李輝輝 段景凡 雷江鎖

（陜西中科非開挖技術(shù)股份有限公司 西安710065）

引言

城市排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，大量的排水管道在投入運(yùn)營(yíng)若干年后，由于外力或自身使用壽命等原因，都會(huì)不可避免地出現(xiàn)破壞或泄漏事故，傳統(tǒng)處理手段一般為開挖維修或更換。老舊管網(wǎng)基本身處城市主干道下或構(gòu)筑物邊緣，維修或更換等工作將牽扯路政、地面障礙物拆除及恢復(fù)、公眾協(xié)調(diào)等諸多因素。而且管道的局部破損造成整體運(yùn)營(yíng)失效的情況下，予以整體更換成本支出過大。正是在這樣的背景下，管道嚴(yán)重不均勻沉降等引起排水管道損壞，再加上管道中的腐蝕性污水、有害氣體等影響，每天過往車輛造成路面振動(dòng)，從而易造成地下管道產(chǎn)生裂縫、破壞、接頭錯(cuò)位和管內(nèi)腐蝕現(xiàn)象，如果不采取有效措施，管道內(nèi)的地下水滲漏會(huì)日趨嚴(yán)重［1－3］。

近幾年，排水管道主管部門對(duì)市區(qū)內(nèi)在線排水管道進(jìn)行大范圍的CCTV（Closed Circuit Television Inspection）檢測(cè)和疏通，對(duì)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)許多問題，并發(fā)現(xiàn)了部分可能產(chǎn)生事故的管道，提出了修改計(jì)劃。集水管（雨篦子集水井到雨水主管道之間的連接管道）有如下3個(gè)特點(diǎn)：管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度適中；管道埋設(shè)深度相比于其他排水管道較淺；管道材質(zhì)多為預(yù)應(yīng)力混凝土。所以在過往車輛和生活垃圾等因素的影響下管道發(fā)生管身滲漏、膠圈脫落、接口錯(cuò)位、管身腐蝕等破壞［4］。本文介紹紫外光固化修復(fù)技術(shù)在集水管中的應(yīng)用。

1 CIPP紫外光固化法

1.1 CIPP紫外光固化法原理介紹

CIPP（cured in place pipe）是英文現(xiàn)場(chǎng)固化法的簡(jiǎn)稱，是一種采用非開挖修復(fù)的方法，對(duì)排水管道、給水、煤氣等管道進(jìn)行內(nèi)襯修復(fù)的技術(shù)。紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)是CIPP內(nèi)襯技術(shù)的一種，不僅具有密封的功能，還具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用。該方法具有無需任何開挖，施工速度快，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度強(qiáng)，修復(fù)后沒有接頭、表面光滑形成連續(xù)內(nèi)襯，可增加管道的整體性，通過燈架前面的攝像頭可實(shí)時(shí)觀察固化過程中管道內(nèi)部的情況，因此有利于施工的質(zhì)量控制等優(yōu)點(diǎn)。集水管紫外光固化修復(fù)前后對(duì)比如圖1。

圖1 集水管修復(fù)前和修復(fù)后Fig.1 The rehabilitation image before and after in water collecting pipe

1.2 紫外光固化的材料

（1）玻璃纖維：ECR（E-glass of Chemical Resistance）－玻纖 （鈣鋁矽酸鹽玻纖），耐酸堿防化學(xué)腐蝕，無粘合劑、無化學(xué)試劑；

（2）樹脂：使用高品質(zhì)UP（Unsaturated Polyester）和 VE（Vinyl ester resin）不飽和樹脂（內(nèi)含光子觸發(fā)劑），耐酸堿防化學(xué)腐蝕。

1.3 紫外光固化內(nèi)襯材料的組成、結(jié)構(gòu)和特性

（1）材料組成：由玻璃纖維無縫編織成管狀形狀，浸漬樹脂后形成。

（2）材料結(jié)構(gòu)：內(nèi)膜、外膜、玻璃纖維增強(qiáng)層、保護(hù)膜。

（3）材料特性：以德國(guó)薩泰克斯生產(chǎn)的Liner成品軟管為例，接口處采用縫接方式，固化后力學(xué)性能為：初始彈性模量至少可達(dá)到12000N／mm2，長(zhǎng)時(shí)彈性模量為8500N／mm2，短時(shí)彎曲拉應(yīng)力為350N／mm2，長(zhǎng)時(shí)彎曲拉應(yīng)力為255N／mm2，衰減因子為1.35，耐酸堿腐蝕pH值2～14，使用年限大于 50年［5］。

