城镇给排水管道非开挖修复工艺与设备（曹井国）

截至2021年底，我国城镇给排水管道总长已超过300万公里，管道的使用寿命为30～50年。近年来部分管道因年久失修，相继出现结构性缺陷和功能性缺陷问题，造成了水土污染、道路塌陷、爆管等事故，严重危害城镇的健康可持续发展。
对于病害管道的修复，采用开挖后重新埋管的方法会极大破坏城市交通环境，并严重影响人们的生活与工作。非开挖法只需要在工作井或检查井处进行施工，利用内衬材料修复病害管道，这种方法已逐渐成熟，综合成本低，环境影响小，适用范围广，能够方便有效地实现管道的非开挖修复，碳排放量较开挖法大幅降低。
近年来，我国管道非开挖行业发展迅速，先进的非开挖管道修复装备和材料相继涌现，但由于非开挖设备多以非标准设备为主，用户在工艺设备选型过程中不知所措，市场混乱，迫切需要有针对性地梳理现有管道非开挖修复工艺和设备。
基于以上问题，本书以城镇给排水管道非开挖修复工艺及设备为主线，聚焦非开挖修复装备，较全面、系统地论述了行业常用的非开挖修复施工工艺和设备，旨在为非开挖工程质量提供可靠支撑，从而创造良好的经济效益、环境效益和社会效益。本书是在《城镇给排水管道非开挖修复材料》的基础上编写的，具有较好的衔接性，可配套使用。
本书在编写过程中，联合了多家企业、研究机构以及用户单位，系统阐述了非开挖修复工艺和设备的原理、特点、适用范围、选型和使用，可为从事非开挖修复的技术人员提供参考和借鉴，同时为环境学科和机械学科的发展提供参考和借鉴。
本书由曹井国、张伟、陆学兴主编，全书具体编写分工如下：曹井国、张伟、陆学兴负责第1章内容；曹井国、张伟、曾明、郑洪标、袁堂龙、贾东梅、马涛、韩雨轩负责第2章和第3章内容；曹井国、郁片红、赵瑞华、杨婷婷、彭少卿、乔丽负责第4章和第5章内容；曹井国、解庆贺、郝林林、赵艺、吴先文负责第6章内容；高雨茁、郝林林、赵志宾、张司颖负责第7章和第10章内容；李乐、曹井国、解睿、井文麟、徐梓潇月负责第8章内容；曹井国、张武、杨婷婷、李乐、孟凌霄、董朋宇负责第9章内容；高雨茁、张杭、张博、夏连宁负责第11章内容；曹井国、王春虎、彭少卿、张司颖、项鑫负责第12章内容。最后由曹井国、张伟、陆学兴统稿并定稿。另外，感谢高立新、马孝春、宋奇叵在编写过程中提供的热心帮助，同时也感谢书中参考和引用的有关文献资料的作者！
限于编者水平及编写时间，书中存在不足和疏漏之处在所难免，敬请读者提出修改建议。

编者
2023年11月

本书以城镇给排水管道非开挖修复工艺及设备为主线，主要介绍了管道修复预处理设备、管道检测技术与设备、注浆修复工艺及设备、原位固化修复工艺及设备、紫外光固化修复工艺及设备、机械制螺旋缠绕修复工艺及设备、热塑成型修复工艺及设备、喷涂修复工艺及设备、穿插法修复工艺及设备、碎（裂）管法管道更新技术及设备、非开挖修复其他通用设备，旨在为读者呈现非开挖现有工艺特征和专用设备。本书具有贯穿技术、标准和施工的特色，对施工技术与装备进行了深入解析，可供给排水领域的科研人员、设计人员、工程技术人员参考，也可供高等学校市政工程、环境工程、机械工程及其他相关专业师生参阅。

