公司動(dòng)態(tài)
城鎮(zhèn)排水管道原位CIPP紫外光固化修復(fù)技術(shù)工程應(yīng)用
來(lái)源：taoyuec.cn 發(fā)布時(shí)間：2024-05-06
（1. 重慶克那維環(huán)?？萍加邢薰荆貞c 401120；2. 天津科技大學(xué)，天津 300457）
摘 要：CIPP紫外光固化非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)采用樹(shù)脂和玻璃纖維織物組合的內(nèi)襯管材料，耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、抗沖刷能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、全程可視化控制、施工流程簡(jiǎn)單、效率高、施工風(fēng)險(xiǎn)低，是目前非開(kāi)挖行業(yè)Z具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的一種地下管道整體非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)。本文結(jié)合重慶市渝北城區(qū)環(huán)境綜合治理PPP項(xiàng)目某排水管道清淤檢測(cè)修復(fù)工程案例，詳細(xì)介紹了CIPP紫外光固化技術(shù)原理、材料質(zhì)量控制、施工工藝流程、原管道缺陷預(yù)處理、褶皺缺陷分析、施工過(guò)程質(zhì)量控制及修復(fù)費(fèi)用分析，以期為類(lèi)似CIPP紫外光固化非開(kāi)挖修復(fù)工程應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：CIPP紫外光固化；非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)；排水管道；工程應(yīng)用
Engineering application of formed-in-place pipe (CIPP ) rehabilitation technology for urban drainage pipeline
ZHANG Jun1, SHI Dong-you1,2, XIE Li1,LI Jing2, ZHANG Jie1, CENG Zhang-cheng1, CAO Jing-guo2
(1. Chongqing kenavi Environmental Protection Technology Co., Ltd., Chongqing 401120, China; 2. Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)
Abstract: The trenchless rehabilitation technology formed-in-place pipe (FIPP), which is an integral trenchless repair technology, utilizing thermoplastic polymer as liner. The liner could be heated repeatedly, behaves good toughness, strong corrosion resistance, close fitting, low cost and construction risk. In this paper, CIPP technology was introduced in Yongchuan District at Chongqing. The technical principles, construction process, scope of application, characteristics, design of liner thickness, defect pretreatment, construction process quality control and cost analysis were systematically introduced. The project will provided reference for similar work.
Keywords: formed-in-place pipe; drainage pipeline; trenchless rehabilitation technology；engineering application
據(jù)城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒Z新統(tǒng)計(jì)[1]，我國(guó)排水管道總長(zhǎng)度已達(dá)132萬(wàn)公里。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)劃進(jìn)程加快，地下管網(wǎng)規(guī)模逐年增加，管道總長(zhǎng)度持續(xù)遞增。使用年限久遠(yuǎn)的地下管道相續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致路面塌陷、城市內(nèi)澇、地下水污染等災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人們的生活及生命財(cái)產(chǎn)健康安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)2022年11月，國(guó)內(nèi)發(fā)生地下管線(xiàn)事故99起。其中，地下管線(xiàn)破壞63起，占比63.64%；路面塌陷36起，占比36.36%。事故造成6人受傷，2人死亡。由于自身結(jié)構(gòu)性隱患、外力破壞、環(huán)境因素和管理缺陷所引起的地下管線(xiàn)破壞事故，因此，定期對(duì)地下管網(wǎng)進(jìn)行排查和及時(shí)維護(hù)是管網(wǎng)正常運(yùn)行的有力保障。較傳統(tǒng)的開(kāi)挖修復(fù)方式，非開(kāi)挖技術(shù)施工流程簡(jiǎn)單、作業(yè)面小、工期短、成本低，環(huán)境影響小、為地下管道的修復(fù)提供了有效方式[2-3]。
