紫外光固化法在排水管網(wǎng)修復(fù)工程中的應(yīng)用

李耀龍

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西西安 710054）

0 引言

國內(nèi)早期城市發(fā)展中地下管網(wǎng)普遍存在“重地上，輕地下”的現(xiàn)象，管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較國外低，加上管道修建年代久遠(yuǎn)，大量管道出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，不僅降低了管網(wǎng)的排水能力，而且引發(fā)了污水溢流、地下水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)、市政道路塌陷等諸多問題，嚴(yán)重影響城市壞境及安全，故城市排水管網(wǎng)修復(fù)刻不容緩[1]。

1 工程背景

東曉南路為海珠區(qū)的一條南北走向的交通主干道，上方高架橋?yàn)橹鲗?dǎo)道，下方輔導(dǎo)為（單側(cè)）3 車道，交通量較大，路邊緊鄰商鋪，輔道下方除了污水管道之外，周邊還存在雨水管、燃?xì)狻⑼ㄐ拧⒆詠硭艿榷喾N市政管道，故施工過程中交通疏導(dǎo)、安全文明施工等為項(xiàng)目重點(diǎn)控制目標(biāo)。

本項(xiàng)目東曉南路東側(cè)污水路面發(fā)生部分塌陷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)主要原因?yàn)楣艿罎B漏引起管道周邊水土流失，導(dǎo)致道路下方脫空而塌陷。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行了搶修處理。為杜絕其他位置再次發(fā)生類似事件，對(duì)東曉南路污水管道進(jìn)行全面摸查，并制定科學(xué)的修復(fù)方案，快速有效地完成管道缺陷修復(fù)，恢復(fù)該管道的結(jié)構(gòu)與功能，同時(shí)保證市民的出行安全。

2 管道摸查與評(píng)估

2.1 交通疏導(dǎo)

施工地點(diǎn)位于市政交通主線，交通量大，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采用錯(cuò)峰作業(yè)。通過交警部門溝通報(bào)備后，采用鐵馬（安裝警示燈）、錐桶對(duì)管道所在車道進(jìn)行圍蔽，并在來車方向設(shè)置施工警示牌、及爆閃燈，同時(shí)安排專業(yè)交通疏導(dǎo)確保交通通暢。

2.2 管道封堵及導(dǎo)水

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)待檢測(cè)段進(jìn)行管道通風(fēng)及氣體檢測(cè)合格后，專業(yè)潛水員采用氣囊對(duì)待檢測(cè)段管道兩端及支管進(jìn)行封堵。然后根據(jù)管道流量，采用200mm 口徑潛污泵對(duì)管道上游污水進(jìn)行導(dǎo)排，避免管道上游污水溢流，同時(shí)保證迎水端氣囊安全。再采用100mm 污水泵對(duì)待檢測(cè)管段內(nèi)污水進(jìn)行抽排，為CCTV 機(jī)器人作業(yè)提供合適的工作環(huán)境。

2.3 管道檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)CCTV 機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試后，在控制電腦上設(shè)置好管道檢測(cè)信息，然后將機(jī)器人從檢查井下放至管道內(nèi)，檢測(cè)員通過控制電腦操控機(jī)器人在管道行走獲取內(nèi)窺影像，對(duì)管道內(nèi)的缺陷位置進(jìn)行重點(diǎn)拍攝，對(duì)獲取視頻進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)及分析，形成管道檢測(cè)報(bào)告。

3 制定修復(fù)方案

3.1 管道缺陷情況介紹

現(xiàn)場(chǎng)通過管道CCTV 機(jī)器人對(duì)W3～W25 共22 段管道（管道為D900 鋼筋混凝土管，埋深3.5～4.5m）進(jìn)行內(nèi)窺檢查，其中18段管道存在嚴(yán)重缺陷，涉及管道594.5m，其中二級(jí)以上腐蝕、錯(cuò)口、滲漏、脫節(jié)、接口處材料脫落等結(jié)構(gòu)性缺陷及障礙物、沉積等功能性缺陷36 處。

3.2 確定管道修復(fù)方案

由于管道缺陷眾多且較嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響管道結(jié)構(gòu)安全及正常使用。考慮到管道所在位置，交通壓力大、周邊管線多、緊鄰高架橋及房屋，若采用開挖修復(fù)，存在施工風(fēng)險(xiǎn)高、橋梁（房屋）保護(hù)投入大、施工周期長(zhǎng)、環(huán)境影響大等問題，因此本工程采用非開挖修復(fù)法，加之管道缺陷密度大，需對(duì)管道整體修復(fù)。紫外光固化法具有工藝成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、安全風(fēng)險(xiǎn)低、質(zhì)量易保證等特點(diǎn)，而且修復(fù)后管道的整體強(qiáng)度、環(huán)剛度及管道水密性等綜合性能要高于其他的方法，故本工程采用紫外光固化法，如圖1 所示。

