第二节　修复工程方案设计

一、制定修复方案应遵循的设计原则

（1）满足管道的荷载要求。

（2）管道整体修复后的管道流量一般应达到或接近管道原设计流量。

（3）满足对该管道养护的技术标准要求。

（4）一段管道内需3处局部修复的，采用整体修复方法。

（5）管道整体修复后的管道设计使用年限不小于20年。

（6）非开挖修复主要应用于沉管抢修和预防性修复。

二、确定管道修复方法的程序

选择修复排水管道的方法按图3-2程序执行。

根据管道结构性缺陷评估结论，结合管道使用年数、发生事故的概率和事故的影响程度，判断管道的修复必要性和优先性。

1.非开挖修复管道适用性

非开挖修复技术并不适用所有损坏的管道的修复，目前还不能对管道线型进行整形，如错口过大、管形变形量大等管道需采用开挖翻新。

2.修复后确保排水能力、满足管道疏通养护要求

修复后的断面排水能力一般应满足设计排水量，故应核算修复后的排水能力，当不能满足时，应当提出弥补缺失流量的措施，否则应采用开挖方法进行翻排更新。如选用的修复技术使养护单位无法进行养护的，则应另选修复技术，如需特种设备的，则应建议配置。

3.现场条件符合非开挖修复要求

当地下埋设管线、交通状况、周围环境等因素不具备开挖施工条件，而符合非开挖修复条件时，可在满足修复后管道的流量要求的前提下优先考虑采用非开挖修复方法。

4.修复技术的整体经济优越性

在开挖或非开挖修复方法都可选择的情况下，工程费用是决定修复方法的重要指标，修复工程造价主要有修复工程的建造安装费用、周边设施设备的监测、保护、临迁、恢复等费用，此外，还应适当考虑社会稳定可能发生的费用。按非开挖修理技术修复目标来分有：

（1）恢复强度及防腐蚀　因管道损坏造成破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀等使管道自身丧失了原有的强度时，恢复管体强度。

（2）止水　因管道损坏造成破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀等使外来水渗入管道内并有泥砂随着流水流入或出现漏水时将水流及泥砂止住。

按非开挖修理范围来分有：

（1）辅助修复　是对工体进行注浆，起到对地基加固、防渗作用，作为一种辅助修复被应用，一般与其他修复技术配合使用。

（2）局部修复　是对管段中某部分的缺陷进行修复的方法，适用于部分缺陷集中于某个部位的场合。

（3）整体修复　是对整个管段进行修复的方法，适用于损坏部位比较广泛的场合。在确定采用非开挖修复方法后，还应进一步比较可采用各种工法的经济性、优越性，选择最合理方案。

三、非开挖修复技术的选择

各类非开挖修复技术均在一定条件下可能使用，应根据修复后管道的流量、强度及现状管道的损坏情况进行选择。

一般而言，大型管道修复采用局部修复比较经济；嵌补法虽然质量控制比较困难，施工期长，但造价低，在地质条件较好、修复经费有限的地区仍然是可考虑的一种选择；在流砂地区采用整体内衬安全性更好；太深的管道如采用拉管内衬则会因导入坑的费用太高而变得不合理；现场固化内衬法的质量和适应性都是最好的，但是相对较贵。此外，施工单位的资质和素养也是必须考虑的问题，好的工艺和设备同样需要一支好的施工队伍。

随着城市发展和排水管道检测与非开挖技术的日趋成熟与普及，检测评估和非开挖修复技术在排水管道维修中得到广泛的应用，并且从严重损坏后的抢修逐步向预防性修复发展，从而对管道修复方案设计提出更高的要求，需要正确判断，把握修复的条件和技术要求，合理选择修复对象和修复方法。

