展商风采 | HDPE双壁缠绕管在盾构管片内衬工程中的应用

随着社会的快速发展，许多城市排水管网已处于“超负荷运行”的状态，由于现有排水管网存在着雨污混流、设计重现期低、设施老旧等问题，加速了内涝、水体黑臭等城市病的产生。通过新建城市地下综合管廊、大直径地下排水隧道，提升城市的排水系统，有望成为解决城市日益严重的内涝问题方案之一。本文结合HDPE短管内衬修复技术在盾构管片中的应用，对该内衬修复技术进行简要介绍，以利用超大口径HDPE双壁缠绕管内衬修复技术在以往特殊工况的解决方案，为同类型地下管网改造提供参考。

盾构管片内衬HDPE双壁缠绕管施工方法作为一种创新的运用方式，有效解决了困扰深隧排水工程领域多年的防漏水、防腐蚀这一难题，真正意义上实现了“无缝衔接”与快速施工的高度结合，并成功地应用于上海轨道交通十八号线沿线两港截流合流总管改迁工程。

1、工程概况

上海市轨道交通十八号线沿线两港截流合流总管改迁工程盾构隧道，位于上海市杨浦区，北临中山北二路走马塘、南接杨树浦港，介于地铁十八号线抚顺路站与江浦路站之间，全长1067米。工程采用盾构的施工方式，盾构内径DN3000。中山北二路江浦路口与现状合流污水交汇井连通处采用开挖的施工方式。合流总管主要输送两港地区（虹口港、杨浦港）的旱流污水和部分初期雨水，旱流污水量40万m³/d，截流雨水量16.35m³/s，服务范围约22km²。两港流域共涉及市政排水系统13个、市政雨水排水泵站19座。

（两港污水截流总管搬迁平面示意图）

本工程隧道施工范围为江浦路（中山北二路～杨树浦港），盾构工作井W2位于江浦路与中山北二路交叉口处，接收井W6位于江浦路与控江路交叉口东侧，W2井～W6井区间隧道推进长度1067m，中间设置W3、W4两座骑马井。

本区间盾构推进长度1067m，竖向无坡度，隧道中心标高-4.5m，水平最小曲率半径为R350，隧道顶部埋深约6.0～6.5m。本工程隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，均为通缝拼装。管片外径3600mm，内径3000mm，壁厚300mm，宽度为900mm。分为直线环、左转环和右转环三种。

2、施工工法选择

为满足延长新建合流污水管道使用寿命和防渗漏要求，设计采用双层衬砌施工的防腐措施。由于工期紧张，承建方积极摸索新的施工工艺，以缩短工期，满足工程进度的要求。经过防腐防渗等论证及工厂试验，最终采用HDPE双壁缠绕短管内衬及内衬混凝土浇筑专项施工方案。采用HDPE双壁缠绕管作为盾构衬砌管片的内衬，管两侧安装滑轮辅助推入盾构区间，分段焊接，HDPE双壁缠绕管与盾构管片之间的缝隙填充轻质混凝土，从而实现防腐、抗压双重功能。

3、工艺原理

短管内衬修复技术是一种管道非开挖短管及管片内衬整体和局部修复方法。该技术是将适合尺寸的HDPE双壁缠绕管插入需要修复的旧管道内，利用原旧管道的刚性和强度为承受结构以及HDPE双壁缠绕管耐腐蚀、耐磨损、耐渗透等特点，形成“管中管”复合结构使修复后的管道具备综合性能的优势。短管内衬修复管道整体性能好，质量可靠，提高主体管道的抗压抗冲击能力，延长管道的使用寿命达50年，大幅度降低综合成本。短管内衬修复速度快，一次性修复距离长，一次可穿插1～2km。短管内衬修复技术适用管材为钢筋混凝土管、盾构管片、球墨铸铁管和其他合成材料的材质雨污排水管道等。

4、试验验证

盾构管片内衬HDPE双壁缠绕管施工工法的提出，在国内尚属首次。由于该工程管材口径大，盾构管片为DN3000mm，内衬管口径为DN2600mm；内衬距离长，地铁十八号线抚顺路站与江浦路站区间，全长1067米；建设场地位于老城区，施工可利用场地小，工期要求紧等诸多难点。由于没有相关工程案例可供参照，推广该方案用于盾构衬砌管片的内衬防腐蚀，面临着巨大的挑战和风险。为了验证HDPE双壁缠绕管内衬工艺的可行性与安全性，在上海清远管业厂区内建成一座HDPE双壁缠绕管内衬工艺模拟装置，并完成内衬管材的下管、运管、焊接、支撑、注浆等操作。借助一系列先进检测仪器掌握了管材在施工安装、注浆过程中的抗浮能力、抗压能力、焊接稳定性，从而验证了该工法的可行性和可靠性。HDPE双壁缠绕管完全满足施工过程对管材力学性能的要求，整个过程（下管、运管、焊接、注浆等环节）管材没有发生任何破坏，环向变形量在安全可控范围内，完全符合设计要求，为工程应用积累了大量宝贵的试验数据。

5、工程设计与施工

盾构管片内衬HDPE双壁缠绕管每段6m，但盾构区间存在曲率半径R350，经过计算6m的HDPE内衬管无法通过。首先通过精确测量小半径曲线段预制3m/根的内衬特殊短管，将其运放到位，再将常规内衬管运放到位并与特殊管焊接为一体，分两个施工段施工。

