CIPP翻轉(zhuǎn)法在川沙路下水管道修復(fù)中的應(yīng)用技術(shù)探討

張維文

（上海浦東城市建設(shè)實業(yè)發(fā)展有限公司，上海市 200136）

1 工程概況

川沙路（龍東大道-華夏東路）位于上海浦東川沙鎮(zhèn),原道路布置為城市式。道路兩側(cè)各布一根混凝土管雨水管,管位位于機動車道近機非分隔帶處，管道全長2.7 km，埋深約1.3～4.5 m。根據(jù)對現(xiàn)狀雨水管道進行CCTV檢測，發(fā)現(xiàn)管道有多處明顯損壞。經(jīng)綜合考慮，擬對損壞的雨水管道主要采用非開挖方法修復(fù)。根據(jù)損壞程度分別采用局部樹脂固化修復(fù)技術(shù)、翻轉(zhuǎn)法修復(fù)技術(shù)及開槽翻排等方法進行修復(fù)或改建。其中，對單段損壞超過5處的Ф450～Ф600采用CIPP翻轉(zhuǎn)法整體內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)，輔以土體注漿技術(shù)聯(lián)合使用，CIPP修復(fù)長度2 083 m，占比77%。

2 CIPP翻轉(zhuǎn)法工藝特點

CIPP是Cured In Place Pipe的英文縮寫，中文翻譯為：翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法，也稱原位固化法，是由英國1971年研制成功的。CIPP可以在100～3 000 mm的管徑內(nèi)安裝使用,適用于任何管材的管道修復(fù)(更新)，一次性可修復(fù)管道的最大長度為500 m，并可通過90°的彎頭。使用這樣修復(fù)技術(shù)的管道壽命可達30～60 a。

修復(fù)原理是采用樹脂加熱或遇光固化的原理，將浸滿熱固性樹脂的未成型樹脂軟管利用水壓或氣壓翻轉(zhuǎn)至已清理干凈的待修復(fù)管道內(nèi)，并使其緊貼于管道內(nèi)部，然后對管道內(nèi)部加循環(huán)熱水或蒸汽加熱，使樹脂在管道內(nèi)部固化，短短幾小時后就能在原有破損的管道內(nèi)部，形成新的高強度內(nèi)襯管，即“管中管”。

內(nèi)襯管一般由三層組成：聚乙烯涂層表面、聚酯紡織毛氈增加層以及外層黏合劑。目前多選擇進口原材料。其工藝原理如圖1所示。

圖1 翻轉(zhuǎn)法（CIPP）修復(fù)技術(shù)工藝原理圖

3 內(nèi)襯壁厚的設(shè)計

由于CIPP管道修復(fù)技術(shù)引進的時間不長，目前國內(nèi)還沒有具體統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)襯壁厚的設(shè)計主要應(yīng)根據(jù)埋設(shè)管道的管徑、埋深、殘余強度、土質(zhì)、地下水位、道路情況和施工條件等因素綜合考慮。該項修復(fù)的管道是局部損壞的重力管道，周圍土體和多余的負(fù)載可由原有的管道和新修內(nèi)襯管共同來承載。CIPP壁厚的設(shè)計可參照下列方法：

3.1 方法（一）

該工程設(shè)計情況：

根據(jù)管道的埋設(shè)情況、使用年限及檢測結(jié)果，綜合考慮采用原管道內(nèi)徑的1.5%取整，即Φ450、Φ600分別取7 mm、9 mm。

3.2 方法（二）

采用國外標(biāo)準(zhǔn)：

實際設(shè)計施工中大多數(shù)仍采用國外比較成熟的計算方法，如美國材料和試驗協(xié)會（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的計算方法。其計算公式如下：

式中：t——內(nèi)襯塑料管厚度，mm；

D——舊管內(nèi)徑，mm；

N——圓周支持率（采用環(huán)氧樹脂時為7.0）；

C——舊管變形比，當(dāng)沒有變形時為1.0；

EL——長期抗彎曲彈性模量，MPa；

P——外水壓力，MPa，如果有真空壓力時需要一起考慮并進行計算；

Fs——安全系數(shù)（有注漿襯墊時為1.5,沒有時為 2.0）；

ν——泊松比，0.3。

該工程利用方法（一）與方法（二）對比驗算，數(shù)值接近。但后者考慮的因素較為全面，適用范圍也更廣、更切合實際。

4 管道修復(fù)施工

施工程序：

管道清洗→CCTV檢測→制定施工方案→進口原料→倉庫加工→現(xiàn)場前期準(zhǔn)備→現(xiàn)場翻轉(zhuǎn)→加熱固化→冷卻割頭→CCTV檢測、驗收→恢復(fù)通水。