目前，常見(jiàn)的非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)工法：機(jī)械制螺旋纏繞法、原位熱塑成型法（FIPP）、點(diǎn)狀原位固化法、CIPP熱水原位固化法、裂管法、PVC管片內(nèi)襯法、穿插法、噴涂法、CIPP紫外光固化法等[4-6]。CIPP紫外光固化非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)采用樹(shù)脂和玻璃纖維織物組合的內(nèi)襯管材料、具有材料儲(chǔ)存周期長(zhǎng)、耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、抗沖刷能力強(qiáng)、施工作業(yè)面小、施工流程簡(jiǎn)單、效率高、環(huán)境影響小、自動(dòng)化程度Z高、全程可視化控制、施工風(fēng)險(xiǎn)低，可用于圓形（蛋形、三角形）截面、錯(cuò)口、變徑等多材質(zhì)病害管道的修復(fù)，是目前非開(kāi)挖行業(yè)Z具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的一種管道整體非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)。
本文結(jié)合重慶市渝北城區(qū)環(huán)境綜合治理PPP項(xiàng)目某排水管道清淤檢測(cè)修復(fù)工程案例，介紹了CIPP紫外光固化技術(shù)原理、材料質(zhì)量控制、施工工藝流程、原管道缺陷預(yù)處理、褶皺缺陷分析、施工過(guò)程質(zhì)量控制及修復(fù)費(fèi)用分析，以期為類(lèi)似CIPP紫外光固化非開(kāi)挖修復(fù)工程應(yīng)用和造價(jià)分析提供參考。
1工程概況
本項(xiàng)目修復(fù)工程位于重慶市渝北區(qū)，管道總長(zhǎng)度2.6 km，管徑DN 400- 600 mm，管道材質(zhì)為雙壁波紋管和混凝土管；由于原管道運(yùn)行年代久遠(yuǎn)、排查及維護(hù)不及時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷，以腐蝕、樹(shù)根、滲漏、破裂為主，部分病害管道情況如圖1所示。
Fig.1 Partial disease of pipelines
2 紫外光原位固化非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)
2.1 技術(shù)原理
CIPP紫外光固化修復(fù)技術(shù)利用牽引裝置將樹(shù)脂和玻璃纖維織物組合的內(nèi)襯管材料拉入原管道內(nèi)部，通過(guò)加壓使其內(nèi)襯管與原管道緊密貼合，經(jīng)UV固化，自然冷卻Z終形成“管中管”內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。施工設(shè)備及材料如圖2（A）和圖2（B）所示。
Fig.2 Construction equipment (A) and materials (B)
紫外光輻射促使 UV 涂料固化成膜的機(jī)理屬于活性自由基連鎖聚合反應(yīng)。首先是光引發(fā)階段，產(chǎn)生活性中心，在活性中心作用下鏈增長(zhǎng)反應(yīng)階段，隨著鏈增長(zhǎng)的不斷進(jìn)行，固化樹(shù)脂體系會(huì)出現(xiàn)交聯(lián)現(xiàn)象，進(jìn)而固化成膜，經(jīng)鏈自由基偶合或歧化反應(yīng)而完成鏈終止，Z后樹(shù)脂體系反應(yīng)結(jié)束。
紫外光固化技術(shù)目前廣泛用于地下排水管道修復(fù)領(lǐng)域，修復(fù)用樹(shù)脂材料包括環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基脂樹(shù)脂三類(lèi)，配方體系除主要成分樹(shù)脂外包括光引發(fā)劑、稀釋劑、添加劑及其他助劑。常用紫外光光源包括無(wú)極燈、金屬鹵素?zé)簟⒏邏汗療?、氙燈等。?jīng)研究發(fā)現(xiàn)，管道修復(fù)的固化效果、厚度和性能與紫外燈光強(qiáng)度、光引發(fā)劑種類(lèi)、稀釋劑、光敏劑等均有影響。
2.3 施工工藝流程
施工工藝流程如圖3所示：
Fig.3 Construction process flow
2.4 技術(shù)特點(diǎn)
內(nèi)襯管在避光常溫儲(chǔ)存，儲(chǔ)存費(fèi)用低；適用范圍廣，可用于各類(lèi)材質(zhì)管道，多種截面，弧度低于45°及各類(lèi)結(jié)構(gòu)性缺陷管道的修復(fù)；工藝流程簡(jiǎn)單、作業(yè)面小、施工速度快，工期短，對(duì)城市交通、環(huán)境及周邊居民影響小，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；自動(dòng)化程度高，施工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，施工安全性高，保證修復(fù)質(zhì)量；內(nèi)襯管?chē)?yán)密性好，防滲性能優(yōu)良，強(qiáng)度高，抗水流沖刷強(qiáng)，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；厚度低，機(jī)械強(qiáng)度高，載流面損失小。