由于工程区段较长，第一阶段为HDPE双壁缠绕管运送及焊接分两个工作面施工。具体为：W2始发井口向南安放6m/根的管材，W6接收井口向北安放3m/根的管材。第二阶段为轻质混凝土浇筑。

根据2600mm的过水断面、注浆层150mm厚度的要求，选用DN2600结构壁厚50mm的HDPE双壁缠绕管,内壁厚8mm左右。管材环刚度≥SN4，环柔性满足试样圆滑、无反向弯曲、无破裂等要求，冲击强度TIR≤10％，熔接处拉伸力≥2040N，氧化诱导时间OIT≥40min，熔体质量流动速率MFR≤1.6g/10min。该工程施工单位是上海隧道工程有限公司，使用的是上海清远管业科技股份有限公司的优质HDPE双壁缠绕管。

内衬HDPE双壁缠绕管采用长8550mm、宽250mm、厚3mm的钢带进行包覆。钢带使用张紧螺丝进行调节松紧程度，确保钢带紧固于内管外壁，不松动、不脱落。固定钢带间隔2m固定于内管上，且钢带上配有单向实心脚轮及可调式支撑螺栓。内衬管底部每根钢带上均装有2个单向实心导轮。导轮均分布于中垂线两侧20-30°位置。单向实心导轮及其固定件总高度147～150mm范围内。该装置为了便于HDPE双壁缠绕管在盾构管片内运送。

每根钢带上分布有3个可调式支撑螺栓，位置分布于顶端、水平左右两侧。可从内部调节内丝控制支撑螺栓总长起到支撑作用。该螺栓可起到抗浮、内管定位的作用。

注浆前使用内支撑的形式，即使用伸缩式可移动支撑架从内部进行支撑，避免注浆时混凝土对管材的挤压变形。每根内管顶部配有1个注浆孔及1个补浆孔。其中，注浆孔两侧500mm范围内使用铁皮进行增强、加固，避免注浆过程中产生冲击破坏。

HDPE短管内衬施工法包括内衬管的内支撑、下管、运管、固定、焊接及注浆等步骤，满足快速施工的要求。下管前，使用伸缩式移动支撑架进行内支撑固定，支撑架每隔2m进行支撑作业，以抵抗注浆时浆层对内管的压力破坏。下管时在内管上使用两根软质缆绳或吊带，使用50T履带吊平衡起吊后，缓慢从工作井平稳放入，避免破坏内管及附件结构（脚轮、外卡钢带、螺栓等）。

（下管）

下管作业完成以后，进行运管，由于预先在HDPE双壁缠绕管上安装钢带和导轮，所以使用人工推动或动力牵引（电动车、小型动力车、卷扬机等）等形式就可以轻松进行运管至指定位置。涉及弯道区域，模拟设计相应弧度的弯管，最先进行弯道区域的下管、运管作业，再从两侧进行直管作业。

（运管）

HDPE内衬管推进到位以后，内衬管外侧分别在顶部与侧上方120°位置预先放置固定块，与内衬管一并水平运输至指定位置，防止灌浆过程中内衬偏移，固定好中心轴及内衬两侧，保证填充混凝土浇筑厚度。

内管之间的连接处采取专用热熔焊枪及热熔焊条进行热熔焊接作业，在作业过程中无有毒有害气体出现。

（接口热熔焊接）

由于HDFE内衬管已具备了抗内、外压的要求，盾构管片与HDPE内衬管之间混凝土主要起到填充作用。前期经过项目部多次讨论，考虑到连续浇筑，此区间填充主要采用轻质混凝土填充。对混凝土本身无抗内、外压要求，填充主要要求填充饱满无空鼓。经试验计算灌浆压力＜0.55Mpa，对管材不会构成影响。

经过对轻质混凝土特性的分析，轻质混凝土具有较好的流动性，主要是通过HDPE双壁缠绕管预留的浇筑孔自上而下浇筑，浇筑孔的设置主要参考轻质发泡混凝土的流淌距离，通过混凝土供应厂家提供的试验参数，流淌距离保证在20m以上，故本工程浇筑孔的设置原则按照每40m设置一个，浇筑孔外设置一个闸阀，在浇筑至顶部饱满后关闭闸阀。

采用多次注浆形式进行注浆作业，每次注浆可按照1/3、2/3区域进行多次逐步注浆作业，直至注浆完成。HDPE内衬管就位后分别在始发井及接收井安装地泵设备一路接管至区间中点，沿浇筑孔一路浇筑、拆管再浇筑，完成第一次浇筑，依次完成第二、第三次浇筑，浇筑完成后拆除井口封堵气囊，最后进行井接口处理。

轨道交通十八号线沿线两港截流合流总管改造工程是上海地区乃至全国首次采用盾构管片内衬HDPE双壁缠绕管施工工法建设排水管道工程，建设场地位于老城区，施工可利用场地小，工期要求紧，工程的顺利实施对类似工况项目具有一定的借鉴意义。该工程于2018年6月19日通水。实践证明，内衬HDPE双壁缠绕管的防水、防腐蚀处理效果比传统的钢筋混凝土管、玻璃钢夹砂管等效果更好。在此，建议大力推广内衬HDPE双壁缠绕管施工工法应用于盾构管片衬砌排水工程。

（两港截流合流总管改迁工程竣工验收及用户报告）

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