排水管道检查井非开挖砂浆喷涂修复装备
摘 要：排水管道的正常运行直接关系到城市居民正常生活与社会稳定，是应对城市内涝灾害的关键手段。由于排水管道检查井外受交通负荷以及地下静水压力、内受各种污水废气的侵蚀，由此确保检查井的完好无损十分重要。文章就当前国内外检查井非开挖砂浆喷涂修复应用技术及不同类型非开挖检查井砂浆喷涂修复泵及相关装备的结构、特点作了分析与阐述，目的是提升国内检查井非开挖砂浆喷涂修复技术，使施工单位正确地认识与运用砂浆喷涂修复装备。
关键词：检查井; 内衬修复; 离心喷涂; 砂浆泵装备
1 引言
随着我国城市进程化的加快，城市排水管道建设与维护要求不断提高，检查井作为排水管道的检查、疏通、清掏、维护的重要附属设施，保证其完好无损尤为重要。由于常年受恶劣环境、交通压力、污水侵蚀等多重因素破坏，导致检查井产生各种现象的缺陷与病害。
针对检查井内壁破损、腐蚀问题的修复，目前国内外均采用高强度纤维增强特种水泥砂浆非开挖离心喷涂工艺为主要手段，离心喷涂砂浆技术具有效率高，形成的面层致密、均匀、附着力强的特点，使修复后的检查井内壁得到高强度的涂层内衬，提升与延长了检查井的使用寿命与安全性。同时离心喷涂砂浆修复技术工艺简单，不论圆形井、方形井均适宜作业，喷涂无死角，且属低成本投资。
2 检查井砂浆喷涂修复三要素中的砂浆喷涂装备
砂浆离心喷涂修复技术源自美国APIM公司，于2001年将早在上世纪三十年代美国centriline公司研发的喷涂砂浆技术率先应用于检查井结构性离心喷涂修复工艺，延续至今在国内外广为应用。
检查井离心喷涂修复技术关键要素一是喷涂材料，采用高强度纤维增强耐腐特种砂浆；二是施工机械装备，采用的砂浆泵及配套砂浆搅拌机、离心旋喷机械；三是规范的施工工艺。
其中砂浆泵及配套机械对检查井离心喷涂修复的质量有着举足轻重的作用，其直接影响修复后检查井砂浆内衬层的抗裂性、抗渗性、粘结拉伸强度以及各项固化后的物理指标，同时砂浆泵及配套机械的正确选型与施工效率、劳动强度、施工成本密不可分。
3 国外检查井离心喷涂修复施工装备应用状况
虽然国外检查井非开挖离心喷涂修复已有相当长的历史，其中砂浆泵配套机械的应用与国内有所区别，大部分采用轻便式砂浆泵、连续式砂浆搅拌机、吊臂式离心旋喷器分别独立置于专用卡车货箱（见图1、图2）。自动连续搅拌混合后的砂浆不间断地直接进入砂浆泵储料仓，由砂浆泵通过输送管传送到随车吊臂上的离心旋喷器中，致使砂浆离心喷洒于检查井内壁形成一层均匀、致密、全新的内衬。类似此结构形式配套喷涂装备在国内应用还不多见，仅有武汉中地大非开挖研究院使用（见图3）。
图1 国外检查井离心喷涂修复装备结构
图2 国外检查井砂浆喷涂修复作业现场
轻型砂浆泵外置连续式搅拌机的配套使用最大的特点是砂浆泵为螺杆式砂浆泵，属一种满足压力变化要求的容积泵，其工作稳定、结构紧凑、体积小、重量轻，易于人工搬运，上下车毋需吊装器具。同样连续式搅拌机具有自动计量加水、定量供料，分设干湿隔离区，干粉持续进入湿区进行混合，且料仓位置低，整套装备作业简单、便捷的特点。既可落地，也可置于厢式车货箱上使用。因此，在国外广泛应用（见图3）。
图3 国内使用轻型检查井修复配套机械
4 我国检查井非开挖修复装备应用现状
近几年来，我国城市基础设施建设快速发展，市政管道建设数量急剧增加，据统计截止2023年底全国城市给排水管道持有量已达到200万公里。由此可见检查井修复数量相应逐年增加。现有的国内检查井离心喷涂修复装备同样以砂浆泵与搅拌机、旋喷器为主，但区别在于普遍选用搅拌机与砂浆泵合二为一的整体机（见图4）。
图4 砂浆泵与搅拌机组合整体机
国产整体机相对于国外按功能分类采用独立机种搭配使用值得思考的一是整体机机型笨重，上下车装卸非吊装机械无法解决，其次使用后的整机清洗麻烦，再则维护、修理耗工费时，更换易损部件繁琐。此外，国内不同的整体机结构差别，制备砂浆与泵送砂浆产生的质量与效果各异。5 国内检查井离心喷涂修复装备的结构特点