3 材料性能
CIPP紫外光固化技術(shù)所用材料為樹(shù)脂和玻璃纖維內(nèi)襯管，樹(shù)脂與玻璃纖維類(lèi)型決定了CIPP紫外光固化修復(fù)后管道結(jié)構(gòu)力學(xué)特性及功能特性。
3.1 修復(fù)用樹(shù)脂要求
修復(fù)管道類(lèi)型與對(duì)應(yīng)樹(shù)脂種類(lèi)的選用標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1所示；樹(shù)脂澆筑體性能指標(biāo)滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)表2中指標(biāo)要求；樹(shù)脂儲(chǔ)藏環(huán)境、溫度及時(shí)間應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂性能特性與固化體系共同來(lái)確定；樹(shù)脂耐腐蝕性能試驗(yàn)指標(biāo)應(yīng)該滿(mǎn)足表3中指標(biāo)要求。
表1 管道修復(fù)用樹(shù)脂材料的選用[7]
Tab.1 Selection of resin materials for pipe repair
序號(hào)
排水種類(lèi)
選用樹(shù)脂類(lèi)型
1
給水管道
UP、EP、VE
2
排水管道（雨水、生活污水）
EP、UP
3
化工廢水及高溫（≥40℃）廢水
EP、VE
注：樹(shù)脂供應(yīng)商應(yīng)出具其可以用于相關(guān)排水的適用報(bào)告
Tab.2 Performance requirements for CIPP resin cast materials
序號(hào)
純樹(shù)脂性能
EP
VE
UP
檢測(cè)方法
1
彎曲強(qiáng)度/MPa
≥100
≥100
≥90
GB/T2567
2
彎曲模量/MPa
≥3000
≥3000
≥3000
3
拉伸強(qiáng)度/MPa
≥80
≥80
≥60
4
拉伸模量/MPa
≥3000
≥3000
≥3000
5
斷裂伸長(zhǎng)率/%
≥4
≥4
≥2
6
熱變形溫度/℃
≥85
≥93
≥88
GB/T1634
注：EP：環(huán)氧樹(shù)脂；VE：乙烯基樹(shù)脂；UP：不飽和聚酯樹(shù)脂
Tab.2 Requirements for corrosion resistance of resin
序號(hào)
化合物溶液
等級(jí)1
等級(jí)2
等級(jí)3
檢測(cè)方法
1
硫酸，濃度5.0%
√
√
√
GB/T3857
2
硝酸，濃度1.0%
√
√
√
3
氫氧化鈉，濃度0.5%
-
√
√
4
洗滌劑，濃度0.1%
√
√
√
5
肥皂水，濃度0.1%
√
√
√
6
燃料油，濃度100%
√
√
√
7
食用油，濃度100%
√
√
√
注：等級(jí)1為熱固性不飽和聚酯樹(shù)脂；等級(jí)2為熱固性不飽和聚酯樹(shù)脂以及乙烯基脂樹(shù)脂；等級(jí)3為熱固性環(huán)氧樹(shù)脂。
3.2 CIPP紫外光固化干軟管結(jié)構(gòu)要求
CIPP紫外光固化干軟管材料為玻璃纖維織物內(nèi)襯軟管（俗稱(chēng)玻纖軟管）的結(jié)構(gòu)如圖4所示，從1-6依次為承載層（單或多層玻璃纖維織物）、外膜重疊區(qū)域、承載層重疊區(qū)域、內(nèi)膜層（透紫外光膜）、防滲層（防滲外膜）、外膜層（防紫外光膜）[8]。玻璃纖維內(nèi)襯軟管根據(jù)接縫加工方式不同，將其分為錯(cuò)位搭接、縫合和螺旋纏繞三種工藝。
Fig. 4 Structure diagram of CIPP UV curing dry hose
本項(xiàng)目根據(jù)內(nèi)襯管設(shè)計(jì)厚度將兩層及以上的玻璃纖維織物端部以錯(cuò)位搭接工藝的形式閉合，并采取有效方式進(jìn)行固定，一層搭接區(qū)域?qū)挾取?00 mm，層與層之間搭接區(qū)域間距≥ 150 mm。該工藝CIPP紫外光固化干軟管具有2 - 6 % 的膨脹率，修復(fù)時(shí)內(nèi)襯管與原有管道內(nèi)壁更容易緊密貼合，固化強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)。
單層或多層玻璃纖維氈或同等性能的材料組成，并能夠與樹(shù)脂相黏合共同承受外部荷載。干軟管應(yīng)有足夠的拉伸、彎曲性能，以確保能承受安裝壓力、樹(shù)脂固化釋放高溫及滿(mǎn)足不規(guī)則管道的修復(fù)，其軸向拉伸率不得大于2% 。拉入原管道的干軟管的長(zhǎng)度應(yīng)長(zhǎng)于原管道修復(fù)長(zhǎng)度，干軟管直徑應(yīng)保證在固化后內(nèi)襯管與原管道的內(nèi)壁緊密貼合，避免因內(nèi)襯管直徑過(guò)大導(dǎo)致管道內(nèi)部隆起或褶皺影響修復(fù)質(zhì)量。
3.3 CIPP紫外光固化內(nèi)襯管要求
CIPP紫外光固化內(nèi)襯管由玻璃纖維增強(qiáng)的骨架材料組成的軟管和紫外光固化樹(shù)脂等黏合組成。CIPP紫外光固化干軟管在浸潤(rùn)樹(shù)脂前期，確保紫外光固化干軟管應(yīng)在抽成真空狀態(tài)下充分浸漬樹(shù)脂，真空度不低于30 kPa，光固化樹(shù)脂與玻璃纖維層的質(zhì)量比不低于 1，樹(shù)脂黏度控制在600-800 cps，樹(shù)脂和固化劑混合均勻后需及時(shí)進(jìn)行浸漬；浸漬過(guò)程應(yīng)確保承載層被樹(shù)脂充分浸潤(rùn)，環(huán)境溫度控制在5 °C - 25 °C。CIPP紫外光固化內(nèi)襯管采取碾膠滾筒作為牽引力，通過(guò)調(diào)節(jié)兩滾筒間間距控制浸漬內(nèi)襯管的厚度，浸漬內(nèi)襯管厚度約大于設(shè)計(jì)厚度，浸漬完成后內(nèi)襯管表面應(yīng)無(wú)干斑、氣泡等缺陷。
