CIPP翻轉法在川沙路下水管道修復中的應用技術探討

張維文

（上海浦東城市建設實業發展有限公司，上海市 200136）

1 工程概況

川沙路（龍東大道-華夏東路）位于上海浦東川沙鎮,原道路布置為城市式。道路兩側各布一根混凝土管雨水管,管位位于機動車道近機非分隔帶處，管道全長2.7 km，埋深約1.3～4.5 m。根據對現狀雨水管道進行CCTV檢測，發現管道有多處明顯損壞。經綜合考慮，擬對損壞的雨水管道主要采用非開挖方法修復。根據損壞程度分別采用局部樹脂固化修復技術、翻轉法修復技術及開槽翻排等方法進行修復或改建。其中，對單段損壞超過5處的Ф450～Ф600采用CIPP翻轉法整體內襯修復技術，輔以土體注漿技術聯合使用，CIPP修復長度2 083 m，占比77%。

2 CIPP翻轉法工藝特點

CIPP是Cured In Place Pipe的英文縮寫，中文翻譯為：翻轉內襯法，也稱原位固化法，是由英國1971年研制成功的。CIPP可以在100～3 000 mm的管徑內安裝使用,適用于任何管材的管道修復(更新)，一次性可修復管道的最大長度為500 m，并可通過90°的彎頭。使用這樣修復技術的管道壽命可達30～60 a。

修復原理是采用樹脂加熱或遇光固化的原理，將浸滿熱固性樹脂的未成型樹脂軟管利用水壓或氣壓翻轉至已清理干凈的待修復管道內，并使其緊貼于管道內部，然后對管道內部加循環熱水或蒸汽加熱，使樹脂在管道內部固化，短短幾小時后就能在原有破損的管道內部，形成新的高強度內襯管，即“管中管”。

內襯管一般由三層組成：聚乙烯涂層表面、聚酯紡織毛氈增加層以及外層黏合劑。目前多選擇進口原材料。其工藝原理如圖1所示。

圖1 翻轉法（CIPP）修復技術工藝原理圖

3 內襯壁厚的設計

由于CIPP管道修復技術引進的時間不長，目前國內還沒有具體統一的標準。內襯壁厚的設計主要應根據埋設管道的管徑、埋深、殘余強度、土質、地下水位、道路情況和施工條件等因素綜合考慮。該項修復的管道是局部損壞的重力管道，周圍土體和多余的負載可由原有的管道和新修內襯管共同來承載。CIPP壁厚的設計可參照下列方法：

3.1 方法（一）

該工程設計情況：

根據管道的埋設情況、使用年限及檢測結果，綜合考慮采用原管道內徑的1.5%取整，即Φ450、Φ600分別取7 mm、9 mm。

3.2 方法（二）

采用國外標準：

實際設計施工中大多數仍采用國外比較成熟的計算方法，如美國材料和試驗協會（ASTM）標準所規定的計算方法。其計算公式如下：

式中：t——內襯塑料管厚度，mm；

D——舊管內徑，mm；

N——圓周支持率（采用環氧樹脂時為7.0）；

C——舊管變形比，當沒有變形時為1.0；

EL——長期抗彎曲彈性模量，MPa；

P——外水壓力，MPa，如果有真空壓力時需要一起考慮并進行計算；

Fs——安全系數（有注漿襯墊時為1.5,沒有時為 2.0）；

ν——泊松比，0.3。

該工程利用方法（一）與方法（二）對比驗算，數值接近。但后者考慮的因素較為全面，適用范圍也更廣、更切合實際。

4 管道修復施工

施工程序：

管道清洗→CCTV檢測→制定施工方案→進口原料→倉庫加工→現場前期準備→現場翻轉→加熱固化→冷卻割頭→CCTV檢測、驗收→恢復通水。

圖2為施工工藝流程圖。

圖2 施工工藝流程圖

4.1 施工前準備

（1）安全確認——在進入待修復管道的檢查井前，對管道內的氣體（有毒氣體、可燃氣體、氧氣含量）進行通風排氣、檢查和評估，確保井內安全。

（2）臨時排水——為了便于施工，在管內有雨、污水排放并影響內襯施工時，將管道上游封堵，設置旁通管或其他排水設施進行臨時排水，不讓其流經待修復管道。

（3）管道清洗——待修復管道內的污泥、垃圾應清除干凈，清淤后吸出干濕分離外運。該工程采用疏通車作業和高壓水清洗相結合的方法，配以內窺鏡檢測，以管道內壁無塵、無顆粒、無油垢、無尖銳突出物為合格。碎屑物的清除操作是采用柱塞器通過混凝土管內壁，以清除管內壁的殘留水及碎屑物。

