CN110645440A - 用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置及方法，非开挖修复装置包括管道视频机器人、阻水装置、内衬修复永久性结构以及注浆设备。采用管道视频机器人确定管道脱节位置；利用阻水装置形成工作空间；然后采用橡胶密封内衬短管和多块胀圆固定钢板形成内衬修复永久性结构，并采用注浆设备***胀圆固定钢板的注浆孔对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆。本发明提供的非开挖修复工艺，能形成“内衬修复永久性结构+高聚物注浆物”的复合管道脱节修复结构，不仅能快速修复管道脱节病害，同时还能修复管道脱节造成的土体脱空病害，尤其适用于DN>800mm的大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复；具有成本低、技术可靠、质量稳定性高等优点。

Description

用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置及方法

技术领域

本发明涉及管道非开挖修复技术领域，具体涉及一种用于大管径排水管脱节的非开挖修复工艺，尤其涉及一种适用于直径大于800mm的大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置及方法。

背景技术

排水管网作为现代城市重要的基础设施，在城市发展的进程中有着举足轻重的作用，承担了排污疏水等重要责任，其总体建设规模也日渐庞大。然而，随着运行时间的增长，排水管道会受到不同程度的损坏，应当及时维修，以阻止对城市经济和交通安全造成更大的危害，特别是大管径管道(DN>800mm)的脱节现象，这种由于施工工艺或自然环境造成的病害，会引发由于污水的外泄对土壤环境的污染，以及地下水的流动夹带周围土体涌入管道内，长时间会造成脱空的危害，最终导致上部建筑和路面的结构破坏。因此必须对管道脱节病害进行修复，以确保管网的正常运行以及道路交通的安全。

现行针对管道脱节的修复方案主要包括两大类：第一类是开挖土体对管网进行修复，在病害处针对性处理，但条件限制强，适用于人群密度小、附近无建筑物、施工场地开阔等情况。但现阶段城市下铺设的排水管道多为老旧管道，易发生破坏，若用传统的开挖修复技术，不仅对资源的消耗巨大，也会对居民生活和交通造成影响，因此非开挖管道修复技术也应运而生，它具有施工速度快、成本低、对环境影响小等优点，且随着技术的日益革新而不断发展，其应用越来越普遍。

常规的针对大管径管道的非开挖修复技术一般包括：①管道内穿插修复技术，通过牵拉将新管***旧管中，并填补缝隙，是最早也是最简单的一种非开挖修复方法；②原位固化法 (CIPP)，是一种将浸渍热固性树脂的软管通过牵引拉入旧管内，通过紫外线加热固化成管道内衬的修复方法，但该技术成本高，且对操作人员的要求高；③内衬法，内衬法是利用新管的物理或化学性质，通过不同的工艺将其置入旧管中，使其内衬于其中。

现有技术中关于非开挖修复工艺也有不少相关报道：

例如：对比文件1，CN105371049A公开一种管道非开挖修复工艺，本方案的技术要点主要在于利用CCTV检测机器人确定管道内是否有渗漏点、错位、堵塞、弯道等情况，然后再进行管道内修复，具体修复工艺涉及一种改进后的管道内穿插法修复。

对比文件2，CN 102235565A公开一种内衬管翻转贴合式地下管道非开挖修复方法，该方案通过闭路电视***CCTV设备对管道内部进行检测然后结合内衬管进行翻转贴合式修复，属于内衬法修复。

但是上述的修复技术对条件的要求高，有一定局限性，且无法对由管道脱节造成的土体脱空病害进行修复，因此需要研究出一种新型的针对大管径排水管脱节的非开挖修复方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置及方法，通过综合管道视频机器人、高聚物注浆以及橡胶内衬短管与胀圆固定钢板组成内衬修复永久性结构等方法对混凝土排水管脱节实施非开挖修复，旨在解决混凝土排水管道脱节病害以及由于混凝土排水管道脱节造成的脱空病害，确保管网的正常运行，以防止污水泄漏以及管周土体流失对上部路面结构造成更大的损害。尤其适用于DN>800mm的大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，包括：管道视频机器人、阻水装置、内衬修复永久性结构以及注浆设备，其中：