浸潤(rùn)過(guò)樹(shù)脂的濕軟管應(yīng)存儲(chǔ)在避光和生產(chǎn)廠(chǎng)商要求的溫度環(huán)境中，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)記錄濕軟管暴露的溫度和時(shí)間。修復(fù)完成后的CIPP紫外光固化內(nèi)襯管的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、厚度測(cè)試及密實(shí)性試驗(yàn)［9］等試驗(yàn)測(cè)值應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，固化內(nèi)襯管的荷載蠕變系數(shù)為1.2~1.35[10]。
3.4 材料存儲(chǔ)和運(yùn)輸要求
存儲(chǔ)及運(yùn)輸紫外光固化內(nèi)襯管過(guò)程中，須嚴(yán)格遵照相關(guān)要求：存儲(chǔ)在避光、低溫（5 °C - 25 °C）的環(huán)境下，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)記錄濕軟管暴露的溫度和時(shí)間；位于木箱頂部的黑色紫外光隔離膜，須在整個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程中覆蓋內(nèi)襯管；運(yùn)輸過(guò)程中，避免惡劣天氣；黃色外膜起到對(duì)紫外線(xiàn)隔離的作用，在施工階段，拉入內(nèi)襯管過(guò)程中，防止黃色外膜被劃破而引發(fā)提前固化。
4 技術(shù)設(shè)計(jì)
4.1 內(nèi)襯管壁厚設(shè)計(jì)
管道修復(fù)后由內(nèi)襯管和原有管道聯(lián)合承受外部壓力時(shí)，內(nèi)襯管壁設(shè)計(jì)厚度按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中：q為原有管道的橢圓度，% ；Dmin為原有管道的Z小內(nèi)徑，mm；DE為原有管道的平均內(nèi)徑，mm；C為橢圓度折減系數(shù)；D0為內(nèi)襯管外徑，mm；EL為內(nèi)襯管的長(zhǎng)期彈性模量，MPa，內(nèi)襯材料為15600 MPa；K為原管道對(duì)內(nèi)襯管的支撐系數(shù)，取值為7.0；N為管道截面環(huán)向穩(wěn)定性抗力系數(shù)，≥2.0；P為管頂位置地下水壓力，MPa；μ為泊松比，內(nèi)襯管取0.3；t為內(nèi)襯管壁厚，mm。
根據(jù)理論參數(shù)及實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，代入（1）、（2）、（3）式計(jì)算得到在不同地下水位對(duì)應(yīng)管徑的內(nèi)襯管管壁設(shè)計(jì)厚度，如下表4所示。
Table 4 Design thickness of inner liner corresponding to pipe diameter under different groundwater levels
管徑/mm
地下水位/m
1.5
2
2.5
3
3.5
4
內(nèi)襯管設(shè)計(jì)厚度/mm
DN400
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
DN450
3.0
3.0
3.0
3.0
3.1
3.2
DN500
3.0
3.0
3.0
3.2
3.4
3.6
DN600
3.1
3.4
3.6
3.9
4.1
4.3
本工程內(nèi)襯管外徑為571 mm，原管道的平均內(nèi)徑為597 mm，Z小內(nèi)徑為590 mm；管道地上部的地下水位2 m，對(duì)應(yīng)的內(nèi)襯管設(shè)計(jì)厚度為3.4 mm。
修復(fù)前后管道的過(guò)流能力比值應(yīng)按下式計(jì)算：
（4）
式中：B為管道修復(fù)前后過(guò)流能力比，＞100% 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；Dl為內(nèi)襯管的內(nèi)徑（mm）；ne為原有管道的粗糙系數(shù)；n1為內(nèi)襯管的粗糙系數(shù)，取0.010。
5 施工預(yù)處理
非開(kāi)挖修復(fù)更新工程施工前，應(yīng)對(duì)原有管道相關(guān)缺陷進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理質(zhì)量直接影響修復(fù)工程質(zhì)量。主要針對(duì)原有管道可能出現(xiàn)的相關(guān)缺陷，并采取了相關(guān)處理措施，如表5所示。
Table 5 Different Defects and Pretreatment
缺陷類(lèi)型
缺陷名稱(chēng)
預(yù)處理措施
結(jié)構(gòu)性缺陷
破裂
人工處理、局部開(kāi)挖、注漿及相關(guān)機(jī)械設(shè)備配合處理：
1、管徑小于400 mm時(shí): a、采用局部開(kāi)挖和機(jī)械設(shè)備協(xié)同進(jìn)行預(yù)處理；b、在缺陷位置注漿，采用約小于原管徑擴(kuò)大頭與卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行清理，Z后用多功能機(jī)器人進(jìn)行打磨