（4）管道檢查——由經過專門培訓的人員對待修復管道進行檢查，以便準確測繪并記錄管內狀況，也可由CCTV檢測車執行，通過閉路電視裝置和電腦記憶，對需要變直徑、轉折的管道內襯作全面檢測，核實管內損壞及設計情況，適時調整設計方案。

（5）管道障礙物——待修復管道內的阻塞情況應清楚掌握，如固態的凹凸接頭或裝置、坍塌、壓碎破裂，過流面積小于2/3以上的區域，這些阻塞都將影響軟管的翻轉置入。檢查中若發現不能用傳統的管道清洗設備清除這些障礙物，則應使用專用設備切割或局部開挖清除障礙物并修復。

4.2 軟管加工、運輸

（1）軟管外徑設計——根據軟管材料橫向伸長率，確定軟管的外徑與被修復管內徑之間的修正關系。

（2）軟管制造——軟管的設計制作長度必須同時滿足修復管段兩檢查井的中心距離、井深、兩端部所需長度及施工靜水壓力所需高度。軟管必須具有與熱固性樹脂有良好的相溶性，同時需具有良好的耐久性、耐腐蝕、抗拉伸、抗裂性。

（3）預浸樹脂——軟管在小于等于18℃真空條件下預浸樹脂，樹脂的體積應足夠填充纖維軟管名義厚度和按直徑計算的全部空間，考慮到樹脂的聚合作用及滲入待修復管道縫隙和連接部位的可能性，還需增加5%～10%的余量。樹脂浸漬碾壓設備，需確保碾壓材料厚度均勻、無褶皺。

（4）軟管運輸——軟管應在低溫下運輸，并且避免長時間受到直射及反射日光的照射，確保在樹脂固化前運抵現場并安裝完畢。

4.3 翻轉置入

將充滿樹脂的內襯管通過翻轉平臺及懸吊于平臺下的翻轉固定環翻轉進入管道內。整條內襯管最后將拉成一卷。內襯管的另一端被固定在一個翻轉頭上。內襯管在水壓或氣壓力的作用下，將從里面向外翻。由于翻轉，原本處于外表面的涂層將成為內表面,也就是翻轉以后新的管道內壁，而涂滿樹脂的織物支撐結構則與原管道內壁相貼。

（1）采用靜水頭壓力——預浸樹脂纖維軟管從檢查井的位置翻轉置入管內，在足夠靜水頭壓力的作用下，軟管充分翻轉至設計的下一個檢查井或間斷點。翻轉工作的開始點應有足夠的高度，以確保軟管從置入點可以一直到達終點。為了使軟管與被修復（防腐）管內壁貼合，防止產生皺褶，應特別保護纖維軟管，其壓力不得超過材料的破壞應力。

（2）翻襯壓力——翻襯壓力根據軟管的直徑、材料的厚度等條件由軟管材料制造方提供，翻轉施工時應在軟管承受壓力允許范圍內，軟管一旦開始翻轉置入，其翻襯施工壓力應維持在該范圍內，直到翻轉置入工作結束。

（3）潤滑劑——為了降低軟管翻轉置入時的摩擦力，可以加入潤滑劑。加入的方法有兩種，一種是直接將潤滑劑施涂在軟管上；另一種是將潤滑劑倒入翻轉用的水中，潤滑劑應是石油提煉物，不損壞纖維軟管、鍋爐、水泵等。也不能滋生細菌影響流體的流動性。

4.4 加熱固化

待內襯管到達工作井末端后并露出約1 m的長度時，將其末端固定，接著在多出部分的內襯管上插入一些用來釋放空氣的管子,這些管子同時連接在一個放散筒上。然后一端通過翻轉車上的蒸汽鍋爐將蒸汽注入襯管內，另一端通過放散筒釋放蒸汽。這樣襯管內的溫度就開始不斷升高,達到某一恒溫直到環氧樹脂固化。內襯固化采用常溫帶壓固化。

固化時間——初步固化發生在溫度開始升高時，當軟管的表面開始固化，初步固化即結束。初步固化結束后，溫度升高至樹脂的后固化溫度，在該溫度下需要維持一段時間，供熱設施應持續工作，以確保整個軟管的固化。

環氧樹脂的固化時間取決于以下因素:工作段長度,母管直徑,地下情況,使用的蒸汽鍋爐功率，以及空氣壓縮機的流動速率。該工程采用常規參數，固化壓力為0.08 MPa，固化溫度為80℃，固化時間約10 h以內。