管道视频机器人，用于确定管道是否存在脱节病害并确定管道脱节位置；

阻水装置，用于阻水形成工作空间，包括止水气囊及与止水气囊连接的空气压缩机，止水气囊设于脱节位置的上游；

内衬修复永久性结构，用于修复管道脱节病害，包括橡胶密封内衬短管和安装在橡胶密封内衬短管内壁的多块胀圆固定钢板；所述胀圆固定钢板为环向结构，多块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁；所述胀圆固定钢板的正中心设有注浆孔，注浆孔用于对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆，所述胀圆固定钢板的两环向端部分别设有若干螺栓孔，用于通过膨胀螺丝固定在橡胶密封内衬短管内壁；

注浆设备，用于***注浆孔内对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆。

进一步地，

所述止水气囊包括气囊本体和设于气囊本体一侧的充气嘴，充气嘴的一端设于气囊本体内，另一端与三叉阀的一个阀口连接，三叉阀的另外两个阀口，一个与压力表连接，另一个通过充气胶管与外部的空气压缩机连接，充气胶管上设有充气阀门。

压力表用于对止水气囊内的压力进行监测；充气阀门用于控制充气的流量。一般地，气囊本体采用由橡胶和纤维织物等高分子合成材料经高温硫化工艺制成的橡胶材质。优选地，气囊本体的形状为适应管径大小的圆柱形。

优选地，气囊本体上还设有牵拉带，便于将止水气囊拉入/拉出管道。

优选地，

所述橡胶密封内衬短管内壁设有4块胀圆固定钢板，所述胀圆固定钢板为弧度75～85°的环向结构，设置在橡胶密封内衬短管内壁上部的胀圆固定钢板的注浆孔正对橡胶密封内衬短管的顶部，4块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁。

更优选地，

所述胀圆固定钢板为弧度80°的环向结构。

进一步地，

所述胀圆固定钢板的宽度和橡胶密封内衬短管的宽度相同，橡胶密封内衬短管的直径根据管道脱节后的有效直径确定。本发明方案中，有效直径指两根管道脱节错开后产生的空隙直径。

进一步地，

所述注浆设备包括注浆管以及外部的注浆机，注浆机设有出浆枪，注浆管与注浆机的出浆枪连接。注浆机一般搭载在专用注浆车上。

本发明还提供一种采用上述用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置的非开挖修复方法，具体包括如下步骤：

S1、牵引管道视频机器人在排水管道管内移动，基于CCTV闭路电视检测管道是否存在脱节病害，找到并确定管道脱节位置后，将管道视频机器人拉出管外；管道视频机器人的牵引一般通牵引绳连接至牵引设备，进行移动。

S2、在管道脱节位置的上游关阀停水后，将止水气囊拉入排水管道内，通过充气软管连接至排水管外的空气压缩机对止水气囊进行充气，并截流堵水形成工作空间；一般地，止水气囊通过机械牵拉至管道内部。

S3、将橡胶密封内衬短管拉入管道脱节处，将多块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁，组合形成内衬修复永久性结构。

本发明中的密封内衬短管选用橡胶材质，橡胶是柔性材质，更便于在管道内展开进行修复。一般地，橡胶内衬管先通过机械牵引至管道内部，再由人工拉至管道脱节处。

S4、利用手持式电钻***胀圆固定钢板的注浆孔，打穿橡胶密封内衬短管并钻至***管道脱节处，以获得注浆通道，利用注浆设备对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆，高聚物浆液在脱节和脱空处快速渗透并膨胀形成高聚物注浆物；

S5、待高聚物浆液完全固化后，拉出注浆设备，再将止水气气囊进行泄气至扁平状，从管内拉出止水气囊。

具体地，

步骤S3中，所述橡胶密封内衬短管内壁设有4块胀圆固定钢板，所述胀圆固定钢板为弧度75～85°的环向结构，将4块胀圆固定钢板分别环形阵列设置在橡胶密封内衬短管内壁的管顶、管两侧以及管底，管顶的胀圆固定钢板的注浆孔正对橡胶密封内衬短管的顶部。