2、管徑大于400 mm時(shí)，在缺陷位置注漿，待注漿材料固化后施工人員進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行清掏和打磨
變形
1、采用局部開(kāi)挖，清除變形部分管道，待原管道修復(fù)完成后，再對(duì)開(kāi)挖處按施工要求進(jìn)行填埋
2、采用特定的液壓千斤頂將變形部分撐開(kāi)，然后進(jìn)行注漿，待注漿材料固化后，取出液壓千斤頂
腐蝕
利用高壓水槍將管道沖洗干凈，對(duì)腐蝕嚴(yán)重部分采用噴涂或點(diǎn)狀原位固化法進(jìn)行修復(fù)
錯(cuò)口
1、管徑小于400 mm時(shí)，采用多功能機(jī)器人進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行打磨或局部開(kāi)挖
2、管徑大于400 mm時(shí)，采用施工人員進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行打磨相關(guān)障礙物
脫節(jié)
采用點(diǎn)狀原位固化法
支管暗接
1、管徑小于400 mm時(shí)，采用多功能切割機(jī)器人進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行切割
2、管徑大于400 mm時(shí)，施工人員進(jìn)入管道內(nèi)利用切切割機(jī)或馬刀鋸進(jìn)行切割
異物穿入
直接進(jìn)行局部開(kāi)挖，改變異物的路線(xiàn)
滲漏
1、漏水量較小或地下水壓力較低時(shí)，采用噴涂或人工進(jìn)行堵漏；
2、漏水嚴(yán)重或地下水圧較大時(shí)，采用專(zhuān)用注漿材料或點(diǎn)狀原位固化法
功能性缺陷
沉積/結(jié)垢
利用高壓水槍進(jìn)行管道沖洗
障礙物
1、管徑小于400 mm時(shí)，利用特殊高壓水噴頭進(jìn)行處理
2、管徑大于400 mm時(shí)，利用人工清除
殘墻
進(jìn)行人工拆除
樹(shù)根
1、管徑小于400 mm時(shí)，采用機(jī)械設(shè)備（如多功能樹(shù)根切割機(jī)器人）進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行切除
2、管徑大于400 mm時(shí)，采用人工+馬刀鋸（切割機(jī)）進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行切除
管道變徑
針對(duì)同一條管道內(nèi)存在兩種管徑時(shí)，為了滿(mǎn)足修復(fù)前后過(guò)流量的設(shè)計(jì)要求，將小管徑管道置換大管徑，確保管網(wǎng)的整體性和連貫性
6.1 內(nèi)襯管材料褶皺分析
總結(jié)了施工過(guò)程中固化內(nèi)襯管可能出現(xiàn)的缺陷類(lèi)型，針對(duì)固化內(nèi)襯管材料出現(xiàn)側(cè)面褶皺、底部褶皺、復(fù)合層分（未）離褶皺、復(fù)合層表層褶皺、復(fù)合層內(nèi)部褶皺、橫向褶皺及形狀褶皺等缺陷進(jìn)行了分析，并作出相應(yīng)評(píng)估，提前采取預(yù)防措施，降低相關(guān)缺陷的發(fā)生，有利于提高后期修復(fù)工程質(zhì)量。如表6所示。
Table 6 Lining pipe fold and evaluation
序號(hào)
褶皺類(lèi)型
原因分析
評(píng)估
1
側(cè)面褶皺
1、原管道偏移和橫截面偏差
2、內(nèi)襯管直徑大于原管道
3、氣壓不足導(dǎo)致材料無(wú)法舒展
彈性模量減弱、局部固化缺陷（厚度不均）
2
底部褶皺
1、原管道偏移和橫截面偏差
2、內(nèi)襯管直徑大于原管道
3、氣壓不足導(dǎo)致內(nèi)襯管無(wú)法完全撐開(kāi)
4、原管道內(nèi)部出現(xiàn)二次滲漏
彈性模量減弱、局部固化缺陷（厚度不均）
3
復(fù)合層分（未）離褶皺
1、原管道偏移和橫截面偏差
2、內(nèi)襯管直徑大于原管道
彈性模量減弱、局部固化缺陷（厚度不均）
4
復(fù)合層表層褶皺
1、內(nèi)襯管材料存在褶皺
2、拉入內(nèi)襯管過(guò)程受限
3、拉入內(nèi)襯管過(guò)程中，整體受力不均，導(dǎo)致內(nèi)層延伸
彈性模量減弱、局部固化缺陷
5
復(fù)合層內(nèi)部褶皺
1、拉入內(nèi)襯管過(guò)程，整體受力不均
2、原管道偏移（彎曲）
3、內(nèi)襯管整體未完全拉直，存在折疊
彈性模量減弱、固化缺陷（厚度不均）
6
橫向褶皺
1、拉入內(nèi)襯管過(guò)程中，整體受力不均
2、原管道偏移和橫截面存在偏差
3、內(nèi)襯管整體未完全拉直，存在折疊部分
彈性模量減弱、固化缺陷（厚度不均）
7
形狀褶皺
1、原管道內(nèi)壁預(yù)處理不合格（凹凸不平）
2、固化過(guò)程中壓力下降導(dǎo)致上部內(nèi)襯管下塌
彈性模量減弱、局部固化缺陷及管道靜態(tài)值參數(shù)存在誤差
通過(guò)對(duì)內(nèi)襯管浸水前、后的表觀形貌，固化后表觀形貌及力學(xué)性能研究，研究結(jié)果表明：?浸水前內(nèi)襯管外觀顏色均勻通透，浸水后，隨著復(fù)合層浸水量增加，表面白斑越明顯，處理前、后如圖5所示。浸水前內(nèi)襯管固化，外觀色澤均勻無(wú)白斑，完全固化；浸水后內(nèi)襯管固化后外觀出現(xiàn)白斑，隨著復(fù)合層浸水量增加，表面白斑越明顯，出現(xiàn)未完全固化現(xiàn)象，處理前、后如圖6所示。