1.4 紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)厚度的設(shè)計(jì)

集水管作為雨水管道的支線是不受壓力影響的，且一般距離較短，埋深也不是很深，管徑不大，一般為DN300～DN400。如果決定修復(fù)集水管，一般進(jìn)行半結(jié)構(gòu)修復(fù)（原有管道大部分結(jié)構(gòu)完整，尚能承受外部土壓力及地面動(dòng)載荷），所以內(nèi)襯管的壁厚應(yīng)按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，且厚度不得低于 3mm［6，7］。

式中：t為內(nèi)襯管的計(jì)算壁厚（mm）；EL為內(nèi)襯管的長(zhǎng)期彎曲彈性模量（MPa）；D為舊管道的平均內(nèi)徑（mm）；Dmin為舊管道的最小內(nèi)徑（mm）；Dmax為舊管道的最大內(nèi)徑（mm）；N為安全系數(shù)，推薦取值2.0；QW為管中心的地下水壓力（MPa），位于地下水位以上時(shí)可近似按HW＝H／2計(jì)算；HW為管頂以上地下水位高度（m）；H為管頂以上覆土厚度（m）；u為管材泊松比，推薦取值0.3；K為圓周支持率，推薦取值7.0；q為舊管道的橢圓度，最小值取0.02；C為橢圓度折減因子。

2 工程概況

本工程為成都市某路的雨、污水管道采用非開挖技術(shù)進(jìn)行施工。其中紫外光內(nèi)固化技術(shù)修復(fù)管道包括：DN300污水管長(zhǎng)53m、DN400污水管長(zhǎng)400.5m、DN500污水管長(zhǎng)30m，全路段污水管道總長(zhǎng)度483.5m；DN600雨水管長(zhǎng) 104m、DN700雨水管長(zhǎng)30m，全路段雨水管道總長(zhǎng)134m，雨污水管的材質(zhì)都是鋼筋混凝土。新建翻排DN300（開槽開挖深度3.6m）總長(zhǎng)度158m；檢查井灰漿離心噴涂55個(gè)，約863m2。整個(gè)工程包含工種多，線路長(zhǎng)，環(huán)境保護(hù)要求高，為盡量減小交通壓力，基本都是在夜間施工。且經(jīng)CCTV檢測(cè)后管道內(nèi)部垃圾較多，管道內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重。

3 CIPP施工過程

紫外固化技術(shù)全稱為管道原位修復(fù)拉入式紫外固化修復(fù)技術(shù)，其工藝原理為：采用卷?yè)P(yáng)機(jī)把碾壓好樹脂的玻璃纖維軟管拉入待修的舊管道中，接著用高壓風(fēng)機(jī)使固化材料張開緊貼舊管內(nèi)壁，然后使用紫外照射固化軟管，形成一層堅(jiān)硬的“管中管”結(jié)構(gòu)，從而使己發(fā)生的破損或失去輸送功能的地下管道在原位得到修復(fù)。圖2為CIPP施工流程。

圖2 CIPP施工流程Fig.2 Construction process of CIPP

3.1 施工準(zhǔn)備

1.現(xiàn)場(chǎng)勘查

施工前期，對(duì)舊管道進(jìn)行CCTV內(nèi)窺檢測(cè)（堵塞嚴(yán)重的須先疏通），查看其舊管道變形、破損情況，量測(cè)（多次）舊管管徑，準(zhǔn)確地量測(cè)集水管的長(zhǎng)度，然后提前向材料生產(chǎn)廠家做出具體管道情況說明，定制玻璃纖維內(nèi)襯固化材料。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，并調(diào)試到最佳狀態(tài)。如果不出現(xiàn)大雨天或其他特殊情況，集水管不會(huì)出現(xiàn)大的流水量，故施工前一般不需要對(duì)集水管進(jìn)行封堵或?qū)Я鳌?/p>