圖2為施工工藝流程圖。

圖2 施工工藝流程圖

4.1 施工前準(zhǔn)備

（1）安全確認(rèn)——在進入待修復(fù)管道的檢查井前，對管道內(nèi)的氣體（有毒氣體、可燃?xì)怏w、氧氣含量）進行通風(fēng)排氣、檢查和評估，確保井內(nèi)安全。

（2）臨時排水——為了便于施工，在管內(nèi)有雨、污水排放并影響內(nèi)襯施工時，將管道上游封堵，設(shè)置旁通管或其他排水設(shè)施進行臨時排水，不讓其流經(jīng)待修復(fù)管道。

（3）管道清洗——待修復(fù)管道內(nèi)的污泥、垃圾應(yīng)清除干凈，清淤后吸出干濕分離外運。該工程采用疏通車作業(yè)和高壓水清洗相結(jié)合的方法，配以內(nèi)窺鏡檢測，以管道內(nèi)壁無塵、無顆粒、無油垢、無尖銳突出物為合格。碎屑物的清除操作是采用柱塞器通過混凝土管內(nèi)壁，以清除管內(nèi)壁的殘留水及碎屑物。

（4）管道檢查——由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員對待修復(fù)管道進行檢查，以便準(zhǔn)確測繪并記錄管內(nèi)狀況，也可由CCTV檢測車執(zhí)行，通過閉路電視裝置和電腦記憶，對需要變直徑、轉(zhuǎn)折的管道內(nèi)襯作全面檢測，核實管內(nèi)損壞及設(shè)計情況，適時調(diào)整設(shè)計方案。

（5）管道障礙物——待修復(fù)管道內(nèi)的阻塞情況應(yīng)清楚掌握，如固態(tài)的凹凸接頭或裝置、坍塌、壓碎破裂，過流面積小于2/3以上的區(qū)域，這些阻塞都將影響軟管的翻轉(zhuǎn)置入。檢查中若發(fā)現(xiàn)不能用傳統(tǒng)的管道清洗設(shè)備清除這些障礙物，則應(yīng)使用專用設(shè)備切割或局部開挖清除障礙物并修復(fù)。

4.2 軟管加工、運輸

（1）軟管外徑設(shè)計——根據(jù)軟管材料橫向伸長率，確定軟管的外徑與被修復(fù)管內(nèi)徑之間的修正關(guān)系。

（2）軟管制造——軟管的設(shè)計制作長度必須同時滿足修復(fù)管段兩檢查井的中心距離、井深、兩端部所需長度及施工靜水壓力所需高度。軟管必須具有與熱固性樹脂有良好的相溶性，同時需具有良好的耐久性、耐腐蝕、抗拉伸、抗裂性。

（3）預(yù)浸樹脂——軟管在小于等于18℃真空條件下預(yù)浸樹脂，樹脂的體積應(yīng)足夠填充纖維軟管名義厚度和按直徑計算的全部空間，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的可能性，還需增加5%～10%的余量。樹脂浸漬碾壓設(shè)備，需確保碾壓材料厚度均勻、無褶皺。

（4）軟管運輸——軟管應(yīng)在低溫下運輸，并且避免長時間受到直射及反射日光的照射，確保在樹脂固化前運抵現(xiàn)場并安裝完畢。

4.3 翻轉(zhuǎn)置入

將充滿樹脂的內(nèi)襯管通過翻轉(zhuǎn)平臺及懸吊于平臺下的翻轉(zhuǎn)固定環(huán)翻轉(zhuǎn)進入管道內(nèi)。整條內(nèi)襯管最后將拉成一卷。內(nèi)襯管的另一端被固定在一個翻轉(zhuǎn)頭上。內(nèi)襯管在水壓或氣壓力的作用下，將從里面向外翻。由于翻轉(zhuǎn)，原本處于外表面的涂層將成為內(nèi)表面,也就是翻轉(zhuǎn)以后新的管道內(nèi)壁，而涂滿樹脂的織物支撐結(jié)構(gòu)則與原管道內(nèi)壁相貼。