在內(nèi)襯管固化過(guò)程中需要無(wú)水環(huán)境，未浸水固化內(nèi)襯管短期彈性模量正常；若水浸入內(nèi)襯管復(fù)合層，水與固化樹(shù)脂接觸后會(huì)產(chǎn)生乳化反應(yīng)，同時(shí)隨著浸水量持續(xù)增加，導(dǎo)致樹(shù)脂體系在內(nèi)襯管復(fù)合層分布不均，使得內(nèi)襯管固化效果不好，引起固化管力學(xué)性能降低，隨著內(nèi)襯管復(fù)合層浸水量增加，固化管彎曲彈性模量值越小。
Fig. 5 the surface morphology of the inner liner before and after soaking (A) and (B)
Fig. 6 Appearance of inner liner after curing before immersion (A) and appearance of inner liner after curing after immersion (B)
針對(duì)施工過(guò)程中常出現(xiàn)的相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)內(nèi)襯管提前固化、與原管道不緊密貼合、強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、存在軟弱帶、鼓包、起泡及表面褶皺等缺陷進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，有利于提高修復(fù)工程質(zhì)量。如表7所示。
Table 7 Relevant defect analysis and preventive measures
序號(hào)
缺陷類(lèi)型
缺陷分析
預(yù)防措施
1
內(nèi)襯管提前固化
儲(chǔ)存或運(yùn)輸過(guò)程中的溫度不滿(mǎn)足要求，受強(qiáng)光照射，防紫外光膜破損
嚴(yán)格按照材料說(shuō)明書(shū)進(jìn)行儲(chǔ)存、運(yùn)輸及使用
2
內(nèi)襯管與原管道不緊密貼合
1、尺寸設(shè)計(jì)不合理
2、固化過(guò)程中氣壓偏低
3、原管道預(yù)處理不滿(mǎn)足要求
1、內(nèi)襯管尺寸設(shè)計(jì)合理
2、固化過(guò)程中確保氣壓使內(nèi)襯管與原管道內(nèi)壁緊密貼合
3、缺陷預(yù)處理滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求
3
固化內(nèi)襯管強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)
1、樹(shù)脂浸潤(rùn)不密實(shí)
2、局部滲漏沖刷導(dǎo)致樹(shù)脂流失
3、固化反應(yīng)不徹底
1、嚴(yán)控樹(shù)脂浸潤(rùn)工藝
2、提高原管道預(yù)處理質(zhì)量
3、確保光照度、溫度和速度，并保持足夠長(zhǎng)的固化反應(yīng)時(shí)間
4
固化內(nèi)襯管存在軟弱帶
1、樹(shù)脂量太少
2、固化時(shí)溫度低
嚴(yán)控樹(shù)脂浸潤(rùn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝
5
鼓包
1、預(yù)處理存在凸起、滲漏
2、固化過(guò)程氣壓偏低
1、滿(mǎn)足固化氣壓要求
2、保證缺陷預(yù)處理質(zhì)量
6
起泡
施工過(guò)程中固化溫度過(guò)高
嚴(yán)控固化溫度和紫外燈架的移動(dòng)速率
7
固化內(nèi)襯管表面褶皺
1、內(nèi)襯管尺寸設(shè)計(jì)不合理
2、氣壓太低
3、缺陷預(yù)處理不滿(mǎn)足要求
1、內(nèi)襯管尺寸設(shè)計(jì)合理
2、保證氣壓充足
3、缺陷預(yù)處理滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求
7.1 施工方案制定
根據(jù)設(shè)計(jì)單位或甲方提供項(xiàng)目資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘，確定管徑大小、長(zhǎng)度、管道材質(zhì)、檢查井井深及寬度，同時(shí)，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)具體環(huán)境。技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)相關(guān)資料編制可實(shí)施項(xiàng)目專(zhuān)項(xiàng)施工方案；進(jìn)場(chǎng)前，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全作業(yè)培訓(xùn)。
7.2固化內(nèi)襯管材料
嚴(yán)格管控內(nèi)襯管材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)與驗(yàn)收工作，內(nèi)襯管材料外包裝無(wú)缺損，內(nèi)襯管防紫外光外膜和透紫外光的內(nèi)膜無(wú)破損，復(fù)合層（玻璃纖維織物）浸漬均勻、無(wú)白斑、無(wú)固化等現(xiàn)象；產(chǎn)品質(zhì)量合格證、使用說(shuō)明書(shū)及產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告齊全，相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)。
7.3缺陷預(yù)處理