5.1 检查井离心喷涂装备类型
5.1.1 移动式外置旋喷器机架型
移动式机型的优点是在机动车辆不能驶入区域也可作业，但远距离运载必须由吊装机械完成上下车装卸，连同外置旋喷器与其机架折叠后占用运载车的货箱空间较大（见图5）。
图5 移动式外置旋喷器机架型检查井修复装备
图6 机架式旋喷器作业现场
5.1.2 车载式自带旋喷器吊臂型车载式机型以用于城镇地下管网检查井的修复为主，随机自带旋喷器吊臂，吊臂结构类同国外产品可在270°回转与伸缩长度2000mm范围内选择旋喷器在检查井中轴线上定位，作业结束吊臂可垂直紧贴立柱置放，占用车厢空间小（见图7、图8）。
图7 车载式自带旋喷器吊臂型检查井修复装备
图8 车载式旋转器吊臂作业范围 图9 配置计量供水系统
图10 吊臂式旋喷器作业现场
5.2 检查井离心喷涂装备结构形式检查井离心喷涂装备结构形式区分两种不同的机型，分别为砂浆泵上置立式搅拌机与砂浆泵上置卧式搅拌机。不论砂浆泵上置何种结构的搅拌机国内不同的产品结构也不相同，关键是配置的搅拌机浆叶结构是否适合增强纤维特种砂浆的混合，在混合过程中能否产生强有力的径向流和轴向流，形成多流向的循环旋涡，混合组份之间接触面大，浆液微团尺寸小，微粒骨料包裹性紧密、致使拌合充分。目前市场上见于仿照德国putzmeister、意大利IMER、TORBOSOL技术为主，也有在国外技术上创新产品，如通过加强驱动功能、增置直观读数的计量供水系统，改进放料机构（见图9、图11），提高搅拌能力，以适应国产砂浆特性的需求，同时为操作、维护、保养创造便利条件。
侧向放料机构 底部放料机构 气缸放料机构
图11 不同结构的搅拌机放料机构
5.2.1 上置立式搅拌机型上置立式搅拌机（见图12）混合物料容量为120L，骨架型结构的搅拌浆叶（见图13）与搅拌体组成筒式搅拌器，该搅拌装置在混合浆料时能产生径向、轴向循环流。致混合微粒骨料接触面大，达到较好的包裹性，保证了拌合料的粘聚性、均匀度（见图13）。
图12 上置立式搅拌机型
图13 上置立式搅拌机骨架型浆叶结构
5.2.2 上置卧式搅拌机型上置卧式搅拌机（见图14）混合物料容量220L，较上置立式搅拌机容量大，上置卧式搅拌机搅拌浆叶为犁刀状，沿主卧轴左右反向交替成间断螺旋线分布（见图15），该结构能促使混合料产生频繁的径向与轴向翻转、剪切、分散、挤压、拌合，对高强度纤维增强砂浆中的微粒骨料的包裹性提高尤其明显。
图14 上置卧式搅拌机型
图15 上置卧式搅拌机浆叶结构
6 检查井砂浆喷涂修复装备主要组件目前国内各种砂浆离心喷涂修复装备的结构区别，主要是采用不同的螺杆泵主电机、螺杆副以及离心旋喷器。
螺杆式砂浆泵是检查井砂浆离心喷涂修复整套装备中的重要机械，其输送压力国内外产品基本相同，均在25-40bar范围以内，排量选择在40L/min-90L/min之间。其运行的稳定性直接影响泵送砂浆的保水性、触变性，以及砂浆泵的使用寿命。
6.1 螺杆泵主电机
选用4.5/5.5-4/2KW/P三相异步双速电机，制造成本低，施工作业习惯于选用高速档，由于扭矩降低，致整机安全性、稳定性不及三相异步单速电机。
选用7.5KW/4P异步单速电机通过安装变频器实现无级调速运转，由于电机在非正弦电压、电流下运行易产生电机转子损耗，又由集肤效应（Skin Effect）影响电机额外发热、效率降低、输出功率减小。
选用机械无极变速5.5KW/4P电机在国外砂浆泵中应用较多，国内应用量小，其具有高传递功率、高过载能力、低消耗，速比与转矩调节范围大，而制造成本略高，但使用成本低。由此，在国内检查井砂浆离心喷涂修复应用中会逐步增加，特别在排水管道、箱涵内衬修复中显得更加突出（见图16）。
