原位固化法(CIPP)軟管浸漬樹脂過程控制研究

周永娜

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 研究背景

隨著城市快速發(fā)展，我國地下管網(wǎng)的建設(shè)也越來越錯綜復(fù)雜，管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，至2017年底，全國城鎮(zhèn)排水管渠總長度達(dá)82.01萬km[1]，且每年按6%的速率增長。我國20世紀(jì)80年代以前修建的排水管道長度達(dá)3.59萬km[2]，一些老城區(qū)地下管網(wǎng)由于鋪設(shè)年代久遠(yuǎn)，加之管道鋪設(shè)工藝落后、管道材料的耐久性不夠、管道維護(hù)不及時等多種因素，導(dǎo)致部分管道出現(xiàn)了破裂、變形、滲漏、塌陷、脫節(jié)等病害情況。由于地下管道問題導(dǎo)致的道路塌陷、行洪不暢、在城市看海等現(xiàn)象屢見不鮮，這嚴(yán)重影響了我國城市管網(wǎng)的正常運行，導(dǎo)致交通堵塞，甚至危害人們的生命財產(chǎn)安全。因此，急需對病害管道進(jìn)行摸底普查和修復(fù)。

近年來，隨著技術(shù)成熟性和可靠性增加，我國管道非開挖技術(shù)發(fā)展迅速[3]，對施工工藝要求越來越高。針對重慶市渝中區(qū)嘉韻山水城排水管網(wǎng)改造工程(管徑DN1 200)長度150 m破損管道進(jìn)行原位固化法(CIPP)翻轉(zhuǎn)修復(fù)。本文主要對樹脂軟管的制作工藝進(jìn)行了研究，其研究內(nèi)容對排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)樹脂軟管的制作具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

2 CIPP翻轉(zhuǎn)法工藝特點

CIPP是Cured In Place Pipe的英文縮寫，稱原位固化法，是由英國1971年研制成功的管道修復(fù)技術(shù)。CIPP適用于圓形、矩形、蛋形和三角形等各種管材的管道修復(fù)，修復(fù)管徑范圍100～2 700 mm，一次性最長修復(fù)管道500 m，能進(jìn)行彎曲(≤90°)管道修復(fù)[4-5]，可延長管道壽命30～50年。

原位固化法[6-10](CIPP)是翻轉(zhuǎn)或拉入方式將浸漬樹脂的軟管置入原有管道內(nèi)，利用壓縮空氣或水使樹脂軟管膨脹并緊貼在舊管內(nèi)。經(jīng)溫水循環(huán)加熱使軟管硬化成型，在待修復(fù)管道內(nèi)壁形成較高強(qiáng)度的內(nèi)襯。該修復(fù)技術(shù)修復(fù)后的管道內(nèi)壁光滑，強(qiáng)度高、質(zhì)量可靠。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

管道臨時封堵及上下臨時排水→管道沖洗及清理雜物→缺陷預(yù)處理→CCTV內(nèi)窺檢測→翻襯平臺搭建→樹脂軟管制作及儲運→CIPP翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯→熱水循環(huán)加熱固化→頭端處理→CCTV內(nèi)窺檢測→試驗及驗收→恢復(fù)通水。本文只對樹脂軟管制作進(jìn)行了研究。

3.2 樹脂軟管制作

為了進(jìn)一步降低修復(fù)成本，減少翻轉(zhuǎn)次數(shù)及材料的浪費，本工程項目計劃通過壓料平臺一次性浸漬壓料150 m，完成該段破損管道的修復(fù)。然而軟管尺寸和浸漬量過大，如果壓料平臺長度不足，多余的軟管置于平臺外，壓料過程中人工無法移動平臺外的軟管，即便能移動軟管，也無法保證壓料過程的平穩(wěn)性，浸漬軟管的質(zhì)量得不到保障。

通過對前期壓料平臺進(jìn)行了優(yōu)化整改，從單一面向立體進(jìn)行設(shè)計，最終設(shè)計成Z型結(jié)構(gòu)。在壓料過程中，將充裝樹脂的軟管置于壓料平臺上平面，未充裝樹脂的軟管置于下層平面，確保在滾筒的帶動下壓料能夠平穩(wěn)性進(jìn)行，從而解決了因車間長度而造成壓料平臺長度不足的難題。