进一步地，

步骤S2中，在止水气囊的充气嘴与外部空气压缩机之间设置一个三叉阀，在三叉阀的一个阀口连接充气嘴，一个阀口连接压力表，另一个阀口连接充气软管，充气软管上设置一个充气阀门，止水气囊通过充气管与外部的空气压缩机连接；在给止水气囊充气过程中，通过压力表对止水气囊内的压力进行监测，同时通过充气阀门控制充气的流量，使止水气囊能紧密贴合在管道内壁，起到阻水作用。

进一步地，

在步骤S4中，注浆设备包括注浆机和注浆管，将注浆机放置在检查井附近，然后将注浆机的出浆枪连接深入注浆通道内的注浆管，通过注浆管对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，包括：管道视频机器人、阻水装置、内衬修复永久性结构以及注浆设备。通过管道视频机器人检测管道是否存在脱节病害找到并确定管道脱节位置，通过阻水设备形成工作空间，内衬修复永久性结构修复混凝土排水管道的脱节病害，然后利用高聚物注浆对管道脱节造成的土体脱空病害进行修复，加固土体。

2、与现有技术相比本发明提供的非开挖修复工艺，能形成“橡胶内衬短管与胀圆固定钢板组成内衬修复永久性结构+高聚物注浆”的复合管道脱节修复结构，能实现对大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复，不仅能快速修复大管径混凝土排水管道脱节病害，同时还能修复管道脱节造成的土体脱空病害，加固管道病害***土体，能形成稳定的支撑结构，并且施工过程对上部路面和周围建筑物的影响小。尤其适用于直径大于800mm的大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复。

3、本发明大管径混凝土排水管道脱节非开挖修复工艺具有成本低、技术可靠、质量稳定性高等优点。

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获得其他的附图。

图1为本发明管道视频机器人检测管道脱节的示意图；

图2为本发明止水气囊管道封堵的纵剖面图；

图3为本发明止水气囊的结构示意图；

图4为本发明内部注浆修复管道脱节的示意图；

图5为本发明橡胶密封内衬短管和胀圆固定钢板的组合横断面示意图；

图6为本发明胀圆固定钢板的正视图；

图7为本发明提供修复工艺修复完成的效果图。

附图标注说明：

混凝土排水管道1、高聚物注浆物2、注浆孔3、胀圆固定钢板4、橡胶密封内衬短管5、膨胀螺丝6、注浆管7、螺栓孔8、充气嘴9、充气胶管10、充气阀门11、压力表12、气囊本体13、牵拉带14、三叉阀15、止水气囊16、注浆机17、空气压缩机18、管道视频机器人 19。

具体实施方式

为了更好地阐述该发明的内容，下面通过具体实施例对本发明进一步的验证。特在此说明，实施例只是为更直接地描述本发明，它们只是本发明的一部分，不能对本发明构成任何限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

实施例1

如图1～图6所示，本实施例提供一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，包括：管道视频机器人19、阻水装置、内衬修复永久性结构以及注浆设备，其中：

管道视频机器人19，用于确定混凝土排水管道1是否存在脱节病害并确定管道脱节位置；

阻水装置，用于阻水形成工作空间，包括止水气囊16及与止水气囊16连接的空气压缩机18，止水气囊16设于脱节位置的上游；

作为优选实施例，本实施例中止水气囊16包括气囊本体13和设于气囊本体一侧的充气嘴9，充气嘴9的一端设于气囊本体13内，另一端与三叉阀15的一个阀口连接，三叉阀15的另外两个阀口，一个与压力表12连接，另一个通过充气胶管10与外部的空气压缩机18连接，充气胶管10上设有充气阀门11；气囊本体13上还设有牵拉带14；气囊本体13的形状为适应管径大小的圆柱形。

压力表12用于对止水气囊16内的压力进行监测；充气阀门11用于控制充气的流量。一般地，气囊本体13采用由橡胶和纤维织物等高分子合成材料经高温硫化工艺制成的橡胶材质。

内衬修复永久性结构，用于修复管道脱节病害，包括橡胶密封内衬短管5和安装在橡胶密封内衬短管5内壁的多块胀圆固定钢板4；胀圆固定钢板4为环向结构，多块胀圆固定钢板4呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管5内壁；胀圆固定钢板4的正中心设有注浆孔 3，注浆孔3用于对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆，所述胀圆固定钢板4的两环向端部分别设有若干螺栓孔8，用于通过膨胀螺丝6固定在橡胶密封内衬短管5内壁；

