【摘要】针对当前城市地下管网存在在问题，结合国家节能减排政策，以及推进城市管廊建设过程遇到的问题，在实践运用的基础上，提出对城市老旧地下管网，采用先进的非开挖技术应用，延长管网使用寿命，解决城市管网历史沉积问题。
【关键词】非开挖修复管网、内壁涂膜防腐、改善延长管网寿命
一、城市管网普遍存在的问题
(一)自来水管网现状
    2015年我国城市供水配水管总长为185095Km。我国配水管网中63％的管道1985--2000年间敷设的，现有管道的平均管龄达到二十年左右，部分城市供水管网已服役三十年之久。
存在问题：
1、大部分的供水管网已经在早期建设完毕,并在城市的地下管道埋设中呈错综复杂的网状形态；
2、许多房屋建设、道路建设以及其他城市居民活动等对现存的地下供水管道造成了不同程度的损害；
3、内壁锈蚀，微生物滋生，影响水质，对居民健康造成一定影响，部分地区黄水现象无法杜绝；
4、漏水现象造成大量水资源浪费。
（二）排（污）水管网现状
存在问题：
1、排水管网基础设施历史欠账太多，管网建设明显滞后于城市化进程；
2、日常维护修复相对滞后，造成内涝事件频发；
（3）历史欠账投资巨大、新老区管网改造很难步调一致。
（三）北方地区采暖管网现状
据数据统计，我国北方地区供热管线总长度近400万Km，主管网、二次管网、小区地沟管网需要维修改造平均接近50%。
存在问题：
1、由于行业特点，专业从事供热领域的公司及物业很难承担大量的维修费用，维修能力跟不上需求；
2、管线长期服役，特别是工业老区，居民生活老区，管线存在年久失修，大量管线陈旧老化；
3、供热期间，特别是北方供热初期、化冻期，由于温差变化，管线爆管、破裂，安全事故频发；
4、由于管线内存下大量锈垢，流量、流速受到阻，能耗损失巨大。
二、城市管网更新改造制约因素
   1、受原有基础设施制约：随着城市建筑、道路的多年累积建设，部分管道都是铺设在主要街路和建筑设施下，开挖更换难度较大；
   2、经济投入巨大：开挖更换成本高，需破坏道路、建筑、绿化、光缆电缆等基础设施，经济损失巨大；
   3、影响生活破坏环境：影响交通和居民正常生；对环境造成不同程度破坏；
   4、重复性经济投入：新更新管道在役使用几年后内壁锈蚀，还会出现泄漏，水质下降问题，服役几年后需重复维修更换。
三、传统非开挖技术应用及局限性
   (一)几种常见的传统非开挖技术
   目前世界上采用非开挖方法对管道的修复技术有几十种，我们总结可划分为五大类：①化学法（酸洗、药剂等）；②振动法（超声波、水锤、气锤等）；③电磁法（电击、阴极、磁化等）；④衬套法（穿插软、硬管内衬、）；⑤机械法（内置工具、机器人等）。
   （二）传统非开挖技术应用局限性
实践证明，以上传统非开挖技术及方法都遇到了难以克服的四大难题：
（1）在工艺技术方面，①管道转弯；②管道变轻；③管道垂直；④小口径管道等问题无法解决；
（2）尚存在今后运行中的开口问题及管道维护、维修等诸多不好处理的难题。
（3）对衬套法技术来讲，采用的聚乙烯(PE)管材的原材料问题，管材作为管中管的设计标准问题，壁厚的选择问题等都存在一个质量可靠、经济技术合理的性价比问题；
（4）①化学法、②振动法、③电磁法、⑤机械法四种方法只能清除锈垢而无法做到内壁涂层保护。
   在非开挖修复领域，国内外各级专家学者付出了多年的努力实践和探索，技术水平不断延伸深化，“旋转气流法”--TorA管道非开挖修复再造专利技术(以下简称TorA技术）经过诸多专家学者的研发，逐步在实践中改进深化，确立了其先进性、科学性地位，在非开挖技术领域发挥了不可替代的作用。
四、TorA技术情况