圖1 紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)

紫外光固化法修復(fù)所用的材料主要為玻璃纖維軟管，因本工程管道缺陷較為嚴(yán)重，需對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修復(fù)，采用玻璃纖維增強(qiáng)CIPP 結(jié)構(gòu)性修復(fù)，對(duì)于埋深為3.5～4.5m 的D900 管道，采用壁厚為10.28～11.54mm 的玻璃纖維軟管。

4 管道紫外固化法修復(fù)

4.1 工藝流程（見圖2）

圖2 紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)工藝流程

4.2 管道通風(fēng)檢測(cè)及封堵導(dǎo)流

施工作業(yè)前，需進(jìn)行管道通風(fēng)及氣體檢測(cè)，控制井內(nèi)CO 含量小于16ppm、H2S 含量小于6.6ppm、甲烷等可燃?xì)怏w含量低于0.5%、氧氣含量不小于19.5%同時(shí)小于23.5%，作業(yè)人員下井作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)。為給管道修復(fù)作業(yè)提供作業(yè)條件，必須將管道修復(fù)區(qū)段上下游進(jìn)行臨時(shí)封堵，然后對(duì)修復(fù)區(qū)段的污水進(jìn)行抽排及上游污水的導(dǎo)排。管道臨時(shí)封堵采用氣囊管堵進(jìn)行封堵，氣囊尺寸應(yīng)與待封堵管道尺寸相符，氣囊在使用前，應(yīng)完好無損無氧化現(xiàn)象方能用于管道封堵。

4.3 管道清洗及局部處理

在進(jìn)行作業(yè)之前對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)處理，保障管道內(nèi)表面潔凈。管道預(yù)處理包括對(duì)井室內(nèi)雜物、管道內(nèi)沉積、結(jié)垢進(jìn)行清理。井室內(nèi)雜物清理采用人工清理，管道內(nèi)結(jié)垢采用銑刀機(jī)器人進(jìn)行清理。對(duì)于管道存在的沉積物，堵水抽水后使用高壓清洗車進(jìn)行疏通，使管壁周圍清潔，并用吸污車將管道下游檢查井內(nèi)沖出的淤泥、沉積物進(jìn)行吸取清理。

4.4 CCTV 檢測(cè)合格

為保證修復(fù)固化材料進(jìn)入管道前管道內(nèi)壁無浮渣沉積物滿足修復(fù)要求，需對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行CCTV 修復(fù)前管道內(nèi)壁進(jìn)行確認(rèn)，以保障固化材料順利導(dǎo)入。

4.5 拉入內(nèi)襯軟管

4.5.1 拉入底膜、安裝牽拉限制滑輪

為防止內(nèi)襯軟管在拉入舊管時(shí)與管底摩擦，致使襯管受損害，拉入軟管之前在原有管道內(nèi)鋪設(shè)墊膜并固定在原有管道兩端，墊膜覆于原有管道底部，且覆蓋大于1/3 管道周長(zhǎng)，長(zhǎng)度控制在兩端各超出舊管道800mm。墊膜拉展鋪平后，兩端用壓條固定。

4.5.2 軟管折疊、平整拉入原有管道

沿管底墊膜將浸漬樹脂軟管平穩(wěn)、緩慢地拉入原管道，拉入軟管過程中，不得磨損或劃傷軟管，兩端應(yīng)比原有管道長(zhǎng)出300～600mm；軟管拉入后，宜對(duì)折放置在軟墊底膜上。

4.6 端口安裝、綁扎

在要固化軟管兩端各安裝一個(gè)扎頭。扎頭安裝好后，連接風(fēng)機(jī)與扎頭之間的氣管、氣壓表管，兩端先外套相應(yīng)規(guī)格的扎頭袋，以保護(hù)軟管外露部分在充氣時(shí)不致過度膨脹；將相應(yīng)規(guī)格的扎頭完全插入軟管后進(jìn)行綁扎，綁扎宜使用二個(gè)扎緊方向相反的緊繩器，扎頭安裝后整平扎頭袋，應(yīng)使扎頭袋（或扎頭布）的內(nèi)端插入舊管道管口0.2m 以上，外端超出扎頭。