曹井国，天津科技大学化工与材料学院副教授，研究领域为城镇给水排水管道非开挖修复技术，中欧联合非开挖技术研究中心主任，主持并完成了国家十二五水专项“城市排水管渠原位修复材料（内衬管）产业化”（2015ZX07309001-05）课题，研制了无纺布内衬软管的制备技术，实现了核心材料内衬软管的国产化；发表论文8篇，申请专利13项，2020年主持了中国水协团体标准《城镇排水管道原位固化修复用内衬软管》的编制工作，填补了国内外非开挖修复材料标准的空白。针对目前国内外紧缺的原位固化内衬软管材料进行标准化，规范关键材料的生产，促进行业的健康发展；组织成立了“非开挖标准体系创新联盟”，与奥地利RTi集团联合成立了“中欧联合非开挖技术研究中心”，与多家的外资企业建立了产学研合作关系，就我国非开挖技术“卡脖子”问题，核心“材料”问题，技术“标准化”问题，进行学术交流、课题攻关、成果转化和人才培养。

第1章绪论
1.1供水管道现状003
1.1.1供水管道发展概况003
1.1.2供水管道病害问题003
1.1.3城镇供水管道漏损原因分析研究006
1.2城镇排水管道的发展情况009
1.2.1城镇排水管道现状009
1.2.2城镇排水管道的病害特征010
1.3给排水管道检测技术发展现状014
1.3.1闭路电视（CCTV）检测法015
1.3.2潜望（QV）检测法016
1.3.3声呐检测法016
1.3.4探地雷达检测法017
1.3.53D激光扫描检测法017
1.3.6超声导波检测法018
1.3.7带压管网检测技术018
1.3.8管道漏损检测技术019
1.3.9管道剩余强度检测技术020
1.4给排水管道非开挖修复技术发展现状023
1.4.1原位固化法024
1.4.2机械螺旋缠绕法025
1.4.3原位热塑成型法026
1.4.4喷涂法026
1.4.5穿插法027
1.4.6碎（裂）管法027
1.5非开挖修复施工关键设备028
参考文献029

第2章管道修复预处理设备
2.1管道清理工艺032
2.1.1清障技术032
2.1.2清淤技术033
2.1.3清洗技术037
2.2管道修复预处理设备039
2.2.1清障设备040
2.2.2清淤设备041
2.2.3污泥脱水设备047
2.2.4清洗设备051
2.3施工案例054
2.3.1工程概况054
2.3.2施工准备055
2.3.3施工过程057
2.3.4检测验收059
参考文献060

第3章管道检测技术与设备
3.1管道检测技术061
3.2传统检测技术063
3.3闭路电视（CCTV）检测063
3.3.1CCTV检测原理063
3.3.2CCTV检测设备064
3.3.3CCTV检测设备选型066
3.3.4CCTV检测流程067
3.4电子潜望镜（QV）069
3.4.1电子潜望镜检测原理069
3.4.2电子潜望镜选型072
3.4.3电子潜望镜检测流程073
3.5声呐检测技术074
3.5.1声呐设备检测原理074
3.5.2声呐检测设备076
3.5.3声呐检测设备选型078
3.5.4声呐检测流程080
3.6雷达检测技术081
3.6.1雷达检测原理081
3.6.2雷达检测设备082
3.6.3雷达检测设备选型084
3.6.4雷达检测流程085
3.7激光3D扫描检测技术086
3.7.1管道3D扫描原理086
3.7.23D扫描检测设备087
3.7.33D扫描检测设备选型089
3.7.43D扫描检测流程090
3.8超声导波检测技术091
3.8.1超声导波技术的工作原理091
3.8.2超声导波检测设备093
3.8.3超声导波检测设备选型094
3.8.4超声导波检测设备检测流程095
参考文献096

第4章注浆修复工艺及设备
4.1注浆工艺098
4.1.1技术与分类098
4.1.2历史与发展099
4.1.3注浆技术在管道工程中的应用101
4.1.4预处理注浆加固技术102
4.1.5模注修复法注浆加固技术107
4.2注浆设备112
4.2.1管中雷达112
4.2.2注浆泵（站）112
4.2.3钻孔机115
4.2.4注浆管115
4.3施工案例116
4.3.1工程概况116
4.3.2施工过程11
6参考文献118

