管道更新軟管翻襯技術(shù)初探

侯路平，劉春熙，陳 勇

（68078部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020）

管道更新軟管翻襯技術(shù)初探

侯路平，劉春熙，陳 勇

（68078部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020）

大多數(shù)管道都采用埋地敷設(shè)，更新改造必須通過(guò)破土挖掘來(lái)組織施工，成本高、難度大、效率低下，尤其是在高原高寒地區(qū)，受地質(zhì)氣候條件制約，施工組織難度更大。因此，探索新的管道更新修復(fù)技術(shù)對(duì)于彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足具有十分重要的意義。就管道軟管翻襯技術(shù)作一初探。

管道；軟管翻襯

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，管道輸送技術(shù)在油氣等能源配置中發(fā)揮著越發(fā)重要的作用。而管道的使用壽命會(huì)受到諸多因素的影響，如管道材質(zhì)、埋設(shè)地域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤環(huán)境、輸送介質(zhì)的腐蝕性、高壓運(yùn)行等，導(dǎo)致管道在運(yùn)行一定時(shí)間后都要進(jìn)行大修或更換。鑒于以往大多數(shù)管道都采用埋地敷設(shè)，更新改造必須通過(guò)破土挖掘來(lái)組織施工，成本高、難度大、效率低下，尤其是在高原高寒地區(qū)，受地質(zhì)氣候條件制約，施工組織難度更大。因此，探索新的管道更新修復(fù)技術(shù)對(duì)于彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足具有十分重要的意義。下面就管道軟管翻襯技術(shù)作一初探。

1 翻襯法管道修復(fù)技術(shù)原理

管道軟管翻襯技術(shù)工藝原理是采用較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無(wú)紡纖維等多孔材料做成高強(qiáng)纖維軟管，經(jīng)過(guò)飽和浸漬樹(shù)脂后，用水壓或氣壓將軟管反貼在舊管內(nèi)，并使浸透熱固性樹(shù)脂的一面貼附在鋼管內(nèi)壁表面并壓緊，然后采用熱水或蒸汽使軟管上的熱固性樹(shù)脂固化，形成一層堅(jiān)硬的“管中管”結(jié)構(gòu)，從而使已發(fā)生破損或失去輸送功能的地下管道就地得到重建和更新。施工中利用現(xiàn)有的管道支管接入點(diǎn)、檢查井等位置開(kāi)口，在地上使用帶隔水膜的浸透熱固性樹(shù)脂的纖維增強(qiáng)軟管作為新管道的成型材料，將舊管道作為新管的翻轉(zhuǎn)通道和成型模板。采用水壓將軟管翻轉(zhuǎn)并壓入舊管道內(nèi)，使軟管的樹(shù)脂面緊貼于舊管道內(nèi)壁，隔水膜成為新管的內(nèi)壁。加熱管中的水使襯管所浸樹(shù)脂固化，形成堅(jiān)硬的剛性管道，從而取代舊管道，實(shí)現(xiàn)了地下管道原位更新。如圖1所示。

圖1 翻襯法修復(fù)技術(shù)示意圖

顯然，采用這種新的修復(fù)技術(shù)，相比傳統(tǒng)工藝，不再需要大面積破土掘進(jìn)，受管線穿越地域地質(zhì)氣候條件影響小，大大延長(zhǎng)了管道使用年限，工程施工成本低、效率高，操作性強(qiáng)，更新后還能顯著提高管道輸送壓力、輸送效率和耐腐蝕性。

2 管道翻襯綜合技術(shù)要求

1）內(nèi)襯層材料厚度3～9mm，一次作業(yè)可完成400m～1000m。

2）修復(fù)后管道承受壓力可提高4%，輸送能力可提高10%，成本約占重建費(fèi)用的40%～50%。

3）可延長(zhǎng)使用年限可達(dá)20年以上。

4）修復(fù)后的管道內(nèi)壁防腐性、耐壓性更好。

3 軟管翻襯管道修復(fù)設(shè)計(jì)要求

3.1 材料設(shè)計(jì)要求

翻襯修復(fù)技術(shù)對(duì)內(nèi)襯層材料的強(qiáng)度和彈性方面的要求較高。

根據(jù)常見(jiàn)化學(xué)纖維材料的性能指標(biāo) （見(jiàn)表1），可以看出，玻璃纖維、芳綸與碳纖維，斷裂伸長(zhǎng)都在5%以下，難以滿足彎頭處的彈性要求。滌綸、錦綸與