4.7 紫外光固化設(shè)備安裝及軟管沖氣

開啟臨時(shí)供電及高壓風(fēng)機(jī)，待高壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行2min 后，開啟高壓風(fēng)管排氣閥使壓縮空氣進(jìn)入軟管內(nèi)。通過排氣閥控制軟管內(nèi)空氣的流量使軟管內(nèi)氣壓上升速度為10mbar/min；當(dāng)軟管內(nèi)氣壓達(dá)到100mbar 時(shí)，應(yīng)通過排氣閥控制使軟管內(nèi)氣壓上升速度為50mbar/min，當(dāng)氣壓達(dá)到200mbar 時(shí)，通過排氣閥控制使軟管內(nèi)氣壓保壓40min[2]。

4.8 紫外光固化

紫外燈架的行走速度應(yīng)能保證軟管樹脂固化完全，根據(jù)樹脂材料的最佳固化時(shí)間、內(nèi)襯管管徑和壁厚合理控制紫外光燈的前進(jìn)速度。

初始階段行走速度宜控制在0.20～0.30m/min，過程中通過控制臺(tái)觀察紫外燈架行走里程并留意線纜標(biāo)記。當(dāng)距離終點(diǎn)0.5m時(shí)，行走速度控制在0.20～0.30m/min[3]。紫外光固化過程中，內(nèi)襯管內(nèi)保持一定的空氣壓力使內(nèi)襯管與原有管緊密接觸，樹脂固化完成后，關(guān)閉空壓機(jī)并緩慢降低管內(nèi)壓力。管內(nèi)壓力降至大氣壓后，應(yīng)先拆除滾筒和滑輪，再拆除充氣管、扎頭端蓋，最后取出紫外燈架，并卸下控制電纜、牽引繩。

4.9 端口及支線處理

修復(fù)管道完成全內(nèi)襯固化施工后，使用切割機(jī)切除固化后多余的內(nèi)襯管，并在內(nèi)襯管口與待修復(fù)管口的縫隙涂速凝型快速止水物或安裝密封止水條，防止修復(fù)內(nèi)襯管道與檢查井側(cè)壁發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

4.10 視頻檢測(cè)及質(zhì)量驗(yàn)收

管道修復(fù)完成后采用CCTV 檢測(cè)管道修復(fù)后的外觀質(zhì)量。管道內(nèi)壁平順無褶皺、凸起等現(xiàn)象。

5 效益分析

本工程D900 管道594.5m，對(duì)比傳統(tǒng)的開挖換管修復(fù)方法，在經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)社會(huì)效益有較大的提升，其中社會(huì)效益主要表現(xiàn)在降低了施工對(duì)城市居民的影響；經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在施工措施、施工工期節(jié)約，減少項(xiàng)目成本投入。本工程紫外光固化法工期30d，傳統(tǒng)開挖工期需70d，管道經(jīng)濟(jì)對(duì)比差值為337萬。

6 小結(jié)

紫外光固化法無須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行開挖，施工不受周邊其他管線影響，也不會(huì)對(duì)附近建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生任何擾動(dòng)，安全性、修復(fù)效率高，可最大程度減小施工對(duì)城市居民日常生活的影響，可用于修復(fù)混凝土管、HDPE 塑料管、玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、鋼管等各種管道的修復(fù)，同時(shí)D300～D1500 各級(jí)管徑管道適用，主要針對(duì)管道整體性修復(fù)，可根據(jù)管道破壞情況進(jìn)行半結(jié)構(gòu)性修復(fù)或結(jié)構(gòu)性修復(fù)，固化后的玻璃纖維內(nèi)襯管可根據(jù)設(shè)計(jì)需要具有一定強(qiáng)度及剛度，可與原有管道共同承受管道內(nèi)部的水壓及管道外部的水土壓力。修復(fù)后管道水密性高，管道內(nèi)表平整光滑，降低了管道水力摩阻系數(shù)，對(duì)管道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及運(yùn)營能力有極大的提高。主要缺點(diǎn)是無法修復(fù)管道Ⅱ級(jí)及以上的變形缺陷，其主要材料玻璃纖維內(nèi)襯軟管內(nèi)有感光材料，會(huì)因高溫和光線照射導(dǎo)致內(nèi)襯材料固化而報(bào)廢，運(yùn)輸、保管要求較高。總體而言，采用紫外光固化法修復(fù)地下管網(wǎng)是一種較好的選擇方案，在同類工程有較好的參考及借鑒價(jià)值。