（1）采用靜水頭壓力——預(yù)浸樹脂纖維軟管從檢查井的位置翻轉(zhuǎn)置入管內(nèi)，在足夠靜水頭壓力的作用下，軟管充分翻轉(zhuǎn)至設(shè)計的下一個檢查井或間斷點。翻轉(zhuǎn)工作的開始點應(yīng)有足夠的高度，以確保軟管從置入點可以一直到達終點。為了使軟管與被修復(fù)（防腐）管內(nèi)壁貼合，防止產(chǎn)生皺褶，應(yīng)特別保護纖維軟管，其壓力不得超過材料的破壞應(yīng)力。

（2）翻襯壓力——翻襯壓力根據(jù)軟管的直徑、材料的厚度等條件由軟管材料制造方提供，翻轉(zhuǎn)施工時應(yīng)在軟管承受壓力允許范圍內(nèi)，軟管一旦開始翻轉(zhuǎn)置入，其翻襯施工壓力應(yīng)維持在該范圍內(nèi)，直到翻轉(zhuǎn)置入工作結(jié)束。

（3）潤滑劑——為了降低軟管翻轉(zhuǎn)置入時的摩擦力，可以加入潤滑劑。加入的方法有兩種，一種是直接將潤滑劑施涂在軟管上；另一種是將潤滑劑倒入翻轉(zhuǎn)用的水中，潤滑劑應(yīng)是石油提煉物，不損壞纖維軟管、鍋爐、水泵等。也不能滋生細(xì)菌影響流體的流動性。

4.4 加熱固化

待內(nèi)襯管到達工作井末端后并露出約1 m的長度時，將其末端固定，接著在多出部分的內(nèi)襯管上插入一些用來釋放空氣的管子,這些管子同時連接在一個放散筒上。然后一端通過翻轉(zhuǎn)車上的蒸汽鍋爐將蒸汽注入襯管內(nèi)，另一端通過放散筒釋放蒸汽。這樣襯管內(nèi)的溫度就開始不斷升高,達到某一恒溫直到環(huán)氧樹脂固化。內(nèi)襯固化采用常溫帶壓固化。

固化時間——初步固化發(fā)生在溫度開始升高時，當(dāng)軟管的表面開始固化，初步固化即結(jié)束。初步固化結(jié)束后，溫度升高至樹脂的后固化溫度，在該溫度下需要維持一段時間，供熱設(shè)施應(yīng)持續(xù)工作，以確保整個軟管的固化。

環(huán)氧樹脂的固化時間取決于以下因素:工作段長度,母管直徑,地下情況,使用的蒸汽鍋爐功率，以及空氣壓縮機的流動速率。該工程采用常規(guī)參數(shù)，固化壓力為0.08 MPa，固化溫度為80℃，固化時間約10 h以內(nèi)。

4.5 冷卻

在環(huán)氧樹脂固化后、靜水頭壓力或空氣壓力釋放前，停止輸入蒸汽改用冷水降溫，直到襯管內(nèi)的溫度冷卻至38℃以下。冷卻過程即將冷水引至內(nèi)襯管內(nèi)，通過置換原用于固化的循環(huán)熱水來實現(xiàn)。要使管內(nèi)逐漸降溫，以免使內(nèi)襯管發(fā)生裂縫。在壓力釋放過程中，應(yīng)特別小心，以免增大管子的真空度，破壞剛修復(fù)的管道。

4.6 管道末端處理

管線內(nèi)襯固化工序完成后，切除管端多余內(nèi)襯，管口端部采用專業(yè)密封膠和不銹鋼壓環(huán)使封口加強處理，保證端口不滲水。

4.7 竣工檢查

4.7.1 外觀檢測

（1）外觀檢測——施工結(jié)束后，用CCTV電視檢測設(shè)備對內(nèi)襯管道進行外觀檢測。對φ800 mm以上的管道，也可以拍照片或者由人進入管內(nèi)檢查。

（2）內(nèi)襯管表面——已修復(fù)的內(nèi)襯管應(yīng)在整個被修復(fù)區(qū)域連續(xù)、無剝落、無凹凸和流通堵塞。

4.7.2 厚度檢測

（1）檢測的位置——固化后內(nèi)襯管道的厚度檢測位置應(yīng)該盡量避免在軟管纖維的接縫處，檢測點為內(nèi)襯管的45°、135°、225°和315°的4點，然后取其平均值進行判斷。