3.2.2 樹脂的配制

根據(jù)軟管規(guī)格DN1 200，軟管長150 m，壁厚22.5 mm，內(nèi)襯管材的孔隙率85.4%，計算出樹脂的用量；此外，考慮到樹脂的聚合作用及滲入待修復(fù)管道縫隙和連接部位，增加5%～15%樹脂充填[11]。經(jīng)計算得到每米軟管需要不飽和熱固性樹脂用量71.67 kg，共計不飽和熱固性樹脂10 895.0 kg。不飽和樹脂/粉末固化劑/液體固化劑/苯乙烯質(zhì)量比193∶2∶1∶4，其中不飽和樹脂10 513.7 kg，粉末固化劑108 950.0 g，液體固化劑54 475.0 g，苯乙烯217.9 kg。為了降低因稱量帶來的質(zhì)量誤差，保證固化效果處于最佳配比，采用精度1 g的電子稱稱量粉末固化劑及液體固化劑；采用精度0.5 kg的泵稱稱量苯乙烯及不飽和樹脂。

3.2.3 樹脂攪拌

采用攪拌桶對樹脂和固化劑進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌桶采用t=4 mm的304不銹鋼制作，直徑φ=1200 mm，高度1 300 mm，攪拌器采用懸擘式，轉(zhuǎn)速n=0～3000 r/min轉(zhuǎn)可調(diào)，可正反方向旋轉(zhuǎn)。計算出150 m軟管大約浸漬11 t的樹脂，攪拌工作量大。對此，設(shè)計制作兩個攪拌桶，1個加料，1個攪拌，循環(huán)操作，提高了攪拌和加料的工作效率。

先稱取不飽和樹脂倒入攪拌桶中；再依次稱取粉末固化劑、苯乙烯、液體固化劑分別倒入同一個塑料桶中，攪均。同時稱量過程中要填寫《樹脂配制過程稱重記錄表》。開啟攪拌桶中的攪拌器，對不飽和樹脂進(jìn)行緩慢攪拌，同時緩慢加入塑料桶中的固化劑。攪拌30 min，攪拌時不能起明顯漩渦，否則會進(jìn)入空氣，從而產(chǎn)生氣泡，會影響后面軟管的浸漬效果。攪拌轉(zhuǎn)速在600～900 r/min。攪拌時要記錄開始及結(jié)束攪拌的時間和溫度。當(dāng)攪拌桶壁至放料口閥門段時沒進(jìn)行攪拌，無固化劑。解決辦法是先攪拌15～20 min，放出一小桶(盆)料，關(guān)閉放料閥，將其倒入攪拌桶內(nèi)繼續(xù)攪拌。待攪拌均勻，停留時間不得超過20 min，否則應(yīng)冷藏于低于15℃，冷藏時間不得超過3 h[12]。

3.2.4 抽真空

產(chǎn)教融合發(fā)展工程于2016年開始啟動實施，該工程的目的是為了加快建設(shè)現(xiàn)代職業(yè)教育體系，全面增強(qiáng)職業(yè)教育服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展能力，由中央和地方政府共同組織實施。主要對象為中等職業(yè)學(xué)校(含技工學(xué)校)、高等職業(yè)院校和應(yīng)用型本科高校?？梢悦黠@看出，“卓計劃”主要在本科及以上層次的高校開展，而產(chǎn)教融合發(fā)展工程是針對開展職業(yè)教育的高校，這就形成了合理的人才培養(yǎng)梯度，既有應(yīng)用型技術(shù)人才，又有高層次拔尖創(chuàng)新人才，符合經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要。

軟管在浸漬壓料前，必須保證軟管內(nèi)部沒有氣體，因此要對軟管進(jìn)行抽真空，只有保證軟管內(nèi)處于真空狀態(tài)，浸漬壓料過程中樹脂與軟管才會充分接觸，提高浸漬效果。

將待浸漬軟管平鋪且置于壓料平臺上，軟管兩端口插入吸氣管，用塑料粘膠帶密封，塑料粘膠帶要求有彈性，防止抽真空過程中外界氣體進(jìn)入到軟管內(nèi)，達(dá)不到抽真空的效果。開起真空泵，若壓料軟管太長導(dǎo)致軟管中間某些位置氣體不能徹底抽出，應(yīng)在軟管兩端口間開孔抽真空，開口位置盡量靠近端部平整處。

向軟管加樹脂過程中可能會帶入一些空氣，一般每間隔10 m補(bǔ)抽一次真空，切口選擇在軟管平整的位置，用專用切割刀將覆膜層劃一個十字口，同時將十字口的覆膜層與纖維無紡布剝離開，再將抽真空吸盤吸住十字口。若軟管內(nèi)真空度達(dá)不到設(shè)定時，可增加抽真空點位。

抽真空后，移開抽真空吸盤后迅速打上補(bǔ)丁。采用特定的補(bǔ)丁布(塑料帶，白色)鋪在抽真空十字口處，用已預(yù)熱好的專用加熱器壓在補(bǔ)丁布上約10 s，移開加熱器，同時用專用滾筒滾壓。預(yù)熱溫度為190℃～200℃時效果最佳。

