CIPP紫外線光固化非開挖整體修復施工技術淺析

劉光第

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

江西鷹潭老城片區及東湖工程位于鷹潭市老城片區內,主要針對雨、污水管道管徑為DN300、DN400,解決其破裂、堵塞、滲漏等管道缺陷問題。需修復改造的管道分別分布在老城區內的19 個小區,均已進行了老舊小區改造,即新鋪裝路面,或為商業街,由于老舊小區居民多,地形復雜,待修復管段分散,開挖周期長,不可預見等因素多,不具備開挖施工作業條件。通過項目部申請并經各單位批準,對該部分小區修復工藝設計為CIPP紫外線光固化非開挖整體修復。實施管段總計長度1024 m,平均管段長度15 m。

2 工藝原理

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術屬于軟管內襯法,其原理是在現有的舊管道內壁上襯一層浸漬液態熱固性樹脂的軟襯層,通過加熱（紫外線光）使其固化,形成與舊管道緊密配合的薄層管,管道斷面幾乎沒有損失,工程安全可靠,提高了服務性能,有益于設施的后期養護。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：管道預處理→拖入底膜拉入內襯軟管→固定扎頭→軟管充氣→軟管固化→拆除扎頭、切頭→修復后CCTV檢測→拆除封頭恢復通水→竣工驗收,見圖 1。

圖 1 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復施工工藝

3.2 操作要點

3.2.1 管道預處理

修復前的下水道,首先須封堵上、下游管口,一般可采用充氣管塞實施封堵；其次以高壓射水的方式將管道疏通干凈,如果管內水位較高,還需抽水或臨時排水；待管內疏通干凈后,實施修復前CCTV檢測,準確記錄每一處缺陷的位置和等級,如果某一處缺陷嚴重,還應增加局部切割、抹面、灌漿等輔助措施,以保證內襯修復的順利實施。

3.2.2 拖入底膜拉入內襯軟管

（1）首先拖入塑料底膜,它減輕了內襯材料的拖入阻力,同時也可減小因原管道內壁偶爾出現的突出物對內襯造成的傷害,保護內襯軟管；拉入內襯管的過程需緩慢進行,嚴格控制卷揚機的行進速度,并嚴格控制拉力,必要時在拉入內襯前可先在底膜上倒潤滑劑,減小摩擦阻力。

（2）紫外光固化法CIPP非開挖修復工藝采用玻璃纖維軟管,它使用含有光引發劑的不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂體系,材料需要避光保存,在運輸到施工現場之前不得開啟包裝,以免受光照影響,影響固化效果。

3.2.3 固定扎頭

（1）固定扎頭在施工應將保鮮膜在外提前纏繞好,然后按照規格要求的布頭將軟管兩端綁扎結實,將進風口的扎頭安設在終端井,無進風口的扎頭安裝在起始端井。再通過鉗子把扎頭全部塞到提前準備好的軟管里,然后再對兩根綁帶從不同的方向進行搭接綁扎結實拉緊錯開,防止脫落。

（2）在進行起始端井施工時要從扎頭中間部位橫穿一條既能耐高溫又結實的細繩與預置繩相互連接,另一端的終端井施工時預留部分的繩應從扎頭中間部位掏出來并系在扎頭外部的固定位置上,扎頭部分施工結束后然后在軟管上開2~3 個均勻長度3 cm~5 cm的縱向小孔,深度開到玻纖層為止,然后整理好布頭,檢查內端插入舊管道的插入深度為20 cm~25 cm,最后在終端井的上部將充氣管和回流測壓管連接。

3.2.4 軟管充氣

利用風機和空壓機通過扎頭的通氣孔向材料內輸送壓縮氣體進行再生管的擴徑,要使之與原有管道緊密接觸。充氣過程應按0.02 Bar/min~0.03 Bar/min的速度緩慢充氣,當壓力達到0.2 Bar~0.3 Bar時,持續保壓20 min~40 min,保證軟管充分漲開；在保壓階段應將軟管中的預置繩拉出,置換為耐高溫的細繩,用于拉燈架；保壓完成后進行燈架的功能測試及燈架高度的調節,并套上對應管徑的內膜。

3.2.5 軟管固化

利用塑料軟管將紫外線燈支架平穩的送入管內,待6 盞燈在既有管道內就位后,打開燈架前段的攝像機,開啟紫外燈照射內襯管,樹脂中所含光引發劑在紫外光照射下使樹脂產生固化反應,固化過程產生大量熱量促進固化持續進行,燈架上不同位置安裝有先進的溫度傳感器用以探測對應位置內襯管的溫度,固化過程中應實時觀察修復溫度,溫度為80℃~130℃為宜,如果溫度達不到80℃可適當降低固化收線速度,保證固化過程一次性完成。邊硬化邊通過燈架上的攝像機對管道情況進行實時監測。固化完成關閉燈光,調整風量降低管道內部壓力降至大氣壓,關閉風機,然后冷卻20 min~40 min直至軟管充分固化冷卻。整個固化過程,在控制臺上可全程監控,自動錄像,自動記錄固化速度、管壁溫度,高度集成高度自動控制系統保證了成品的性能。