作为优选实施例，本实施例中，橡胶密封内衬短管5内壁设有四块胀圆固定钢板4，胀圆固定钢板4为弧度75～85°的环向结构，本实施例中采用80°的钢板，四块胀圆固定钢板4呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管5内壁，具体设置在橡胶密封内衬短管5内壁的管顶、管两侧及管底，设置在橡胶密封内衬短管5内壁上部的胀圆固定钢板4的注浆孔3正对橡胶密封内衬短管5的顶部。胀圆固定钢板4的宽度和橡胶密封内衬短管5的宽度相同，橡胶密封内衬短管5的直径根据管道脱节后的有效直径确定。

注浆设备，用于***注浆孔3内对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆；所述注浆设备包括注浆管7以及外部的注浆机17，注浆机17设有出浆枪，注浆管7与注浆机17的出浆枪连接。

采用本实施例提供的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置的非开挖修复方法如下：

S1、牵引管道视频机器人19在混凝土排水管道1管内移动，基于CCTV闭路电视检测管道是否存在脱节病害，找到并确定管道脱节位置后，将管道视频机器人19拉出管外；管道视频机器人19的牵引一般通牵引绳连接至牵引设备，进行移动。

S2、在管道脱节位置的上游关阀停水后，将止水气囊16通过机械牵引拉入混凝土排水管道1内，通过充气软管10连接至混凝土排水管道1外的空气压缩机18对止水气囊16的气囊本体13进行充气，并截流堵水形成工作空间；

具体地，在止水气囊16的充气嘴9与外部空气压缩机18之间设置一个三叉阀15，在三叉阀15的一个阀口连接充气嘴9，一个阀口连接压力表12，另一个阀口连接充气软管10，充气软管10上设置一个充气阀门11，止水气囊16通过充气管10与外部的空气压缩机18连接；在给止水气囊16的气囊本体13充气过程中，通过压力表12对止水气囊16内的压力进行监测，同时通过充气阀门11控制充气的流量，使止水气囊16能紧密贴合在混凝土排水管道1内壁，起到阻水作用。气囊本体13上还设有牵拉带14，便于将止水气囊16拉入/拉出管道。

S3、将橡胶密封内衬短管5先通过机械牵引拉至管道内部，然后再人工拉至混凝土排水管道1脱节处，将四块具有弧度80°的环向结构的胀圆固定钢板4呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管5内壁，具体地设置在橡胶密封内衬短管5内壁的管顶、管两侧以及管底组合形成内衬修复永久性结构；管顶的胀圆固定钢板4的注浆孔3正对橡胶密封内衬短管5的顶部。

S4、利用手持式电钻***胀圆固定钢板4的注浆孔3，打穿橡胶密封内衬短管5并钻至***管道脱节处，以获得注浆通道，将注浆机17放置在检查井附近，注浆机17一般搭载在专用注浆车上。然后将注浆机17的出浆枪连接深入注浆通道内的注浆管7，通过注浆管7对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆形成高聚物注浆物2。

S5、待高聚物浆液完全固化后，拉出注浆设备，再将止水气气囊16进行泄气至扁平状，从混凝土排水管道1内拉出止水气囊16。

本发明提供的非开挖修复工艺，能形成“橡胶内衬短管与胀圆固定钢板组成内衬修复永久性结构+高聚物注浆物”的复合管道脱节修复结构，能实现对大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复，不仅能快速修复大管径混凝土排水管道脱节病害，同时还能修复管道脱节造成的土体脱空病害，加固管道病害***土体，能形成稳定的支撑结构，并且施工过程对上部路面和周围建筑物的影响小。尤其适用于直径大于800mm的大管径混凝土排水管道脱节的非开挖修复，具有成本低、技术可靠、质量稳定性高的优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，包括：管道视频机器人、阻水装置、内衬修复永久性结构以及注浆设备，其中：

