紫外光固化修復技術在水仙大街管網施工中的應用研究

林天池

（漳州城投地產集團有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

由于我國城市發(fā)展速度快，交通復雜，以往應用的開挖換管方式會對交通造成干擾和不便。紫外光固化技術為城市管道的維護問題提供了一個很好的便利性維修方式。紫外光固化技術是自德國引進的一種新的非管道開挖修復技術。紫外光固化技術實用性強、施工效率高、不會過度占用施工場地。自2008 年德國紫外光固化技術引入我國以來，已在廣東、上海、江蘇、福建、山東等地進行了實際應用，現如今已成為市政管固化修復技術的主流。

1 工程概況

該項目位于漳州市薌城區(qū)至龍文區(qū)的水仙大街（新華南路至浦頭港主港段）道路改造工程。該項目起點樁號為K0+000 位于水仙街與新華南路交匯處，終點樁號為K2+745.813 位于浦頭港主港與水仙大街交匯處。主要涉及的道路（機動車道、非機動車道和人行道）、交通工程、雨水管道、污水管道、水管、電力和通信電纜管道、路燈和綠色設施，改建道路用材為瀝青混凝土，車行道設計面積為114563m。北側污水管道為混凝土管道，應用非開挖紫外光固化技術進行修復，修復管道全長2673m：管徑d1000，管道長度702m；管徑d1350，管長837m；管徑d600～d1200，管道長度約494m；管道直徑為d1200，管道長度約為640m，待修復管道統(tǒng)計如表1 所示。

表1 待修復污水管道統(tǒng)計表

2 施工工藝

2.1 紫外光固化修復技術應用原理

用紫外光對管道施工時，紫外光應用前必須滿足一定的應用條件要求，紫外光波長為320～390nm，照射作用可以促進UV 固化膠內引發(fā)劑的分解、自由基的產生，引發(fā)丙烯酸類樹脂的反應和薄膜的快速固化。明確對該技術原理的認識，是實際修復工作中能夠有效應用此項技術的前提。為了滿足預期的維修目標，在使用紫外光固化技術時，必須充分掌握該技術的應用原理。更具體地說，就是這項技術的設計應用只需要用到小型卷揚機設備，就可以將纖維軟管拉入需要維修的管道中進行后續(xù)工作，然后用壓縮空氣擴張軟管，并將其連接到待維修管的內壁上，確保在使用紫外光硬化軟管之前達到緊貼效果。紫外光固化流程如圖1 所示。紫外光固化技術的本質是將基礎完整管道結構融入新的一部分將其嵌入現有管道中，從而提高老化管道性能，可以有效提高管道的硬度和耐腐蝕性。由于該技術的原理是在原有管道的基礎上進行后續(xù)施工，因此無需改變管道的位置或結構，但對施工人員的精度和穩(wěn)定性把控提出了更高的要求，只有軟管精準穩(wěn)定地嵌入舊管道之中，才能保證實際的紫外光固化技術的應用達到最佳效果。

圖1 紫外光固化流程圖

2.2 紫外光固化修復技術優(yōu)勢

新修復技術的應用一方面得益于現代城市建設質量的快速提高，另一方面適應了現代管道修復的實用性以及經濟成本的要求。具體來講，采用紫外光固化修復技術具有以下幾方面優(yōu)點：不會對環(huán)境產生污染問題，紫外光固化技術主要基于紫外光照射作用，施工過程不會產生對環(huán)境有污染的化學物質。此外，紫外光照射的工作方法相對容易掌握，便于專業(yè)施工人員應用。該項目施工方法采用光固化樹脂材料，一般應用的軟管材料都為玻璃纖維，具有良好的韌性和高強度，固化后的涂層具有較高的強度和耐腐蝕性。可以全程監(jiān)控固化過程，以確保維修質量。修復后的管道內壁比原來的混凝土材料更平滑，從而提高了溢流和輸送能力。紫外光固化技術的使用省去了大面積開挖的施工環(huán)節(jié)，避免了對高交通量道路的封閉，防止出現大流量道路的擁堵問題。在環(huán)境方面，不會有大量的灰塵污染環(huán)境。不會對人們的生活產生重大影響。紫外光固化不需要傳統(tǒng)的開挖和其他大型機器，其施工進度快，短時就可完成固化，修復后就能投入使用。

該技術的應用具有很高的效率，效率是從整體流程上來講的，紫外光固化技術僅用紫外光照射管道對應需要修復的區(qū)域，然后進行簡單的維護處理，對維修處進行對應的養(yǎng)護工作，就能夠完成整個維修過程。整個項目具有施工時間短、施工綜合成本少、施工作業(yè)面小、技術應用效率高的綜合技術優(yōu)勢，在現代城市管道大量維修壓力下，促進了維修質量和效率的雙向提高，這也是該技術在管道修復工作中普及應用的重要因素。該技術在施工過程中不需要用到大型設備，并且紫外光本身也不存在安全隱患，只要施工人員遵守操作規(guī)程、發(fā)揮正常的操作水平，安全事故發(fā)生的概率也會極低。該技術的使用在確保安全、確保質量、縮短工期、提高工作效率、控制成本方面得到了很好的體現，對于項目建設來說，實施的安全保障性高，社會效益也就很高。