采用高壓沖洗車(chē)對(duì)原管道進(jìn)行清洗，針對(duì)管道內(nèi)產(chǎn)生的淤泥采用配備污水凈化裝置進(jìn)行吸泥，并分離成污水和固態(tài)淤泥，污水排回待修復(fù)管道，固態(tài)淤泥運(yùn)輸至污泥站作進(jìn)一步處理。通過(guò)CCTV 設(shè)備對(duì)清淤后原管道進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)原管道出現(xiàn)樹(shù)根、變徑、塌陷、錯(cuò)口等缺陷影響正常施工時(shí)，按第5節(jié)對(duì)應(yīng)的缺陷預(yù)處理措施進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后原管道內(nèi)壁滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)排水管道非開(kāi)挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程 》CJJ/T 210-2014 第6.2節(jié)原管道預(yù)處理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
7.4內(nèi)襯管拉入原管道
拉入內(nèi)襯軟管前，須在原管道底部鋪設(shè)底部保護(hù)膜，防止內(nèi)襯管外膜被磨破，覆蓋面積大于原管道周長(zhǎng)的1/3，且固定于原管道兩端。在送料檢查井進(jìn)口安裝好傳輸設(shè)備，接收檢查井井口安裝好卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲與傳輸設(shè)備上捆扎好的內(nèi)襯管；將內(nèi)襯管拉入原管道過(guò)程中，防止內(nèi)襯管外膜被磨損和戳破，在拉料過(guò)程中操作人員通過(guò)對(duì)講機(jī)相互聯(lián)系配合，控制好牽引力及牽引速度確保內(nèi)襯管順暢勻速拉入原管道，牽引速度低于5 m/min，不同管徑內(nèi)襯管可承受Z大牽引力：DN400、DN500、DN600分別為57KN、106KN、125KN。拉入內(nèi)襯管兩端伸出原管道端口長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足：管徑小于500mm時(shí)，內(nèi)襯管兩端伸出原管道端口不少于0.6米；管徑不于500mm時(shí)，內(nèi)襯管兩端伸出原管道端口不少于 1米。
7.5內(nèi)襯管安裝
檢修井處的內(nèi)襯管兩端須套上金屬安全扎頭，用3條綁帶固定，防止充氣加壓過(guò)程中金屬安全扎頭滑出；露于原管道外的、中間檢查井、暗井等位置內(nèi)襯管用扎頭布包裹保護(hù)；若兩端檢查井有流水，僅在外膜處切一小口；中間檢查井位置，在外膜處切5–10 cm口子。
7.6氣壓控制
拉入紫外光燈架前，須檢查紫外光燈架，確保紫外燈正常工作、燈腳干凈、沒(méi)有其他雜質(zhì)等。將安裝好安全扎頭布內(nèi)襯管一端豎起，用綁帶把空氣鎖固定于安全扎頭，在空氣鎖接近安全扎頭位置開(kāi)口10 cm左右，空氣鎖另一端扎緊。充氣前應(yīng)檢查內(nèi)襯管各連接處的密封性，以及金屬扎頭所有螺母和橡膠密封，內(nèi)襯管末端安裝調(diào)壓閥；緩慢加壓待內(nèi)襯管和空氣鎖完全撐起，打開(kāi)送入端緩慢將燈架送入空氣鎖；待燈架完全送入空氣鎖，及時(shí)將空氣鎖送入端扎緊；繼續(xù)充氣，通過(guò)CCTV觀察內(nèi)襯管內(nèi)部情況，待內(nèi)襯管材料完全撐開(kāi)，通過(guò)空氣鎖小口將燈架送入內(nèi)襯管；待燈架完全送入內(nèi)襯管后，將蓋板封住。當(dāng)檢查井下無(wú)操作人員時(shí)，繼續(xù)充氣加壓，通過(guò)攝像頭觀察內(nèi)襯管內(nèi)部情況，不同管徑內(nèi)襯管操作壓力、充氣次數(shù)、每次增壓量、保壓時(shí)間及充氣時(shí)間，見(jiàn)表8所示，保證內(nèi)襯管充分展開(kāi)并與原管道內(nèi)壁緊密貼合。充氣過(guò)程以DN 500為例，全程充氣次數(shù)8-10次，每5 min增壓40-60 mbar，在25~40 min氣壓達(dá)400 mbar，保壓5 min。
Table 8 Air pressure parameters of different pipe diameters
管徑/mm
操作壓力/bar
充氣次數(shù)
每次增壓/mbar
保壓時(shí)間/min
充氣時(shí)間/min
150-200
0.55-0.65
8-10
40-60
5
25-40
250-300
0.45-0.55
400-500
0.40-0.50
600-700
0.30-0.40
10-12
30
6
40-60
800-900
0.25-0.35
1000-1600
0.20-0.30
6-8
30
9
45-90
7.7 UV固化過(guò)程控制
紫外光固化前，當(dāng)內(nèi)襯管內(nèi)部氣壓達(dá)操作壓力后保壓10 min，經(jīng)施工人員將紫外線(xiàn)燈架緩慢地拉到原管道另一端，該過(guò)程須進(jìn)行閉路電視CCTV檢測(cè)，確保紫外光燈架順利拉到既定位置。通過(guò)紫外燈燈架上的前、后攝像頭，在線(xiàn)觀察內(nèi)襯管內(nèi)部充氣情況和缺陷問(wèn)題（如褶皺、固化質(zhì)量缺陷）及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施進(jìn)行補(bǔ)救。
在整個(gè)固化階段，開(kāi)啟紫外燈并達(dá)到規(guī)定禁止時(shí)間，燈鏈起始固化巡航速度設(shè)置為0.15m/min，每間隔1min提速0.10m直至規(guī)定固化巡航速度；相/不同管徑下，不同厚度對(duì)應(yīng)不同的固化巡航速度，針對(duì)特殊內(nèi)襯管（如變徑），須使用原厚度增加1mm所對(duì)應(yīng)的固化巡航速度。紫外光固化過(guò)程中，內(nèi)襯管內(nèi)部氣壓應(yīng)保持壓力相對(duì)恒定，內(nèi)襯管與原管道緊密接觸，溫度傳感器T2≥80℃，溫度傳感器100℃≤T3≤140℃；壓力參數(shù)與廠(chǎng)家提供參數(shù)表（管徑/壁厚/壓力）為準(zhǔn)。