第5章原位固化修复工艺及设备
5.1原位固化修复工艺119
5.1.1翻转内衬法原位固化修复技术120
5.1.2拉入内衬法原位固化修复技术124
5.1.3原位热固化工艺特点125
5.1.4原位固化修复工艺质量控制126
5.2原位固化施工设备135
5.2.1主要施工设备135
5.2.2热水固化设备136
5.2.3蒸汽固化设备138
5.2.4设备选型及注意事项141
5.3施工案例145
5.3.1工程概况145
5.3.2施工要求145
5.3.3施工过程145
5.3.4施工后处理149
参考文献151

第6章紫外光固化修复工艺及设备
6.1紫外光固化修复工艺152
6.1.1工艺简介152
6.1.2国内外应用研究进展152
6.1.3紫外光固化软管153
6.1.4引发体系与固化光源155
6.1.5紫外光固化施工156
6.1.6固化缺陷及解决办法161
6.1.7相关标准166
6.2紫外光固化修复施工设备167
6.2.1管道检测设备167
6.2.2玻纤软管拉入设备168
6.2.3紫外光固化设备169
6.3施工案例178
6.3.1工程概况178
6.3.2施工准备178
6.3.3工程紫外光固化设备178
6.3.4内衬软管材料叠料下井179
6.3.5送入紫外光灯链179
6.3.6紫外光固化180
参考文献180

第7章机械制螺旋缠绕修复工艺及设备
7.1机械制螺旋缠绕修复工艺182
7.1.1工艺介绍182
7.1.2国内外技术研究进展182
7.1.3固定式缠绕工艺183
7.1.4移动式缠绕工艺184
7.1.5技术优势及应用场景185
7.1.6修复设计186
7.1.7主要修复设备192
7.2缠绕机193
7.2.1固定式缠绕机193
7.2.2移动式缠绕机195
7.3钢带成型机198
7.4注浆设备200
7.4.1制浆机200
7.4.2挤压式注浆机200
7.4.3螺杆式注浆机201
7.5设备维护与故障处理201
7.5.1定期保养201
7.5.2缠绕机组日常维修与保养201
7.5.3特殊作业条件（冬季、雨季）下的维修与保养202
7.5.4设备故障与处理措施202
7.6施工案例202
7.6.1工程概况202
7.6.2工程设计203
7.6.3施工过程203
7.6.4主要设备206
参考文献207

第8章热塑成型修复工艺及设备
8.1热塑成型修复技术208
8.1.1热塑成型修复技术的特点209
8.1.2热塑成型修复技术的适用范围209
8.1.3热塑成型修复壁厚设计209
8.1.4内衬管材料211
8.1.5施工过程214
8.2热塑成型内衬修复施工设备215
8.2.1热塑修复车215
8.2.2电蒸汽发生器219
8.2.3混气罐220
8.2.4冷干机221
8.2.5牵拉装置223
8.2.6卷扬机224
8.3工程案例225
8.3.1工程概况225
8.3.2施工过程226
8.3.3施工验收227
参考文献227

第9章喷涂修复工艺及设备
9.1喷涂修复工艺229
9.1.1简介229
9.1.2喷涂施工230
9.1.3检测与验收234
9.2无机砂浆喷涂机236
9.2.1高效率管道喷涂机器人236
9.2.2车载式管道内衬离心喷涂机237
9.2.3移动式管道内衬离心喷涂机238
9.2.4滑行式管道内衬离心喷涂修复机238
9.2.5快装式检查井离心喷涂修复组合机架239
9.2.6非开挖管道内衬离心喷涂旋喷器240
9.3高分子聚合物喷涂机241
9.3.1国外典型设备241
9.3.2国内设备242
9.4其他设备245
9.4.1喷涂集成车245
9.4.2搅拌机246
9.5施工案例246
9.5.1工程概况246
9.5.2施工准备247
9.5.3施工过程249
9.5.4施工验收249
参考文献249

第10章穿插法修复工艺及设备
10.1穿插法修复工艺251
10.1.1工艺介绍251
10.1.2修复材料性能252
10.1.3修复设计规定252
10.1.4连续穿插法256
10.1.5短管穿插法257
10.1.6缩径内衬法258
10.1.7折叠内衬法259
10.2牵拉设备260
10.2.1牵引力计算260
10.2.2牵引机260
10.3缩径设备261
10.4折叠变形设备262
10.5工程案例264
10.5.1工程概况264
10.5.2施工过程264
10.5.3施工验收266
参考文献267

