垫衬修复技术是一种将速格垫安装到新的管道中,将速格垫与原管道之间的环状间隙进行灌浆填充,不需进行土石方开挖的管道修复方法,也称为刚性锚固塑料内衬法。目前,垫衬法修复管道基本靠实际施工经验决定,缺乏系统的设计理论与计算方法,因此,本文对垫衬法修复管道设计理论进行了深入研究,研究内容和结论如下:(1)总结了国内外现有的非开挖管道修复方法,讨论了不同非开挖管道修复方法的适用性,比较分析了不同方法的适用范围、优势与不足。研究了现有的非开挖管道修复设计理论,为垫衬法修复结构设计分析提供了理论基础。(2)分析了垫衬法修复工程的工艺原理、材料设备、以及相应的检修验收标准,研究了垫衬法修复工程的设计内容及主要参数计算,对管道运行过程中的主要荷载以及修复的关键参数进行了分析计算,重点讨论了管道壁厚的选取方法,针对结构性修复和半结构性修复的内衬层壁厚进行了公式推导,并根据实际案例进行了计算分析。(3)基于弹性力学以及国内外管道修复规范,根据管道损坏程度存在的差异,推导出了垫衬法修复管道的计算模型,针对分析的计算模型,选取案例进行分析计算。此外,针对国外实验研究内容,利用计算模型进行演算,并将其与实验结果进行了比较,发现两者总体趋势一致,且误差范围较低,验证了计算模型的可靠性。针对理论计算值总体低于实验值这一现象,分析了主要原因是由于计算过程中部分参数取值较为保守,且实验过程未考虑内水压以及真空压力的作用,与实际条件存在一定的误差所造成的。(4)采用Abaqus有限元分析软件,研究了垫衬法修复旧混凝土管和灌浆层上的应力分布情况,分别对存在不同类型缺陷的混凝土管道进行有限元分析,其中缺陷包括均匀腐蚀、腐蚀穿孔和含轴向裂纹。计算修复前后管道的应力与变形情况,并建立了不同修复厚度的有限元模型,进一步探讨了灌浆层厚度对修复效果的影响。