UV設(shè)備自動(dòng)記錄：壓力、固化巡航速度、米數(shù)及溫度相關(guān)參數(shù)，且相關(guān)操作參數(shù)值須符合廠(chǎng)家操作指南手冊(cè)中的規(guī)定參數(shù)，Z后保存原始記錄數(shù)據(jù)并提交監(jiān)理。
內(nèi)襯管固化完成后，緩慢降低內(nèi)襯管內(nèi)氣壓至大氣壓，降壓速度≤0.01 MPa/min。?降壓完成后，內(nèi)襯管端頭進(jìn)行切割和密封處理。
8 工程造價(jià)分析
本工程項(xiàng)目根據(jù)《重慶市排水管網(wǎng)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修定額》（CQPWDE-2021）、《重慶市建設(shè)工程費(fèi)用定額》（CQFYDE-2018），對(duì)管道修復(fù)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算。其中，費(fèi)用包括管道檢測(cè)、清理疏通、預(yù)處理及修復(fù)，如表9所示。
Table 9 Repair cost of UV curing pipeline
序號(hào)
項(xiàng)目名稱(chēng)
單位
綜合單價(jià)
1
管道檢測(cè)
CCTV
元/m
18.5
2
管道清理疏通
井內(nèi)抽水
元/臺(tái)班
336.6
人工掏挖檢查井、淤泥裝袋、淤泥輸
元/m3
341.0
機(jī)械清淤、結(jié)垢清除、樹(shù)根清除
元/m
564.8
3
管道預(yù)處理
氣囊管堵安裝拆除
元/處
1058.4
注漿、塌陷處理
元/m3
28924.0
管道內(nèi)襯鋼套
元/m2
2138.4
裂縫堵漏
元/m
841.1
4
管道修復(fù)
管道修復(fù)
材料、機(jī)械、作業(yè)車(chē)等
元/m
3966.2
經(jīng)計(jì)算得出，該工程造價(jià)約為6578.5元/m。
9工程驗(yàn)收
9.1 外觀形貌及性能檢測(cè)
修復(fù)完成后，采用CCTV 設(shè)備對(duì)修復(fù)后的管道進(jìn)行內(nèi)窺檢測(cè)，內(nèi)襯管內(nèi)壁表面光滑無(wú)鼓包、褶皺、無(wú)明顯劃傷、滲水。修復(fù)前后管道內(nèi)壁形貌如圖7所示。
Fig.7 Appearance of inner wall of pipeline before repair (A) and after repairment (B)
Table 10 Test results of UV-curable inner liner
|
序號(hào) |
檢測(cè)項(xiàng)目 |
技術(shù)指標(biāo) |
檢測(cè)結(jié)果 |
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) |
|
1 |
抗拉強(qiáng)度/MPa |
＞62 |
168 |
《塑料拉伸性能的測(cè)定第4部分：各向同性 和正交各向異性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的試驗(yàn)條件》GB/T 1040.2-2006 |
|
2 |
彎曲強(qiáng)度/MPa |
＞45 |
167 |
《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》GB/T 1449 |
|
3 |
彎曲模量/MPa |
＞6500 |
8765 |
管道修復(fù)完成后，固化內(nèi)襯管內(nèi)壁粗糙系數(shù)為0.010；原管道內(nèi)壁粗糙系數(shù)為0.013；原管道內(nèi)徑為597 mm；內(nèi)襯管內(nèi)徑為564 mm。經(jīng)公式（4）計(jì)算得管道修復(fù)前后過(guò)流能力比為111.7 %大于100%，滿(mǎn)足工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
10 結(jié) 語(yǔ)
CIPP紫外光固化修復(fù)工藝施工便捷，自動(dòng)化程度高、全程可視化控制、施工流程簡(jiǎn)單、效率高、施工風(fēng)險(xiǎn)低、緊密貼合、耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、抗沖刷能力強(qiáng)、可用于多截面，多材質(zhì)、復(fù)雜病害管道的修復(fù)，是目前非開(kāi)挖行業(yè)Z具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的一種地下管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)不同地下水位的內(nèi)襯管壁厚及修復(fù)后管道過(guò)流能力的計(jì)算，確保內(nèi)襯管壁厚和修復(fù)后管道過(guò)流能力滿(mǎn)足原管道的設(shè)計(jì)要求；對(duì)修復(fù)管道缺陷分析及預(yù)防措施、施工方案制定、內(nèi)襯管材料質(zhì)量控制、缺陷預(yù)處理、內(nèi)襯管安裝、氣壓控制、UV固化等過(guò)程控制，確保工程質(zhì)量。經(jīng)測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)能夠滿(mǎn)足本項(xiàng)目要求。
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