图16 机械无级变速电机驱动砂浆泵
图17 机械无级变速电机驱动砂浆泵作业现场
6.2 砂浆泵螺杆副砂浆泵螺杆副的转子与定子的外径、导程、偏心距、以及螺杆泵的转数与砂浆泵的工作压力及排量、输送距离有着密切关系。转子、定子的材质与制造工艺决定于耐磨性与使用寿命，同时直接影响到砂浆泵的使用成本。
螺杆泵压力计算公式：
L-螺杆泵转子长度
S-螺杆副定子导程
0.6-工作系数
螺杆副在国内检查井离心喷涂修复应用中，分别有国产与进口产品，进口以德国putzmeister、PFT产品为主，通过抽样定子红外光谱分析检测结果与国内对比（见图18）。
受检国产温工定子红外谱图 受检国外putzmeister定子红外谱
图18 定子红外光谱分检测
通过国内外产品的转子材料内含元素与含量分析结果与国内对比（见图19）。
受检国产温工转子材料内含元素及含量 受检国外putzmeister转子内含材料元素与含量
图19 转子材料内含元素与含量分析
由此可见，国内外制造的螺杆副的材料结构内含元素及含量相近，而国内产品性价比占有优势。
6.3 离心旋喷器
离心旋喷器是管道检查井砂浆内衬喷涂修复装备的终端部件，主要担负通过输浆管将螺杆泵压力传送来的砂浆均匀、连续地喷洒，附着在已经预处理的检查井旧内壁表面形成一层新的致密均匀、坚固耐久，防渗漏，抗腐蚀的内衬。
国外旋喷器以安装于机械吊臂控制提升、下降，国内吊臂控制与在外置机架控制均采用。
旋喷器的工作速度一般控制在每升降回次，形成砂浆层厚度在2-3mm左右。内衬厚度通过调节旋喷器的升降速度与喷洒头转速控制。
目前国内外旋喷器种类分为单体式旋喷器、组合式旋喷器。
6.3.1 单体式旋喷器
单体式旋喷器又分为电动款与气动款，工作原理均相同，分别由电动机与气动马达转子轴驱动喷洒头高速旋转，砂浆输入管通过空心转子轴，直接进入喷洒头作径向分散喷射。
气动款旋喷器主要特点是投资成本高、必须另处配置空气压缩机，以压缩气体为动力源。气动款较电动款转速高，喷洒、雾化功效高（见图 20）。
电动款旋喷器较气动旋喷器成本低、毋须另外配置动力源，电源随地可取。运转稳定、维护清洗便捷、实用性强、性价比高、在国内应用广泛（见图21）。
图20 单体式气动旋喷器结构 图21 单体式电动旋喷器结构
6.3.2 组合式旋喷器组合式旋喷器分为旁路进浆款与侧向传动款。
组合式旁路进浆款旋喷器（见图22）由立式电动机法兰直联附管子弯头锥形或圆柱形储料斗，砂浆通过管弯头进入储料斗至喷洒头，喷洒头与电动机转子轴连接，致砂浆从喷洒头旋转作径向喷射。旁路进浆款的特点是结构简单、工作稳定性相比单体式旋喷器略低，在遇和易性存住问题的砂浆储料斗易发生堵塞现象。
组合式侧向传动款旋喷器（见图23）是由电动机利用带传动或齿轮传动喷洒头旋转，实现径向喷射砂浆。侧向传动款特点是喷洒头设计转速可以大于其它电动旋喷器，在国外应用较少，原因是体积与重量均过大，作业易产生偏离检查井中轴线，且维护繁琐。
图22 组合式旁路进浆款旋喷器结构 图23 侧向传动款离心旋喷器结构
7 结语排水管道是城市基础设施建设的重要组成部分，其正常运作对于提升城市内涝灾害应对能力具有关键作用，直接关系到城市的安全运行和居民正常生活与社会稳定，显然加强对排水管道检查井的维护、保养意义重大。由于检查井运作环境恶劣，不仅要克服周围土体、外部交通负荷以及地下静水压力，而且面对各种污水废气的侵蚀，极易引发各种现象的破坏与病害，必须及时地进行修复。
目前采用砂浆离心喷涂修复技术及装备具有修复快捷灵活、稳定可靠、性价比高的优势，在国内外市政施工行业中普及应用。检查井砂浆离心喷涂修复的效果与质量直接同施工装备的性能息息相关。
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