CIPP翻轉內襯工藝用于排水管道功能性修復

宋尚榮

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 工程概況

為了改善城市水環境，保護河流、居民飲用水等區域的水體水質，針對重慶市渝中區嘉韻山水城排水管網進行工程改造，對老城區150 m排水管道進行CCTV檢測，整段管道內壁受侵蝕而出現麻面、露出鋼筋及多處滲漏等問題。根據行業標準《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》(CJJ 181—2012)的評判標準，該段管道缺陷指數3

2 CIPP修復技術原理和施工流程

2.1 技術原理

CIPP(cured in place pipe)即原位固化法[3-5]，亦稱翻轉內襯法，是一種基于熱固化樹脂的原位固化修復技術，采用加熱或遇光固化的原理，將未成型已涂滿樹脂的軟管利用水壓或氣壓翻轉到待修復的管道內，使其樹脂軟管緊貼于管道內壁，通過加熱或紫外光照射使樹脂軟管固化，在舊管內壁形成高強度、剛性的管道內襯層，與原有管道形成復合管道體，從而達到對原有管道功能性修復的目的。

2.2 施工流程

施工按照原管道資料、現場踏勘→管道清洗清淤→氣囊封堵抽水→局部缺陷處理→CCTV內窺檢測→軟管浸漬樹脂→翻轉內襯管進入待修復管道內→內襯管加熱同時保證一定的翻轉水壓，確保內襯管緊貼于待修管道內壁→固化定型后進行降溫→端頭處理→CCTV內窺檢測→試驗及驗收→恢復通水進行。

3 CIPP修復技術設計

3.1 內襯管道壁厚計算

用于排水管道修復時，內襯管道壁厚根據《城鎮排水管道非開挖修復更新工程技術規程》 (CJJT 210—2014)計算：

(1)

(2)

q=100×(D-Dmin)/D

(3)

式(1)～(3)中，t為內襯管的壁厚，mm；D為原有舊管道的平均內徑，mm；K為圓周支持率，推薦取值為7.0.；EL為內襯管的長期彈性模量，MPa，一般可取短期彈性模量的50%，根據內襯材料選擇；C為橢圓度折減因子；P為地下水壓力，MPa；N為安全系數，推薦取值為2.0；μ為泊松比，原位固化內襯管取0.3；q為原有舊管道的橢圓度，%，取值2%；Dmin為原有舊管道的最小內徑，mm。

3.2 修復后管道過流能力計算

修復后管道的過流能力與修復前管道的過流能力的比值計算公式[6-7]：

(4)

式(4)中，B為管道修復前后過流能力比；ne為原有管道的粗糙系數，混泥土管取0.013；n1為內襯管的粗糙系數，取0.010；D1為內襯管的內徑，mm；DE為內襯管的外徑，mm。

4 工程實例

嘉韻山水城排水管網建設年限較長，待修復排水管道146 m，為DN1 200的鋼筋混凝土管，但靠近P1檢查井端處有12 m DN800的雙壁波紋管，其中4 m位于井口端、8 m位于DN1200的鋼筋混凝土管內部。經CCTV內窺檢測，管道內壁受到嚴重的侵蝕而出現麻面、露出鋼筋及多處滲漏等問題。管道修復前及預處理后內部檢測情況如圖1所示。本次管道修復方案采用CIPP(原位固化法)，由于待修復管道屬于變徑管道、變徑范圍較大，為了降低CIPP翻轉施工的風險和保證施工質量。經過研究決定，采用短管置換將4 m DN800的雙臂波紋管置換變為DN1 200，將鋼筋混凝土管內部的8 m DN800的雙壁波紋管拆除，確保整段管管徑的一致性，保證CIPP(原位固化法)翻轉修復在施工過程中順暢性。

(a)修復前管道內部檢測圖

采用式(1)～(3)計算內襯管道壁厚，本工程內襯管道外徑為1 200 mm，橢圓度q取2%，橢圓度折減因子C經計算為0.885。計算結果約為22.0 mm。單層無紡布的厚度約4.4 mm，采用5層結構，其中外層為覆膜(TPU)無紡布，內4層均為無紡布。采用式(4)計算修復后管道過流能力，經計算得管道修復前后過流能力比為118.1%，過流能力顯著增加。

修復后管道內部CCTV檢測情況如圖2所示。修復后管道經CCTV檢測，內壁表面光滑，與原管道貼合緊密，對原管道斷面影響非常小，增加了管道抵抗變形能力，延長管道使用壽命，保證管道長期正常運行。

圖2 修復后管道內部形貌

5 工程驗收

施工完成后，通過CCTV檢測對修復后的管道進行檢查，按照《城鎮排水管道非開挖修復更新工程技術規程》(CJJ/T 210—2014)，修復更新后的管道內應無明顯濕漬、滲水，嚴禁滴漏、線漏等現象，內襯管內表面應光潔、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構、使用功能的損傷和缺陷，內襯管應與原有管道貼附緊密，修復完成后需進行閉水試驗、內襯管材力學性能取樣檢測。經檢測，各項指標均符合標準規定。

6 經驗總結

6.1 預處理前預防高濃度有毒氣體

地下管線屬于有限空間，對地下管線進行預處理必須遵循《有限空間安全作業標準手冊》，嚴格實行“先通風、再檢測、后作業”。預處理前，采用專用氣體檢測儀檢測管道內部作業面氣體濃度，經檢測管道內部H2S濃度達60PPM以上，遠超報警上限(7PPM)，嚴重威脅到下井施工人員的生命安全。