4.5 冷卻

在環氧樹脂固化后、靜水頭壓力或空氣壓力釋放前，停止輸入蒸汽改用冷水降溫，直到襯管內的溫度冷卻至38℃以下。冷卻過程即將冷水引至內襯管內，通過置換原用于固化的循環熱水來實現。要使管內逐漸降溫，以免使內襯管發生裂縫。在壓力釋放過程中，應特別小心，以免增大管子的真空度，破壞剛修復的管道。

4.6 管道末端處理

管線內襯固化工序完成后，切除管端多余內襯，管口端部采用專業密封膠和不銹鋼壓環使封口加強處理，保證端口不滲水。

4.7 竣工檢查

4.7.1 外觀檢測

（1）外觀檢測——施工結束后，用CCTV電視檢測設備對內襯管道進行外觀檢測。對φ800 mm以上的管道，也可以拍照片或者由人進入管內檢查。

（2）內襯管表面——已修復的內襯管應在整個被修復區域連續、無剝落、無凹凸和流通堵塞。

4.7.2 厚度檢測

（1）檢測的位置——固化后內襯管道的厚度檢測位置應該盡量避免在軟管纖維的接縫處，檢測點為內襯管的45°、135°、225°和315°的4點，然后取其平均值進行判斷。

（2）允許誤差——內襯管的設計厚度為t≤9 mm時，厚度誤差允許在0%～＋20%，內襯管的設計厚度為t≥10.5 mm時，厚度誤差允許在0%～+25%。

4.7.3 試件制作

（1）采樣數量——以每500 m施工長度為一個單位采樣進行試件制作，或按業主的要求決定采樣數量。

（2）采樣位置——試件須在施工現場直接從內襯管的端點采取。

（3）試件尺寸——試件應有足夠大，可作3～5個試塊為宜，供試驗用。

4.7.4 性能試驗

（1）試驗方法——根據GB/T2570，委托具有工程質量檢測資質的第三方進行。

（2）強度要求——物理性能檢測結果需要符合表1所列的強度要求。

表1 管道內襯材料的強度要求一覽表

4.7.5 閉水試驗

除非應業主的要求，否則一般不做。

4.7.6 資料驗收

完工后，提交完善的技術資料，包括軟管材料和樹脂材料的質量保證書，材料厚度計算書，內襯施工前后的管內CCTV錄相資料，檢測數據及施工作業照片集，用于存檔備查。

5 CIPP施工常見的質量問題及原因分析

原位固化法施工常見的質量缺陷表現為起皺、氣泡、軟弱帶、隆起、開裂等方面。

5.1 起皺

在CIPP修復工程中可能出現軸向和環向兩類皺褶。軸向皺褶產生的原因可能是老管內徑測量值不準確，內襯管直徑偏大引起；環向皺褶產生的原因可能翻轉壓力不夠、舊管道接口錯位嚴重所致。

5.2 起泡

在施工中，固化溫度過高或防滲膜與紡織毛氈粘連不牢，就可能出現氣泡現象，降低管道使用壽命。

5.3 軟弱帶

在施工中，如果未嚴格按工藝要求實施，可能會由于內襯固化不徹底，從而出現軟弱帶。如加熱溫度不夠、固化時間不足，都可能導致軟弱帶的發生。局部的可以切除后采用局部修復，嚴重的應重新返工。

5.4 隆起

管道內垃圾清除不干凈或老管道接口錯位，都可能引起內襯管的隆起。

5.5 開裂

主要原因是內襯管固化后冷卻過快引起收縮所致。

因此，在施工中應針對可能出現的質量隱患，及早采取預防措施，嚴格按施工工藝和材料性能參數的要求組織施工，確保施工質量。

6 結語

隨著城市建設的飛速發展，城市地下管網的規模不斷擴大，新建排水管道的敷設難度越來越高，相應出現管道的結構性和功能性損壞現象顯著增加。從經濟效益和社會效益角度考慮，CIPP修復技術以其施工時間短、對交通影響小、環保節能、耐久強度高及適用范圍廣等優點逐步顯現出優越性，市場占比逐年提高，逐漸成為排水管道養護維修的一個新手段。因此，對排水管道的非開挖修復技術的歸納總結和推廣應用，對保障城市排水系統的安全運行具有十分重要的意義。

非開挖技術修復管道的應用難題在于修復費用高，主要原因是有些修復材料和設備主要依賴進口，以及修復規模小，使得修復成本大幅上升。隨著修復材料和設備的逐步國產化，修復費用就會大幅降低。屆時，管道非開挖修復方法將成為排水和市政行業建設的重要組成部分，不久的將來，必將廣泛應用于城市管網的非開挖修復工作。