管道视频机器人，用于确定管道是否存在脱节病害并确定管道脱节位置；

阻水装置，用于阻水形成工作空间，包括止水气囊及与止水气囊连接的空气压缩机，止水气囊设于脱节位置的上游；

内衬修复永久性结构，用于修复管道脱节病害，包括：橡胶密封内衬短管和安装在橡胶密封内衬短管内壁的多块胀圆固定钢板；所述胀圆固定钢板为环向结构，多块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁；所述胀圆固定钢板的正中心设有注浆孔，注浆孔用于对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆，所述胀圆固定钢板的两环向端部分别设有若干螺栓孔，用于通过膨胀螺丝固定在橡胶密封内衬短管内壁；

注浆设备，用于***注浆孔内对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆。

2.根据权利要求1所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，

所述止水气囊包括气囊本体和设于气囊本体一侧的充气嘴，充气嘴的一端设于气囊本体内，另一端与三叉阀的一个阀口连接，三叉阀的另外两个阀口，一个与压力表连接，另一个通过充气胶管与外部的空气压缩机连接，充气胶管上设有充气阀门。

3.根据权利要求1或2所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，

所述橡胶密封内衬短管内壁设有4块胀圆固定钢板，所述胀圆固定钢板为弧度75～85°的环向结构，设置在橡胶密封内衬短管内壁上部的胀圆固定钢板的注浆孔正对橡胶密封内衬短管的顶部，4块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁。

4.根据权利要求3所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，

所述胀圆固定钢板为弧度80°的环向结构。

5.根据权利要求3所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，

所述胀圆固定钢板的宽度和橡胶密封内衬短管的宽度相同，橡胶密封内衬短管的直径根据管道脱节后的有效直径确定。

6.根据权利要求1或2所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复装置，其特征在于，

所述注浆设备包括注浆管以及外部的注浆机，注浆机设有出浆枪，注浆管与注浆机的出浆枪连接。

7.一种用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、牵引管道视频机器人在排水管道管内移动，基于CCTV闭路电视检测管道是否存在脱节病害，找到并确定管道脱节位置后，将管道视频机器人拉出管外；

S2、在管道脱节位置的上游关阀停水后，将止水气囊拉入排水管道内，通过充气软管连接至排水管外的空气压缩机对止水气囊进行充气，并截流堵水形成工作空间；

S3、将橡胶密封内衬短拉入管道脱节处，将多块胀圆固定钢板呈环形阵列固定设置在橡胶密封内衬短管内壁，组合形成内衬修复永久性结构；

S4、利用手持式电钻***胀圆固定钢板的注浆孔，打穿橡胶密封内衬短管并钻至***管道脱节处，以获得注浆通道，利用注浆设备对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆，高聚物浆液在脱节和脱空处快速渗透并膨胀形成高聚物注浆物；

S5、待高聚物浆液完全固化后，拉出注浆设备，再将止水气气囊进行泄气至扁平状，从管内拉出止水气囊。

8.根据权利要求7所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复方法，其特征在于，

步骤S3中，所述橡胶密封内衬短管内壁设有4块胀圆固定钢板，所述胀圆固定钢板为弧度75～85°的环向结构，将4块胀圆固定钢板分别环形阵列设置在橡胶密封内衬短管内壁的管顶、管两侧以及管底，管顶的胀圆固定钢板的注浆孔正对橡胶密封内衬短管的顶部。

9.根据权利要求7或8所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复方法，其特征在于，

步骤S2中，在止水气囊的充气嘴与外部空气压缩机之间设置一个三叉阀，在三叉阀的一个阀口连接充气嘴，一个阀口连接压力表，另一个阀口连接充气软管，充气软管上设置一个充气阀门，止水气囊通过充气管与外部的空气压缩机连接；在给止水气囊充气过程中，通过压力表对止水气囊内的压力进行监测，同时通过充气阀门控制充气的流量，使止水气囊能紧密贴合在管道内壁，起到阻水作用。

10.根据权利要求7或8所述的用于大管径混凝土排水管脱节的非开挖修复方法，其特征在于，

在步骤S4中，注浆设备包括注浆机和注浆管，将注浆机放置在检查井附近，然后将注浆机的出浆枪连接深入注浆通道内的注浆管，通过注浆管对管道脱节***和土体脱空处进行高聚物注浆。

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