3.2.6 拆除扎頭、切頭

待燈架從管道一端移出到尾段后,固化過程結束,關閉紫外燈控制開關,關閉風機及空壓機,結束往管道內送氣,拆除兩端扎頭,取出內襯材料的內膜,用特殊機械切除管道兩端的端部。同時,在修復完成的材料不同位置上取樣、編號,進行厚度、強度檢測,并送到專業檢測機構進行復測,以便了解施工的成效。

3.2.7 修復后CCTV檢測

施工結束后,為了了解固化施工后管道內部的質量情況,在管端部切開之后,對管道內部進行檢測。采用CCTV檢測設備,把修復結果拍成錄像資料,能夠直觀地與修復前檢測的管段錄像做對比,且隨時查閱每一段修復后管段的內部情況。

3.2.8 拆除封頭恢復通水

施工結束,拆除兩端堵頭,便可投入使用。紫外線固化法CIPP所使用玻璃纖維內襯管的高度回彈性和耐久性,基于其優良的機械性能。按照國家相關標準要求,對修復管道夾層的密封進行檢查。獨立的檢驗機構進行的各項檢測,證實紫外線固化法CIPP玻璃纖維軟管可以獲得優良的質量,修復完成后,可放心使用,且壽命長久。

3.2.9 竣工驗收

所有工序結束后,制作并提交相關數據報告及影像資料,進行最后的竣工驗收工作。修復效果對比見圖2,CIPP紫外線光固化非開挖整體修復主要施工步驟見表1。

表1 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復主要施工步驟表

圖2 管道修復前后對比效果圖

4 材料與設備

4.1 材料

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復采用的軟管材料應符合下列要求：

（1）需提供第三方材料的檢測報告以及材料廠商自檢合格證明,最終產品應滿足50年的設計壽命。

（2）修復材料能承受管道中正常的沼氣、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等水平,能抵抗土壤特殊環境和其它化學腐蝕的作用。

（3）韌性應能承受牽引與伸展的施工拉力,縱向拉伸率應不大于2%,徑向拉伸率為2%~5%。

表2 紫外固化內襯管的初始力學性能

表3 紫外光固化內襯管的耐腐蝕性

4.2 設備

根據工程需要組織調配,按照實際需要組織安排相關施工設備,保證設備在使用過程中的完好性和穩定性。施工機具應在人員進場是隨車輛準備到位,并及時對設備進行保養和調試,并確保和工程開工同時配備到現場并要能夠全部滿足工程需求,保質保量加快施工現場進度,從而提高施工效率。CIPP紫外線光固化非開挖整體修復車及紫外線燈架見圖3 。

圖3 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復車及紫外線燈架圖

5 效益分析

5.1 社會效益

在城市管網新建、改建和修復的過程中,傳統的開挖法施工將造成交通堵塞,需進行交通導行,占用人行道、綠地或園林等,有時還因為重要管線（例如軍用光纜、國防光纜、重要樞紐供電電纜等）、河道、水網、鐵道、機場及建筑物的存在,根本不允許開挖施工,即使通過各方面的關系協調,可以開挖施工,也需要花費大量的經濟投入解決管線遷改和臨時的支護保護措施,還會因挖填造成“拉鎖馬路”和“補丁馬路”現象。而采用非開挖修復技術,可以最大限度地避免了因開挖所需的道路、管線遷改和對環境的破壞,減少了因交通導行、管線遷改、材料堆放等引起的與交警、城管、管線權屬單位、社區、小區物業、建筑物物業等部門的溝通協調問題,避免了工程的額外投資和協調所需的工期,非開挖減少了對環境的破壞,采用液壓設備噪聲低,減少了擾民因素,對周邊居民生產生活幾乎無任何影響,社會效益明顯提高。

5.2 工期效益

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術工期短,以長度15 m的井段為例,從調查分析到施工完成后檢測質量,平均僅需4.5 h,而開挖施工從地下管網調查、交通導行、路面破除、管線探挖、遷改或保護、支護開挖,到地基承載力試驗、墊層回填壓實取樣檢測、管道安裝、閉水試驗、管槽回填、路面恢復養護試驗檢測,則平均需要7天（不含養護時間）。

5.3 投入少,影響小

開挖修復需投入大量的人員和機械設備,而CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術的重要設備僅1臺清淤車、1臺貨車、1臺檢測修復車,配合6~7人施工,CIPP紫外光整體修復負面影響小,對地面、交通、環境影響弱,對周圍地下管線無影響,且不像開挖修復那樣需要材料堆放場。

5.4 質量效益

適用全部管種（鋼筋混凝土管、混凝土管、HDPE管、陶管、鋼管、鑄鐵管、PVC管、PE管等）,可修復管徑Φ250~Φ1500,修復范圍大,修復后過流斷面損失小,針對老、舊管道設施的改造,能同時滿足結構更新和修復功能缺陷需求,并且可以重新獲得設計不少于20年的使用壽命,沒有接頭,表面光滑、連續,避免了接頭部位容易滲漏水的質量通病。

6 結語

該施工技術具有技術先進、質量可靠、工效高（每臺班每日最大可修復3段管道）、綜合造價便宜等特點,避免了傳統開挖安裝管道的施工工序,值得在市政工程污水管道修復改造施工項目中推廣和應用。