3.2.5 樹脂充裝

將已配制好的樹脂加入到待填充樹脂的軟管內(nèi)(軟管中間，非夾層)，加料時應(yīng)稱取加入樹脂的凈重，以便復(fù)核每米軟管浸漬用量的正確性。將軟管一個封口劃開進(jìn)行加料，加料端預(yù)留出扎尾端頭子的長度約300～500 mm，同時將軟管折疊壓實，防止空氣進(jìn)入到整根軟管中，折疊處距端面長度以去除扎頭長度后能裝進(jìn)第一次加料的容量即可。第一次加料進(jìn)去后因有樹脂的密封，空氣不會再進(jìn)入軟管內(nèi)。

此外，為了防止加料過程中因劃開軟管端口的密封膠帶進(jìn)入空氣，采用隔膜泵進(jìn)行加料，在抽真空前，先將隔膜泵的加注管和真空管同時插入軟管內(nèi)并進(jìn)行端口密封。因此，加料時不用劃開密封膠帶，可直接進(jìn)行加料，軟管內(nèi)真空度高，加料及填充速度快。

加料時，受壓料平臺上平面長度和該段軟管容量的限制，不可能一次從軟管端頭完成約11 t樹脂的灌注，為了解決這個難題，可以通過從軟管兩端口之間進(jìn)行開口，分批次進(jìn)行加注樹脂；但是從軟管兩端口之間開口加注樹脂風(fēng)險較高，加注樹脂時樹脂會自動向上吸附，即使提高加注口位置，還是無法避免加注口附著大量樹脂。

加注口的處理及縫補(bǔ)。加注口吸附了大量的樹脂，首先用丙酮清洗加注口四周的樹脂，洗凈后用碳纖維縫補(bǔ)加注口。加注口開縫長約200 mm，用碳纖維線縫補(bǔ)5～6針，依次從內(nèi)到外進(jìn)行縫補(bǔ)，當(dāng)縫補(bǔ)到最外面一層時，在外層與次層之間放一塊無紡布隔離，縫補(bǔ)好后用碎冰冷卻；用抽真空修補(bǔ)材料PE膜和加熱專用工具正常修補(bǔ)作業(yè)，每次能修補(bǔ)縫口50 mm，每修補(bǔ)完一次立即用碎冰塊進(jìn)行冷卻，防止修補(bǔ)過程中因溫度升高而導(dǎo)致周圍樹脂發(fā)生固化反應(yīng)。依次完成整條縫的修補(bǔ)，修補(bǔ)效果最佳。

3.2.6 定厚壓料

浸漬壓料前，將壓料平臺滾筒間距調(diào)到軟管設(shè)計厚度(t)的兩倍，考慮到樹脂的聚合作用及滲入待修復(fù)管道縫隙和連接部位粘接更牢固，確保軟管攜帶一定余量的樹脂，間距增加2 mm；再用間隙塊實測核對無誤后方可開機(jī)壓料。

劃開加料端口的密封膠帶，另一端繼續(xù)抽真空，加料端軟管頭順入滾筒間，開啟壓料平臺，滾筒轉(zhuǎn)速要適當(dāng)。壓料過程中要注意軟管端面均勻推移且浸漬要均勻，不能讓樹脂包裹區(qū)域有空氣，從而導(dǎo)致樹脂與軟管之間不能充分接觸。此外，壓料過程中隨時監(jiān)測滾筒的間距，防止因平臺震動等因素導(dǎo)致滾筒間距發(fā)生改變。當(dāng)壓料長度>30 m時，每壓料10 m進(jìn)行一次校準(zhǔn)；當(dāng)壓料長度≤30 m時，每壓料到軟管長度的1/4、1/2、3/4處時各校準(zhǔn)一次。

當(dāng)壓料段臨近抽真空段2～5 m時暫停壓料，讓抽真空點補(bǔ)丁冷卻(補(bǔ)丁處加碎冰或冰水冷卻)。確認(rèn)抽真空點補(bǔ)丁冷卻后才能讓樹脂材料進(jìn)行補(bǔ)丁點受熱影響范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

原位固化法(CIPP)樹脂軟管的制作過程控制看似簡單，但要完成一次性大管徑、長距離工程修復(fù)，給施工帶來嚴(yán)峻的考驗；此外，樹脂軟管制作工藝更是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，軟管浸漬量大，不能一次性從軟管端口填裝完樹脂，必須在壓料過程中在軟管兩端口之間進(jìn)行開口加注樹脂，該操作若有不慎就會導(dǎo)致軟管浸漬失敗。本文所述方法在重慶市渝中區(qū)嘉韻山水城排水管網(wǎng)改造工程(管徑DN1 200)中長度150 m破損管道的翻轉(zhuǎn)修復(fù)取得圓滿成功，為非開挖修復(fù)積累了豐富的施工經(jīng)驗。

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