2.管道清淤、沖洗及CCTV檢測(cè)

對(duì)施工段管線進(jìn)行清淤除污作業(yè)，配備合適射流頭的高壓水射流機(jī)、抓耙機(jī)等單一或幾種有機(jī)組合的方式進(jìn)行疏通、沖洗。發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁存在較大凸起、管口錯(cuò)位等缺陷時(shí)應(yīng)先進(jìn)行局部處理，目前局部處理最好的辦法就是應(yīng)用銑刀機(jī)器人來處理，然后再用高壓射流沖洗車沖洗。用CCTV檢測(cè)管道內(nèi)壁是否達(dá)到管道修復(fù)條件，如果達(dá)標(biāo)則錄制完整的視頻，并存儲(chǔ)管道全程檢測(cè)影像資料。影像資料應(yīng)清晰、能對(duì)管道缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位與判斷。

3.扎頭的制作

路邊安裝雨篦子的集水井一般有0.5m寬，用常規(guī)的扎頭是不能放入集水井中的，這就需要制作特種的扎頭來滿足施工需求。依據(jù)要求設(shè)計(jì)了滿足施工要求要求的扎頭，以DN300的管徑為例，設(shè)計(jì)示意如圖3。設(shè)計(jì)的扎頭已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程，取得了良好的效果，提高了施工效率。

圖3 扎頭示意Fig.3 Schematic of tie head

3.2 紫外固化作業(yè)

1.拉入底膜

底膜的功能是為了保護(hù)固化材料的外壁，并減少固化材料進(jìn)入主管道的摩擦力。底膜可防止固化材料在拉入過程中被凸起物劃傷，出現(xiàn)破損。將底膜卷放在支架上，用繩子將防護(hù)膜拉入需要修復(fù)管道的底部，并在井底固定。

2.綁扎頭并拉入固化材料

集水管相對(duì)來說都較短，且靠近路邊道牙的集水井較窄，應(yīng)用一般扎頭無法放入集水井內(nèi)捆綁扎頭，所以在井口地面要綁好扎頭，固化材料在地面鋪平后，一端安裝自行制作的特種扎頭，一端安裝一般扎頭，兩端扎頭捆綁好后將特種扎頭端從雨水檢查井中拉入到路邊道牙的雨篦子集水井中。固化材料拉入時(shí)應(yīng)沿管底的底膜將固化材料平穩(wěn)、平整、緩慢地拉入舊管道，拉入速度不得大于5m／min。一般扎頭端安裝好后連接風(fēng)機(jī)與扎頭之間的氣管、氣壓表管。

3.充氣

啟動(dòng)光固化車上的風(fēng)機(jī)控制鍵，通過供氣固化材料給內(nèi)襯固化材料充氣，依靠空氣壓力使內(nèi)襯固化材料緊貼管道內(nèi)壁，開始時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)到20%，固化材料開始充氣，當(dāng)壓力上升至平穩(wěn)時(shí)，每次增加1%風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)壓開始下降時(shí)再加1%，直到固化材料緊貼管道內(nèi)壁，迅速打開一般扎頭端將4×600W紫外光燈架（由于集水管距離短，故選用4×600W紫外光燈）放入扎頭內(nèi)。合上扎頭蓋板鎖緊開始進(jìn)行二次加壓，加壓過程中每當(dāng)風(fēng)壓升高10kPa時(shí)，注意保壓約5min，直到達(dá)到操作壓強(qiáng)后，先將燈架拉至管道另一端，然后維持該壓強(qiáng)約10min。加壓過程中應(yīng)防止玻璃纖維固化材料過度膨脹或出現(xiàn)褶皺。