  （一）技术总论
  “TorA”是“旋转气流法”管道非开挖修复再造技术的简称。（高压气、水管道除垢及护壁方法——中国专利授权号：ZL02110830.7； 大、中型管道内壁除锈除垢及涂膜防腐方法——中国专利授权号：ZL200510024090.9）；高压气体管道除垢护壁装置——中国专利授权号：ZL00218870.8）。
     TorA技术是一种在管道内人为制造“旋转气流”来修复改造管道内壁的方法。本质上讲是用旋转气流充当着无形的内置动能，通过专利设备，将“气流”作为输送载体伸进管道，把GM系列磨料和CL专用冷却润滑液作为工具送进管道，对内壁进行撞击研磨清除锈垢，并清洗风干管道；再把需要喷涂的PT防腐材料载入管道进行涂膜防腐，修复强化保护内壁的技术。
（二）技术权威认定情况
    TorA技术--“旋转气流法”管道修复改造技术，已在中国、美国、加拿大等国家注册专利。在拉斯维加斯国际管道专家会议上，被确认为是“飞跃性、革命性、爆炸性”国际领先的管道修复技术。TorA技术具有创新性、先进性、有效性、垄断性等特点， 2007年被中国发明学会确定为节能减排12项重点推介项目之一。2015年获得吉林省创新创业大赛节能环保赛区第一名，并代表吉林省参加全国创新创业大赛，获得优秀奖，2016年，申报了国家重大科技成果转化项目。此技术已形成自有知识产权，曾获得第六届国际发明博览会金奖、第十五届中国发明金奖等多个国际国内奖项，2016年获得第八届中国技术市场“金桥奖”。
五、TorA技术改造城市管网可行性分析
    传统开挖换管，要经过管位勘察、新管材料选择、部门协调电信通讯、开挖路面、破拆建筑、恢复等大量环节，施工过程涉及大量人力物力，资金投入巨大，施工周期漫长。施工影响居民生活无法避免，TorA技术具有如下属性。
   （一）TorA技术属性
  1、具有非开挖属性
 TorA技术不需要损坏建筑、装潢、路面、机器、设备，可以把埋在里面的管道的内壁进行修复，并改造成优质的复合管道。无论深埋在里面的管道怎么变化或口径如何小，如水平、转弯、垂直、倾斜、分支及同一根管线的口径变异等，都可以不开挖、不拆卸的原位进行改造。
   2、具有除锈内防腐属性
   我国早期敷设的市政管网基本都没有做内防腐。传统管道内防腐技术，要先进行除锈，再对管道进行内涂层，运抵现场敷设焊接，然后要对焊接处的内涂层进行修补。工序复无需要交叉施工，需要内涂层的管道焊接施工完成后，一次性完成除锈及内涂层施工。
   3、具有防渗属性
   针对不同的压力，不同温度，选择高效固化、高强度、耐高温、防渗漏内涂料，将地面下管道无论是承插式、焊接式链接，一次性将防渗膜置于管道内部，保护管道不受腐蚀，达到管道防渗的目的。
    4、技术具有先进性
  （1）达到了管道改造与破坏的矛盾统一，它是用物理的方法有效地保护了环境，节约了大量的钢铁资源，符合节能减排的要求。
  （2）达到了管道材质寿命与使用寿命的矛盾统一。应用TorA技术改造后的管线，管网系统形成复合管壁，内壁不再锈蚀，实践证明可以做到以下三方面确保：水量——清管彻底，达到新管的流量；水质——克服管道输水过程的二次污染；蚀化——不再生水锈、水垢三个方面都有很大的优势。
   5、关键技术指标可操作性
   采样分析锈垢成分及厚度、硬度，选择不同硬度及颗粒磨料，设定关键技术指标：
   （1）适用管径：Φ13mm以上口径的管线均可应用该技术除垢锈、涂膜防腐；
   （2）施工长度：一次作业距离在200m—3000米之间，管径越大距离越长；
   （3）涂膜厚度：一次涂膜厚度0.5mm，多次涂膜可达2mm以上，可补砂眼漏点；