四、非开挖内衬管设计

在非开挖修复管道的设计中，管壁的厚度应根据埋设管道的管径、埋深、残余强度、土质、地下水位、道路情况和施工条件等因素综合考虑。

在非开挖修复管道的管壁设计中，国外有比较成熟的计算方法，本书中的内衬管最小壁厚计算公式引用的是美国材料和试验协会的标准。

1.重力管道内衬管设计

（1）当修复局部损坏的管道时，内衬管壁厚应采用下列公式计算：

（3-3）

（3-4）

或者（3-5）

式中t——内衬管的壁厚，mm；

P——地下水压力，MPa；

C——椭圆度折减因子；

N——安全系数，推荐取值为2.0；

EL——内衬管的长期弹性模量，MPa，HDPE推荐150，PVC推荐1750，一般可取短期弹性模量的50%；

K——圆周支持率，推荐取值为7.0；

μ——泊松比（原位固化法内衬管取0.3，PVC内衬管取0.38，HDPE内衬管取0.45）；

q——原有管道的椭圆度， %；

D——原有管道的平均内径，mm；

Dmin——原有管道的最小内径，mm；

Dmax——原有管道的最大内径，mm。

内衬管的壁厚除应满足上式外，还应大于式（3-6）的计算结果：

（3-6）

式中　σL——内衬管材的长期弯曲强度，MPa；

SDR——管道的标准尺寸比。

①内衬管最小刚度应按下列公式计算：

（3-7）

其中

或者

式中DE——原有管道的平均内径，mm；

D——内衬管的平均直径，mm；

D0——内衬管的外径，mm；

I——内衬管的惯性模量，mm4/mm。

其他同上。

②当内衬管椭圆度不为零时，内衬管的设计除应满足式（3-7）外，还应满足公式（3-6）的计算。

③当管道位于地下水位以上时，内衬管的设计要求选取如下：

对于原位固化法施工的内衬管，其标准尺寸比SDR不得大于100；对于PE或PVC内衬管，其SDR不得大于42。

（2）当修复全部破坏的管道时，内衬管壁厚应采用下列公式计算：

（3-8）

（3-9）

（3-10）

（3-11）

（3-12）

式中　qt——管道总的外部压力，MPa；

Rw——水浮力因子（最小取0.67）；

Hw——管顶以上地下水位高度，m；

H——管顶覆土厚度，m；

w——土体重度，kN/m3；

WS——动荷载，MPa；

B‘——弹性支撑系数；

I——内衬管的惯性模量，mm4/mm；

E’S——土体反作用模量（MPa），一般可取4.8。

内衬管的最小壁厚还应满足公式（3-13）的要求。

（3-13）

式中　E——内衬管的初始弹性模量，MPa。

2.压力管道内衬管设计

（1）对于部分破坏管道应能承受外壁水压力和管道内部压力的作用。当部分损坏管道满足式（3-14）的条件时，其内衬管的壁厚应取式（3-3）和式（3-15）中的壁厚计算的最大值。

（3-14）

式中dh——原有管道中孔洞或缺口的最大直径，mm。

（3-15）

式中σL——内衬管道的长期弯曲强度，MPa；

pi——管道内部压力，MPa。

（2）当部分破坏管道不满足式（3-14）的条件时，其内衬管壁厚的设计应取式（3-3）和式（3-16）中的最大值。

（3-16）

式中　σTL——内衬管道的长期抗拉强度，MPa。

（3）对于完全破坏管道，其内衬管壁厚的设计应取式（3-3）、式（3-8）、式（3-13）和式（3-16）中的最大值。

3.压力管道内衬管设计

（3-17）

式中σTL——内衬管道的长期抗拉强度，MPa；

pi——管道内部压力，MPa。

各内衬管强度应符合表3-11的要求。

五、水力设计

（1）当管道内没有完全充满流体时，其流量应按下列公式计算：

（3-18）

其中

式中Q——流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2；

R——水力半径，m；

P——湿周，m；

i——水力坡度。

（2）当管道中充满流体时，其流量应按下列公式计算：

（3-19）

式中　n——粗糙系数；

S——管道截面面积，mm2。

（3）修复后管道的过流能力与修复前管道的过流能力的比值应按下列公式计算：

（3-20）

式中　B——管道修复前后过流能力比；

ne——原有管道的粗糙系数；

nI——内衬管道的粗糙系数；

DE——原有管道的平均内径，mm；

DI——内衬管管道内径，mm。

（4）部分管材的粗糙系数，应按表3-12取值。

（5）为了确保管道设计流量，DN800mm以上大口径管道修复后的管道内径不宜小于表3-13中的要求。

（6）水力计算结果应纳入竣工档案文件中。

六、工程实例

实例【1】：

1.背景

某路口人行道路面开裂，养护单位对该处地下管道进行CCTV检测，进管检查发现管道存在多处缺陷，缺陷统计见表3-14，未发现变形现象，该管径为DN800混凝土重力流污水管道，埋深约5m，地下常水位于管顶上方3.5m处，两座检查井之间长度为30m，为确保污水管网的正常运行，现组织力量对该处管道进行修复。

2.分析

根据《排水管道电视和声呐检测评估技术规程》（DB31/T 444—2009）规定，按照管道结构性缺陷的类型、数量、管道长度、地区性重要性、管道性重要性、土质影响等参数确定管道修复指数RI值，根据RI值判断修复紧急程度等级：

该处管道修复指数：

RI=0.7×9.2+0.1×3+0.05×3+0.15×10=8.39（RI≥7整体修复或翻新）

通过现场勘查情况，该管道为部分破坏管道，其管壁厚度t可通过下列公式验算，得出壁厚t=13.6mm。

其中，圆周支持率K取7.0，泊松比μ取0.3，地下水压力P可按下列公式计算取得，安全系数N取2.0，内衬管长期弹性模量EL取862。

最小刚度EL I为：

实例【2】：

1.背景

某市一小区门口路面发生沉降，对沉降处下方污水管道经过现场勘查和CCTV检测，发现该处下方污水管道多处存在破裂、渗漏现象，缺陷统计见表3-15该管道为管径DN500重力流钢筋混凝土管，埋深约4.5m，地下常水位位于管顶上方2.4m，两座检查井之间长度为45m，为确保污水管网的正常运行及周边道路交通安全，养护单位急需对该处管道进行修复。

2.分析

根据《排水管道电视和声呐检测评估技术规程》（DB31/T 444—2009）规定，按照管道结构性缺陷的类型、数量、管道长度、地区性重要性、管道性重要性、土质影响等参数确定管道修复指数RI值，根据RI值判断修复紧急程度等级：

该处管道修复指数：

RI=0.7×10+0.1×6+0.05×0+0.15×10=9.1（RI≥7整体修复或翻新）

本工程内衬管壁厚选择除了考虑管道本身破损情况外，还应考虑待修管道所处的环境，如地下水压、地层、管顶荷载等。通过现场勘查了解，该处管道为全部破坏，其管壁厚度t可通过下列公式验算，得出壁厚t=17.8mm。

其中，土重度按18kN/m3计，地面堆载按10kN/m2计，E’S取4.8；最小刚度EL I为：

环刚度SN为：