4.紫外固化

保壓完成后開始固化，首先間隔40s順次自動(dòng)打開燈架上4個(gè)UV燈，將燈架的初始運(yùn)行速度設(shè)定為0.2m／min，等待燈架上的第二個(gè)溫度傳感器的溫度顯示超過80℃，開始啟動(dòng)燈架回拉，當(dāng)溫度升高到一定值開始下降時(shí)，開始加快燈架速度0.05m／min，如此重復(fù)，直到達(dá)到規(guī)定的速度，當(dāng)?shù)焦袒K點(diǎn)端1m時(shí)開始降低燈架速度0.1m／min直到 0.15m／min，接著直至終點(diǎn)。固化過程中內(nèi)襯管內(nèi)部應(yīng)保持壓力均衡，使內(nèi)襯管與原有管道緊密切合。燈架回拉至檢查井管口后停止約3min～5min后順次自動(dòng)關(guān)掉4個(gè)燈。整個(gè)固化過程可通過操作臺(tái)上的視頻觀察，如圖4所示。

圖4 固化過程操作界面Fig.4 Operation interface of curing process

5.端頭處理

內(nèi)襯管固化完成后，緩慢降低管內(nèi)壓力至20%時(shí)，保持2min～3min，吹散內(nèi)襯材料內(nèi)的熱氣和水蒸氣等，接著繼續(xù)緩慢降低管內(nèi)壓力至大氣壓，關(guān)掉風(fēng)機(jī)。拆除扎頭、通氣管道、測(cè)壓管道，拉出紫外燈架。采用專用工具切除內(nèi)襯管兩端的多余材料，要求端頭平整，接著拉出內(nèi)膜。將切除后兩端毛邊進(jìn)行修整處理后用速凝水泥均勻涂抹四周，確保內(nèi)襯管與老管道間不會(huì)有滲漏現(xiàn)象發(fā)生，清理固化作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 工程檢測(cè)驗(yàn)收

根據(jù)非開挖行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ／T 210－2014）的相關(guān)規(guī)定：需要對(duì)紫外光固化非開挖修復(fù)后的管道進(jìn)行厚度、外觀檢側(cè)，需進(jìn)行閉氣或者閉水試驗(yàn)［8，9］。同時(shí)需對(duì)內(nèi)襯管樣品進(jìn)行短期力學(xué)性能試驗(yàn)（目前在國(guó)內(nèi)依據(jù)CJJ／T 210－2014為主，以DIN EN ISO 11296－4［10］為輔，在國(guó)內(nèi)短期力學(xué)性能和測(cè)試方法按表1中的規(guī)定進(jìn)行）。而閉氣試驗(yàn)則根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50268－2008）中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行［11］。

（1）內(nèi)襯管內(nèi)壁外觀檢查：采用CCTV檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行新管道內(nèi)部檢測(cè)，拍攝內(nèi)襯管內(nèi)壁影像資料并保存。且管壁應(yīng)光滑、連續(xù)、平整，無局部劃傷、裂紋、磨損、孔洞、起泡、干斑、褶皺、拉伸變形和軟弱帶等影響管道結(jié)構(gòu)、使用功能的損傷和缺陷。

（2）內(nèi)襯管厚度檢查：從光固化施工現(xiàn)場(chǎng)取樣送到專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)（如上海萊茵公司）通過掃描電子顯微鏡來檢查材料厚度、玻纖層的厚度及壓實(shí)情況，內(nèi)襯管的平均厚度不得小于設(shè)計(jì)壁厚，任意點(diǎn)的壁厚不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的90%。

（3）內(nèi)襯管樣品進(jìn)行短期力學(xué)性能及水密性試驗(yàn)（以DIN EN ISO 11296－4和德國(guó) DWAA 143－3標(biāo)準(zhǔn)［12］為依據(jù)）：材料檢測(cè)試樣的尺寸為軸向約35cm～40cm，環(huán)向是20倍的厚度。力學(xué)性能測(cè)試主要做三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)，通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)可測(cè)出材料的短期抗彎強(qiáng)度和短期彎曲彈性模量，如果要長(zhǎng)期彎曲彈性模量，就需要用短期彎曲彈性模量除以蠕變系數(shù)，其中蠕變系數(shù)通過10000h試驗(yàn)獲得；通過拉伸試驗(yàn)獲得材料的抗拉強(qiáng)度。此外水密性測(cè)試主要測(cè)試固化材料是否透水［12］。