丙綸的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)相差微小，可滿足設(shè)計(jì)要求，丙綸初始模量太小。所以，能滿足油氣管道修復(fù)所需的纖維多采用滌綸與錦綸。

表1 化學(xué)纖維性能比較

3.2 厚度設(shè)計(jì)要求

根據(jù)圓形管壓曲公式，其適用范圍為變形在小于10%的埋地管道。內(nèi)襯管厚度設(shè)計(jì)方法為：

式中：h——內(nèi)襯層厚度，m；

D——舊管直徑，m；

N——圓周支持率；

C——舊管變形系數(shù)；

q——橢圓率；

EL——抗彎彈性模量，MPa；

p——地下水壓力，Pa；

Fs——安全系數(shù)；

v——泊松比。

可見(jiàn)，內(nèi)襯管厚度h與舊管道管徑D、地下水壓力p等成正比，與材料的抗彎彈性模量EL成反比。內(nèi)襯管由樹(shù)脂、紡織內(nèi)襯層與防滲膜組成。這里內(nèi)襯層厚度設(shè)計(jì)要小于內(nèi)襯管厚度，因?yàn)槭┕r(shí)進(jìn)行防滲膜和樹(shù)脂的噴涂，會(huì)使厚度增加約一半，所以內(nèi)襯層厚度為內(nèi)襯管的一半即可。

3.3 強(qiáng)力設(shè)計(jì)要求

在翻襯過(guò)程中，紡織內(nèi)襯層受到p壓力時(shí)，紡織內(nèi)襯層的受力值σ為

式中：σ——紡織內(nèi)襯層的受力值，MPa；

p——紡織內(nèi)襯層受到的壓力，MPa；

D——舊管道直徑，m；

h——紡織內(nèi)襯層厚度，m。

要求達(dá)到不滲不漏，耐壓不高于1.0MPa。

3.4 彈性設(shè)計(jì)

在實(shí)地埋設(shè)的管道中，常常存在多種彎頭。在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，彎管處內(nèi)襯管要能夠向圓周方向伸展，從而保證內(nèi)襯管與舊管道內(nèi)壁完全貼合，并保持平整。在管道彎頭處，以中軸值為參數(shù)基準(zhǔn)值，彈性伸長(zhǎng)率ε計(jì)算公式為式中：ε——彈性伸長(zhǎng)率；

L1——外弧長(zhǎng)，m；

L2——內(nèi)弧長(zhǎng)，m；

L——中弧長(zhǎng)，m。

內(nèi)襯層彈性設(shè)計(jì)要求不小于ε即可。

4 軟管翻襯工藝流程

選定作業(yè)點(diǎn)→挖掘并清理管道→翻襯作業(yè)準(zhǔn)備→翻襯管準(zhǔn)備→實(shí)施翻襯作業(yè)→加熱固化→管道頂端封閉→竣工驗(yàn)收（如圖2所示）。

圖2 軟管翻襯工藝流程

1）勘察選點(diǎn)。根據(jù)管道走向和沿線地貌地物和地下設(shè)施的分布，確定作業(yè)點(diǎn)的數(shù)量和具體位置。每?jī)蓚€(gè)工作點(diǎn)之間為一個(gè)工作段，工作段內(nèi)可以有三通，但不能有變徑和閥門，每個(gè)工作段長(zhǎng)度控制在400m以內(nèi)，避開(kāi)其他地下管網(wǎng)，選擇地幅開(kāi)闊便于實(shí)施作業(yè)的地點(diǎn)。

2）原管線污垢清理。在作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行挖掘，清理覆土、雜物，露出管線后進(jìn)行斷管，并開(kāi)始對(duì)原管道內(nèi)壁進(jìn)行清理。一是清理掉舊管道內(nèi)壁上的殘留物；二是去除舊管道內(nèi)壁上的凸出物，特別是棱角、毛刺等，避免在翻襯過(guò)程中刺穿襯管。可先用高壓水將垢層從內(nèi)壁上沖掉，再用機(jī)械刮削把污垢清出管道。

3）作業(yè)準(zhǔn)備。在管道入口處將翻襯導(dǎo)入管固定好。導(dǎo)入管下端對(duì)準(zhǔn)作業(yè)入口，上端位于固定架中部，頂部與軟管輸送臺(tái)相連。

4）預(yù)制翻襯管。先將軟管材料按舊管口徑和作業(yè)段長(zhǎng)度預(yù)制成筒狀（如圖3所示），隔水膜向外，再將樹(shù)脂灌入，經(jīng)碾壓搟平后送到施工現(xiàn)場(chǎng)。

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