針對這種環境條件，采取上井口進行強力送風、下井口進行強力抽風相結合的方式進行空氣置換；送風端采用帆布管將新鮮空氣送入井下管道內，強力通風2 h后，對管道內部一氧化碳、甲烷、硫化氫含量等有害氣體重新檢測，直到管道內氣體達到井下作業安全標準要求。同時，在預處理過程中每間隔30 min要對管道內部空氣重新檢測，確保管道內的空氣質量滿足施工要求，否則終止施工。

6.2 充填灌樹脂位點處理

在樹脂軟管的制備過程中，受壓料平臺長度和平臺拖動能力的限制，無法一次性將大量樹脂注入軟管內。采用分段進行灌注樹脂，在于每次注入樹脂量少，對壓料平臺的長度和壓料時拖動能力要求降低，壓料過程能平穩進行，保證樹脂軟管的質量。然而，分段進行灌注樹脂前必須先在軟管兩端口間開縫，通過縫口進行灌注樹脂，加注完成后會導致加注口吸附了大量的樹脂。因此，對加注口的處理及縫合帶來一定的困難。首先用丙酮清洗加注口四周的樹脂，洗凈后從內到外依次用碳纖維進行縫補。當縫補到最外面一層時，在覆膜層與次層之間放一塊隔熱膜，用抽真空修補材料-PE膜和加熱專用工具對覆膜層進行修補作業，每次能修補縫口50 mm，修補完一次就立即用碎冰塊進行冷卻，防止修補過程中因溫度升高而導致周圍樹脂發生固化反應。

6.3 翻轉尾端處理

翻轉軟管尾部處理一般小管徑軟管采用綁扎帶扎，但是本次用于翻轉軟管(DN1 200)單壁有5層無紡布，每層厚度達4.4 mm，尾端處理需把尾端軟管經多次折疊<軟管內徑，同時在內襯管中間還要插入排氣管和拉力繩才進行捆綁，翻轉過程中尾端處理好壞是翻轉修復成功的關鍵點，翻轉水壓高、對強度要求特別大，若用捆扎帶進行捆扎強度達不到要求。因此，采用自制“金屬夾板”進行綁扎，將軟管尾部折疊單獨用一層無紡布進行包裹在外側，再用“金屬夾板”壓緊夾住，把固定熱水帶的拉繩和輔助拉繩系固定在夾板上，同時用粘膠帶將尖銳金屬包裹，防止翻轉過程中軟管被劃破。自制“金屬夾板”捆扎，尾部強度高、綁扎牢固、滲水量少，滿足翻轉要求。

6.4 翻襯速度控制

在翻轉過程中由于樹脂軟管管徑較大(DN1 200)和水壓高(6 m水頭)，利用水壓將浸漬軟管翻轉到待修復管道內。然而在翻轉過程中翻轉速度難以控制，如果翻轉速度過快會導致樹脂軟管團聚及樹脂軟管膨脹不足，甚至導致水壓過載事故。此外軟管浸漬樹脂后質量較重，經現場研究決定，采用吊車輔助翻轉，同時在翻轉的前端設置一個緩沖帶(利用了未進料部分軟管的自重來平衡一部分翻轉水柱的重力)來控制翻轉速度。在軟管進行翻轉過程中，采用CCTV機器人時時檢測管道內全程翻轉情況，保證施工過程風險可控。

6.5 能量控制

熱循環熱固化前，需對軟管內翻轉水量進行評估，經計算水量約173 t(內徑1 200 mm；長度(150+6)m)；熱量計算：管內水量約173 t，考慮到循環加熱過程中尾部存在滲水現象，同時為了保證與原管道貼合緊密需要維持一定水壓需要不定時補水，經研究決定按200 t水進行能量的換算。根據樹脂軟管的固化溫度是85℃左右，加熱前循環水的溫度13℃；200 t水從室溫13℃加熱到熱固化需要的85℃所需熱量為6.048×104MW，考慮到熱損耗，按熱量的轉化效率60%計算，則需鍋爐提供的熱量為1.008×105MW，若用一臺1.2 MW的鍋爐加熱，熱循環加熱所需時間23.5 h，加熱時間過長，根據現場研究決定采用兩臺1.2 MW鍋爐。

6.6 熱循環加熱熱度控制

一次翻轉150 m，管徑DN1 200，熱循環加熱時易形成層流，溫度不均，采取尾部、中間、前端三處熱電偶測溫，中間熱電偶事先導入。溫度的控制為每0.5 h最高10℃，當溫度升高到60℃后，每升高10℃再保溫0.5 h再升溫，直至85℃后循環2 h以上，待樹脂軟管固化成型再緩慢降溫。如果升溫太快會造成樹脂軟管固化成型后內表面出現起泡，升溫速率過慢樹脂軟管固化成型的強度達不到檢測標準；同時降溫太快可能會造成內層管道回縮，導致與原管道脫落，對修復質量造成影響。

7 結束語

本工程管道修復從現場準備到固化完成并恢復通水在24 h內完成。施工過程中基本不影響現狀道路的正常通行，施工時噪聲低、對環境影響小。此外，經過設計人員的精心設計、相關問題的及時解決，軟管樹脂浸漬質量好、翻轉速度控制適中、溫度控制適宜，獲得良好的固化效果。同時固化內襯管耐腐蝕、材料強度高、質量可靠，使用壽命延長30～50年。管道斷面損失小、表面光滑，能夠顯著提高原有管道過水能力，滿足原管道的設計要求。

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