3 施工流程

3.1 前期處理環(huán)節(jié)

施工前必須對作業(yè)管位范圍進行施工隔離，確保施工安全。施工人員在施工前應對管道進行通風處理，并進行相應的現場勘查工作，下井前，應使用氣體探測器進行井下空氣檢測，確認井內無有毒氣體后，將氣囊放置在上下游檢查井處，水仙大街項目為了實現紫外光固化修復管道，還需要執(zhí)行一系列煩瑣的、經過多方專家論證及主管部門批準的污水導排方案，臨時調整污水管道排水路徑，才能確保待修管段暫時停用，以便修復施工。

前期工作是否充足非常重要，它將嚴重影響整個修復項目的施工質量，是整個后續(xù)工作的基礎。管道修復施工前應及時有效地清除原需要維修管道中的各種生活垃圾等各種雜物，為后續(xù)的維修工作提供足夠的施工空間，以此來實現軟管固化工作，且保證修復后的有效管徑。水仙大街項目要求的施工期短，為節(jié)省施工時間，采用氣囊封堵法對維修管段的上下游管道進行封堵；施工開始前先利用上下游污水泵站配合地面拖式車泵聯(lián)合運轉降排水，以抽排作業(yè)段內的污水、控制管內水位、實施導排等工作，為清淤、管道內窺和管道維修創(chuàng)造條件。首先，通過高壓沖洗和吸污車，以疏通與吸污相結合的清潔方式，對管道進行清理，通過吸污車吸出廢水后，再對其進行手動清洗。人工清洗前應測定管道的有毒氣體和氧氣含量，過程中加強監(jiān)測。為了保證清理質量，實際清理工作中，應將管道內各類雜物輸送到管道外部，且因污廢水廢氣長期的腐蝕作用而產生破損或造成結構性損壞，這些都需要預先制定維修計劃，以確保修復后管道結構足夠完整能夠實現正常的管道效用。快硬水泥砂漿通常用作修補接口界面區(qū)域的原材料，發(fā)生破損或漏水的區(qū)域可以提前進行修補。砂漿補漏作業(yè)中還應考慮管道本身的規(guī)格，并根據不同的管道規(guī)格選擇使用對應的注漿施工方式。

3.2 CCTV 檢測環(huán)節(jié)

此工作環(huán)節(jié)主要是對舊管道實際基本修復效果進行檢測。由于檢測所需的主要設備是閉路電視，因此該步驟被稱為“CCTV 檢測”環(huán)節(jié)。檢測工作的重點是基礎修復前及管道實際投入使用后的檢查和記錄，對修復前實際工況及投入使用后的是否符合應用標準進行檢測。此外，本檢測方法的應用可形成完整的系統(tǒng)檢查報告，該報告構成后續(xù)施工工作的基礎依據。對于軟管的采購人員來講，他們還需要對檢測數據進行了解與掌握，只有全面了解整體施工的各個流程，才能保證后續(xù)的施工建設正常進行，并最終取得良好的施工效果。CCTV 傳輸的圖像顯示，一些管道存在嚴重的結構破損問題，如管道接口漏水嚴重、支管暗接、破裂等問題。為了確保管道的穩(wěn)定性，在維修管道的前期，需要對管道進行預先處理以及部分維修工作，漏水部分進行防水處理，必須在管道塌陷位置上添加填料，避免管道病害的后續(xù)來源，避免對整體維修質量造成任何損害。

3.3 固化操作環(huán)節(jié)

在實際紫外光固化操作過程中，因化學反應過程需要一定的環(huán)境基礎，因此必須嚴格規(guī)劃和實施實際固化操作，制定規(guī)范化流程。具體來說，包括以下兩個步驟。第一，將保護膜引入管道。該步驟旨在保護進入管道內部內襯的軟管本身。該操作的中心點是確保保護膜的性能和尺寸滿足管道本身的要求，以避免保護膜因規(guī)格不正確而無法發(fā)揮有效作用。第二，將軟管引入管道內部。軟管引入工作是重要的工作流程，對后續(xù)紫外光固化質量起到重要作用，由于現代管道維修的技術特點和現狀，管道維修技術中使用的內管主要是玻璃纖維管。進行管道維修前，在管道兩端安裝導輪，并將其連接到牽引裝置上，在原有管道底部鋪置底膜，寬度大于管周長的1/3，兩端必須固定。在拖動軟管時避免摩擦對軟管造成損害。用牽引裝置將軟管送入管道內，牽引力不得大于245kN，牽引速度不得大于5m/min，軟管軸向拉伸率必須小于2%，確保牽引過程以均勻的速度進行，使軟管能夠正常進入管道內部。進入管道內部后軟管兩端必須比原管道長300～600mm。為保證摩擦力降到最低，軟管由滑動滾輪牽引，此外，纖維管自重較大，應用滾輪能夠更加省力。拉動內襯軟管時，需注意軟管碾壓以及預切長度，并確保軟管從檢查井拉入管道內部。在拉動過程中，確保管壁本身無磨損或受到外力影響。拉伸速度指數值應當小于2%，軟管長度除了要滿足維修管道的長度外，軟管兩端必須比基礎管長且要預留出足夠長度的距離，最大預留可達600mm。

