
2021-04-30凸轮轴是柴油机关键运动件之一,安装在柴油机机体内,凸轮轴对应每缸设有进气、排气和燃油三种凸轮,分别与滚轮、摇臂、推杆、气阀摇臂及滚轮、挺柱等构成配气机构,控制气缸的进排气和喷油。作为运动传动件,凸轮轴尤其是对凸轮型面要求有很高的加工精度,同时对材质及热处理有很高的要求,以适应其工作环境。
2021-04-30根据市场上智能门锁的安全隐患问题,为增强智能门锁的安全性、便捷性,我们提出采用手机进行智能门锁解锁的方法,设计了一款基于手机NFC功能的智能门锁。此设计可防止他人通过无线网破解门锁,并且此智能门锁采用不联网非接触式解锁。在此基础上,为使在发生火灾、煤气泄漏时屋内人员快速得到救援,增加了燃气传感器来使门锁在突发紧急情况下被救援人员打开。
2021-04-29人气:3133
人气:2799
人气:2508
人气:2412
人气:2013
我要评论
期刊名称:西安工程大学学报
期刊人气:553
主管单位:陕西省教育厅
主办单位:西安工程大学
出版地方:陕西
专业分类:工业
国际刊号:1674-649X
国内刊号:61-1471/N
邮发代号:52-327
创刊时间:1986年
发行周期:双月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:10-12个月
影响因子:0.473
影响因子:0.594
影响因子:0.370
影响因子:0.240
影响因子:0.220
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!