表1 含玻璃纖維原位固化法內(nèi)襯管的短期力學(xué)性能要求和測(cè)試方法Tab.1 Short-term mechanical performance requirements and testmethods for in-situ curing of liner containing glass fibers

4 結(jié)語

1.紫外固化內(nèi)襯非開挖修復(fù)管道技術(shù)與傳統(tǒng)的“挖槽埋管法”相比，具有不破壞環(huán)境、不影響交通、施工安全性好、周期短、社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。

2.修復(fù)后的管道內(nèi)表面光滑，抗腐蝕性能得到改善，結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，同時(shí)管道使用壽命也得以延長(zhǎng)。紫外光固化修復(fù)技術(shù)有效地解決了原管道加固修復(fù)的實(shí)際問題，并取得了良好的效果。

3.埋地老管道隨著使用年限的延長(zhǎng)出現(xiàn)問題的概率將會(huì)越來越大，但伴隨紫外光固化修復(fù)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，這些問題將會(huì)得到很好的解決，給行人營(yíng)造安全放心的道路環(huán)境。

［1］范秀清，歐芳，王長(zhǎng)青.城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)探討［J］.市政技術(shù)，2012，30（1）：67－70 Fan Xiuqing，Ou Fang，Wang Changqing.Study on trenchless repair technology of urban sewer［J］.municipal Engineering Technology，2012，30（1）：67－70

［2］林新偉.紫外光固化技術(shù)在廈門同炳路污水管道修復(fù)中的應(yīng)用［J］.市政技術(shù)，2015，5（33）：117－118 Lin Xinwei.Application of UV-curing technology in sewage pipeline repair at Tongbing Road，Xiamen［J］.Municipal Engineering Technology，2015，9，5（33）：117－118

［3］遆仲森.城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)研究［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2012 Ti Zhongsen.Research on urban drainage pipeline trenchless rehabilitation technology［D］.Beijing：China University of Geosciences，2012

［4］呂喜正.天津開發(fā)區(qū)排水管道非開挖內(nèi)襯修復(fù)工藝的選型［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2012（2）：40－42 Lu Xizheng.Process selection of the trenchless lining rehabilitation of drainage pipelines in TEDA［J］.Pipeline Technology and Equipment，2012（2）：40－42

［5］睦稀，吳江燕，盧長(zhǎng)松，等.紫外固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在排水改造工程中的應(yīng)用［C］／／《中國(guó)給水排水》第十一屆年會(huì)暨水處理熱點(diǎn)技術(shù)高峰論壇論文集，2014：336－339

［6］鄭世華.紫外光固化修復(fù)排水管道內(nèi)襯管設(shè)計(jì)原則探討［J］.陜西建筑，2016（249）：6－7

［7］張洪彬，安關(guān)峰，劉添俊，等.紫外光固化CIPP技術(shù)在排水管道修復(fù)中的應(yīng)用［J］.給水排水，2015，41（2）：103－106

［8］遆仲森，馬保松，舒彪，等.排水管道原位固化法修復(fù)內(nèi)襯管的施工質(zhì)量驗(yàn)收研究［J］.給水排水，2012，38（1）：93－96 Ti Zhongsen，Ma Baosong，Shu biao，et al.Research on construction quality testof the drainage pipe lining tube rehabilitation by cured-in-place pipe［J］.Water Supply and Drainage，2012，38（1）：93－96

［9］CJJ／T 210－2014城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程［S］CJJ／T 210－2014 Technical specification for trenchless rehabilitation and renewal of urban sewer pipeline［S］

［10］DIN EN ISO 11296－4 Plastics piping systems for renovation of underground non-pressure drainage and sewerage networks－Part 4：Lining with cured-in-place pipes［S］，2011

［11］GB／T 50268－2008給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］GB／T 50268－2008 Code for construction and acceptance ofwater and sewerage pipeline works［S］

［12］DWA-A 143－3 Sanierung Von Entwaesserungssystemen Ausserhalb Von Gebaeuden-Teil 3：Vor Ort Haertende Schlauchliner［S］，2014