（2）允許誤差——內(nèi)襯管的設(shè)計厚度為t≤9 mm時，厚度誤差允許在0%～＋20%，內(nèi)襯管的設(shè)計厚度為t≥10.5 mm時，厚度誤差允許在0%～+25%。

4.7.3 試件制作

（1）采樣數(shù)量——以每500 m施工長度為一個單位采樣進行試件制作，或按業(yè)主的要求決定采樣數(shù)量。

（2）采樣位置——試件須在施工現(xiàn)場直接從內(nèi)襯管的端點采取。

（3）試件尺寸——試件應(yīng)有足夠大，可作3～5個試塊為宜，供試驗用。

4.7.4 性能試驗

（1）試驗方法——根據(jù)GB/T2570，委托具有工程質(zhì)量檢測資質(zhì)的第三方進行。

（2）強度要求——物理性能檢測結(jié)果需要符合表1所列的強度要求。

表1 管道內(nèi)襯材料的強度要求一覽表

4.7.5 閉水試驗

除非應(yīng)業(yè)主的要求，否則一般不做。

4.7.6 資料驗收

完工后，提交完善的技術(shù)資料，包括軟管材料和樹脂材料的質(zhì)量保證書，材料厚度計算書，內(nèi)襯施工前后的管內(nèi)CCTV錄相資料，檢測數(shù)據(jù)及施工作業(yè)照片集，用于存檔備查。

5 CIPP施工常見的質(zhì)量問題及原因分析

原位固化法施工常見的質(zhì)量缺陷表現(xiàn)為起皺、氣泡、軟弱帶、隆起、開裂等方面。

5.1 起皺

在CIPP修復(fù)工程中可能出現(xiàn)軸向和環(huán)向兩類皺褶。軸向皺褶產(chǎn)生的原因可能是老管內(nèi)徑測量值不準(zhǔn)確，內(nèi)襯管直徑偏大引起；環(huán)向皺褶產(chǎn)生的原因可能翻轉(zhuǎn)壓力不夠、舊管道接口錯位嚴(yán)重所致。

5.2 起泡

在施工中，固化溫度過高或防滲膜與紡織毛氈粘連不牢，就可能出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象，降低管道使用壽命。

5.3 軟弱帶

在施工中，如果未嚴(yán)格按工藝要求實施，可能會由于內(nèi)襯固化不徹底，從而出現(xiàn)軟弱帶。如加熱溫度不夠、固化時間不足，都可能導(dǎo)致軟弱帶的發(fā)生。局部的可以切除后采用局部修復(fù)，嚴(yán)重的應(yīng)重新返工。

5.4 隆起

管道內(nèi)垃圾清除不干凈或老管道接口錯位，都可能引起內(nèi)襯管的隆起。

5.5 開裂

主要原因是內(nèi)襯管固化后冷卻過快引起收縮所致。

因此，在施工中應(yīng)針對可能出現(xiàn)的質(zhì)量隱患，及早采取預(yù)防措施，嚴(yán)格按施工工藝和材料性能參數(shù)的要求組織施工，確保施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市地下管網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，新建排水管道的敷設(shè)難度越來越高，相應(yīng)出現(xiàn)管道的結(jié)構(gòu)性和功能性損壞現(xiàn)象顯著增加。從經(jīng)濟效益和社會效益角度考慮，CIPP修復(fù)技術(shù)以其施工時間短、對交通影響小、環(huán)保節(jié)能、耐久強度高及適用范圍廣等優(yōu)點逐步顯現(xiàn)出優(yōu)越性，市場占比逐年提高，逐漸成為排水管道養(yǎng)護維修的一個新手段。因此，對排水管道的非開挖修復(fù)技術(shù)的歸納總結(jié)和推廣應(yīng)用，對保障城市排水系統(tǒng)的安全運行具有十分重要的意義。

非開挖技術(shù)修復(fù)管道的應(yīng)用難題在于修復(fù)費用高，主要原因是有些修復(fù)材料和設(shè)備主要依賴進口，以及修復(fù)規(guī)模小，使得修復(fù)成本大幅上升。隨著修復(fù)材料和設(shè)備的逐步國產(chǎn)化，修復(fù)費用就會大幅降低。屆時，管道非開挖修復(fù)方法將成為排水和市政行業(yè)建設(shè)的重要組成部分，不久的將來，必將廣泛應(yīng)用于城市管網(wǎng)的非開挖修復(fù)工作。