   （4）膜附着力：管内壁除锈达Sa2.5级以上标准，涂膜附着力达10Mpa以上；
   （5）涂膜性能：涉水防腐涂料，安全环保、耐磨、耐腐蚀、耐温、耐压。
    6、TorA技术优势
TorA技术与传统非开挖技术相比，继承了其优点，克服了其缺点。即不怕管线转弯、变径、垂直、分支和小口径管线。一次性清垢除锈，涂膜防腐；成本低，效率高；节约资源，安全环保。彻底解决了在役管网结垢阻流问题，延长管线使用寿命20年以上。
   TorA技术，属于物理方法，具有清垢锈彻底、不伤管壁的特点，同时将锈垢等污物进行回收并做固液分离，无害化处理，实施过程闭合作业，安全环保。此技术不怕管道转弯、变径、垂直和小口径管线，适用13mm以上管线修复再造，涂膜防腐后管道无缩径。工程造价低等优势
     7、TorA技术改造管网达到的效果
（1）不用开挖。不破坏环境，不阻碍交通，不影响市民生活，安全环保。
（2）改善水质。杜绝水源优质水二次污染，陈旧管线锈垢、滋生微生物、细菌一次性清除，食品级环保内涂料无任何影响。
（3）施工期短。比开挖技术施工工期缩短90%以上。
（4）成本低。比开挖施工技术直接成本降低50%以上。
（5）延长管道寿命。经过修复再造的管道可以延长使用寿命15年以上。
综上所述，TorA技术可有效地解决了管道的三大问题：（1）清管彻底，使老旧管线恢复新管流量；（2）管道内壁不受损伤，使用硬度低于管线硬度的磨料，磨擦剪切锈垢几乎不伤管线内壁；（3）管道内壁涂膜后不再锈蚀，延长管线使用寿命，使管线使用寿命和管线材质寿命达到基本统一。
六、 TorA技术在管网建设领域应用情况
    该TorA专利技术在管网修复改造上，具有独特的优势外，已在多个领域实施推广，取得了很好效果，该技术先后完成了：
    吉林油田采油厂注水管线、集输管线改造12.6Km；
    吉林油田矿区物业DN150～DN1000供暖管线13.4Km改造工程；
    北京奥运村地下自来水管网改造工程680Km；
    上海市高桥地区自来水管网改造工程150Km；
    大亚湾核电站SEP系统管线及消防管线改造工程；
    中石化镇海炼化分公司低盐污水、高盐污水、再生水、总合污水等各类管线169 Km；
    此技术在管网改造中的应用与实践，得到了各级专家的认可，为此北京自来水公司总工程师王耀文先生撰写论文，权威论述在中国水协设备材料委非金属管材选型与应用技术交流会进行研讨。论文发表在科技网及《2012中国-北京》刊物上。清华大学李明明教授，专门论述了《管道环氧树脂喷涂修复对供水管网水质安全的影响研究》，从另一角度佐证了TorA技术应用在城市自来水管网建设中工艺技术可行性，以及内涂料选择的方向性。
    在城市地下管网设施的更新改造过程中，如果全面采用开挖更换的手段，其庞大的财政开支暂且不说，由此引起的环境问题、交通问题、社会负面影响及对居民生活的影响都将是巨大的、造成的损失是难以估量的。虽然国家提出地下管廊建设规划，但由于历史欠账投资巨大、新老区管网改造很难步调一致，入廊周期还很漫长，因此，寻求选用先进的非开挖修复技术，对新老区管网实施有效维护修复，更要通过新技术引进、降低建设成本，选择先进、高效能、安全环保的非开挖技术修复改造方式。从而解决管道的安全性问题，使管道焕然一新，延长其使用寿命和质量。为政府推进海绵城市建设、地下管廊建设，争取投资和时间差，解决城市管网历史沉积问题势在必行。

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知识点：“旋转气流法”修复再造专利技术在城市管网建设中的应用