其中，水仙大街道路改造項目，主要是修復元光北路至丹霞路段的d1350 污水管，由于此段管先前使用鋼筋混凝土管頂管施工，井位管段長度最長達180m，受紫外線燈綜合電纜長度不夠、180m 長、12mm厚度的內襯管自重過大的影響（自重約達20 噸）。同時，國內尚無法使用紫外光固化內襯修復法一次施工成型，經邀請專業(yè)施工廠家、現場技術小組及相關專家一起研討，定出采取兩段式疊加施工法。結合以不銹鋼雙脹環(huán)法予以中間疊縫加固，此法經實踐效果良好，解決了一個技術難題。

成功將軟管拉入管道內部后，就可以繼續(xù)下一步的施工流程。安裝對應的固定扎頭，將壓力管與充氣高壓管一同連接到扎頭裝置上，并將軟管端部連接至充氣裝置。檢查軟管接頭是否做好密閉工作，再進行后續(xù)的軟管充氣工作。軟管充氣膨脹與原管道貼合后，快速打開軟管端頭，放置紫外光固化燈，并將扎頭蓋板固定好。將固化燈放置后再次進行充氣，根據圖紙設計要求控制管內壓力，管內溫度要在80～120℃，在紫外光固化施工中，首先調整紫外光固化小車，檢查好紫外光固化燈在小車上的固定情況，并按照規(guī)范要求調整好固化燈的對應參數，紫外光固化燈的驅動速度為0.2～1m/min。為了保證固化效果能夠滿足實際工程需求，需要采用CCTV 檢測，記錄整個固化過程中的固化圖像，數字化和視頻化監(jiān)控由安裝在固化燈上的CCTV 攝像機設備實現。固化過程的相關控制參數，如速度指數和強度指數，可根據檢測情況靈活調整。固化后，取下扎頭并切斷兩端的端頭。紫外光固化管道修復示意如圖2 所示。

圖2 紫外光固化管道修復

3.4 后期的輔助完善處理技術

固化過程完成后，以下輔助處理流程也是非常重要的施工環(huán)節(jié)，對于施工人員來說，即使采用固化技術對管道完成了修復，但如果接下來的輔助工作中出現問題和缺陷，也會導致整個管道的修復工作受到影響。具體來講，特別是管道修復的后續(xù)處理主要有以下幾點：第一，為了有效處理硬化后的管道末端，需要在管道兩端保留一定的軟管距離，當完成固化工作后必須及時切斷這部分軟管，并拆除相應的扎頭和通風管。此外，還應注意采取相應的措施解決施工過程中管道兩端可能出現的邊緣粗糙問題。第二，及時將管道內壁膜抽取出來。內膜起保護作用，不作為修復材料使用，因此完成固化工作后要及時進行內膜清理，這也是為了提高固化工作后的維修效果的方式。第三，對修復后的管道進行檢查，分析修復效果，并使用閉路電視進行修復段管道的全面檢查，這種檢查方法不會影響到管道的整體質量，也能達到檢查管道固化后效果的目的。這種檢測方式可記錄管道維修的實際情況，設備的持續(xù)性應用特征，最終也將提高檢查工作的質量。

4 QC 小組與質量改進

修復后的管道內襯應進行厚度、強度檢測和應用CCTV 檢測。經檢測后得出，漳州水仙大街污水管道維修后，內襯層厚度達到設計標準，內襯管短期彈性模量達到12000MPa，均滿足設計標準要求。管道施工完畢后，實際投入使用流量保持不變，管壁粗糙系數減小，管道排放性能大大提高。進行閉水性試驗，水密性指標也符合驗收標準。

紫外光固化技術在實際應用中必須嚴格按照規(guī)范操作標準進行，雖然技術較新，對于技術人員來講，只要對施工技術的基本原理和應用過程有很好地了解，在具體的施工應用過程中實現技術的合理性和有效性，就可以完成正常的施工工作。只有施工技術的應用滿足準確性以及嚴謹性需求，才能使實際施工在具體實施中取得更好的效果。

5 結語

本文以2019 年竣工的水仙大街道路改造工程中的管道修復項目為例（該項目于2020 年7 月獲評2019年度福建省“閩江杯”優(yōu)質工程獎），對紫外光固化技術的原理、應用過程和優(yōu)點進行了分析介紹，對超長管道修復提供了建議性措施方案。應用結果表明，紫外光固化技術在修復市政污水管道工程中作用明顯，未來應用前景廣闊。目前，這項技術僅在沿海城市使用，因此應廣泛推廣，以便更好地應用此項技術為國家城市污水管網修復工程做出貢獻。