第11章碎（裂）管法管道更新技术及设备
11.1碎（裂）管法工艺及原理268
11.1.1碎（裂）管法工艺268
11.1.2碎（裂）管法工艺原理269
11.2碎（裂）管法工艺施工及设计计算271
11.2.1碎（裂）管法工艺施工过程271
11.2.2碎管法工艺选择273
11.2.3碎管法施工过程管道与周围土壤变化274
11.2.4静拉碎（裂）管法拉力设计理论274
11.2.5水力计算277
11.2.6碎（裂）管法局限性278
11.3碎（裂）管法设备278
11.3.1静拉式碎（裂）管机279
11.3.2液压式碎（裂）管机279
11.3.3气动式碎（裂）管机280
11.3.4管道热熔机280
11.3.5气动锤282
11.3.6刀盘282
11.3.7拉管组件283
11.3.8渣浆泵284
11.3.9鼓风机285
11.4施工案例286
11.4.1工程概况286
11.4.2施工流程286
11.4.3施工步骤287
11.4.4竣工验收291
参考文献292

第12章非开挖修复其他通用设备
12.1水泵293
12.1.1叶片式泵-离心泵293
12.1.2容积式泵-往复泵298
12.1.3容积式泵-螺杆泵300
12.1.4水泵流量扬程的确定300
12.1.5水泵选型302
12.2风机、压缩机和真空泵305
12.2.1离心式风机工作原理305
12.2.2旋转鼓风机和压缩机工作原理307
12.2.3真空泵工作原理309
12.2.4设备选型311
12.2.5注意事项312
12.3气囊313
12.3.1气囊工作原理与使用流程313
12.3.2气囊型号分类313
12.3.3注意事项316
12.4柴油发电机组317
12.4.1工作原理317
12.4.2类型分类318
12.4.3设备选型318
12.4.4注意事项320
12.5液压动力站321
12.5.1液压动力站工作原理321
12.5.2动力站类型321
12.5.3液压动力站选型322
12.6卷扬机324
12.6.1卷扬机工作原理325
12.6.2卷扬机的分类325
12.6.3注意事项328
参考文献328

本书以城镇给排水管道非开挖修复工艺及设备为主线，主要介绍了管道修复预处理设备、管道检测技术与设备、注浆修复工艺及设备、原位固化修复工艺及设备、紫外光固化修复工艺及设备、机械制螺旋缠绕修复工艺及设备、热塑成型修复工艺及设备、喷涂修复工艺及设备、穿插法修复工艺及设备、碎（裂）管法管道更新技术及设备、非开挖修复其他通用设备，旨在为读者呈现非开挖现有工艺特征和专用设备。本书具有贯穿技术、标准和施工的特色，对施工技术与装备进行了深入解析，可供给排水领域的科研人员、设计人员、工程技术人员参考，也可供高等学校市政工程、环境工程、机械工程及其他相关专业师生参阅。

曹井国，天津科技大学化工与材料学院副教授，研究领域为城镇给水排水管道非开挖修复技术，中欧联合非开挖技术研究中心主任，主持并完成了国家十二五水专项“城市排水管渠原位修复材料（内衬管）产业化”（2015ZX07309001-05）课题，研制了无纺布内衬软管的制备技术，实现了核心材料内衬软管的国产化；发表论文8篇，申请专利13项，2020年主持了中国水协团体标准《城镇排水管道原位固化修复用内衬软管》的编制工作，填补了国内外非开挖修复材料标准的空白。针对目前国内外紧缺的原位固化内衬软管材料进行标准化，规范关键材料的生产，促进行业的健康发展；组织成立了“非开挖标准体系创新联盟”，与奥地利RTi集团联合成立了“中欧联合非开挖技术研究中心”，与多家的外资企业建立了产学研合作关系，就我国非开挖技术“卡脖子”问题，核心“材料”问题，技术“标准化”问题，进行学术交流、课题攻关、成果转化和人才培养。