原位固化法(CIPP)軟管浸漬樹脂過程控制研究

周永娜

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 研究背景

隨著城市快速發(fā)展，我國地下管網(wǎng)的建設(shè)也越來越錯綜復(fù)雜，管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模日益擴大，至2017年底，全國城鎮(zhèn)排水管渠總長度達82.01萬km[1]，且每年按6%的速率增長。我國20世紀80年代以前修建的排水管道長度達3.59萬km[2]，一些老城區(qū)地下管網(wǎng)由于鋪設(shè)年代久遠，加之管道鋪設(shè)工藝落后、管道材料的耐久性不夠、管道維護不及時等多種因素，導(dǎo)致部分管道出現(xiàn)了破裂、變形、滲漏、塌陷、脫節(jié)等病害情況。由于地下管道問題導(dǎo)致的道路塌陷、行洪不暢、在城市看海等現(xiàn)象屢見不鮮，這嚴重影響了我國城市管網(wǎng)的正常運行，導(dǎo)致交通堵塞，甚至危害人們的生命財產(chǎn)安全。因此，急需對病害管道進行摸底普查和修復(fù)。

近年來，隨著技術(shù)成熟性和可靠性增加，我國管道非開挖技術(shù)發(fā)展迅速[3]，對施工工藝要求越來越高。針對重慶市渝中區(qū)嘉韻山水城排水管網(wǎng)改造工程(管徑DN1 200)長度150 m破損管道進行原位固化法(CIPP)翻轉(zhuǎn)修復(fù)。本文主要對樹脂軟管的制作工藝進行了研究，其研究內(nèi)容對排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)樹脂軟管的制作具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

2 CIPP翻轉(zhuǎn)法工藝特點

CIPP是Cured In Place Pipe的英文縮寫，稱原位固化法，是由英國1971年研制成功的管道修復(fù)技術(shù)。CIPP適用于圓形、矩形、蛋形和三角形等各種管材的管道修復(fù)，修復(fù)管徑范圍100～2 700 mm，一次性最長修復(fù)管道500 m，能進行彎曲(≤90°)管道修復(fù)[4-5]，可延長管道壽命30～50年。

原位固化法[6-10](CIPP)是翻轉(zhuǎn)或拉入方式將浸漬樹脂的軟管置入原有管道內(nèi)，利用壓縮空氣或水使樹脂軟管膨脹并緊貼在舊管內(nèi)。經(jīng)溫水循環(huán)加熱使軟管硬化成型，在待修復(fù)管道內(nèi)壁形成較高強度的內(nèi)襯。該修復(fù)技術(shù)修復(fù)后的管道內(nèi)壁光滑，強度高、質(zhì)量可靠。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

管道臨時封堵及上下臨時排水→管道沖洗及清理雜物→缺陷預(yù)處理→CCTV內(nèi)窺檢測→翻襯平臺搭建→樹脂軟管制作及儲運→CIPP翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯→熱水循環(huán)加熱固化→頭端處理→CCTV內(nèi)窺檢測→試驗及驗收→恢復(fù)通水。本文只對樹脂軟管制作進行了研究。

3.2 樹脂軟管制作

為了進一步降低修復(fù)成本，減少翻轉(zhuǎn)次數(shù)及材料的浪費，本工程項目計劃通過壓料平臺一次性浸漬壓料150 m，完成該段破損管道的修復(fù)。然而軟管尺寸和浸漬量過大，如果壓料平臺長度不足，多余的軟管置于平臺外，壓料過程中人工無法移動平臺外的軟管，即便能移動軟管，也無法保證壓料過程的平穩(wěn)性，浸漬軟管的質(zhì)量得不到保障。

通過對前期壓料平臺進行了優(yōu)化整改，從單一面向立體進行設(shè)計，最終設(shè)計成Z型結(jié)構(gòu)。在壓料過程中，將充裝樹脂的軟管置于壓料平臺上平面，未充裝樹脂的軟管置于下層平面，確保在滾筒的帶動下壓料能夠平穩(wěn)性進行，從而解決了因車間長度而造成壓料平臺長度不足的難題。

3.2.2 樹脂的配制

根據(jù)軟管規(guī)格DN1 200，軟管長150 m，壁厚22.5 mm，內(nèi)襯管材的孔隙率85.4%，計算出樹脂的用量；此外，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，增加5%～15%樹脂充填[11]。經(jīng)計算得到每米軟管需要不飽和熱固性樹脂用量71.67 kg，共計不飽和熱固性樹脂10 895.0 kg。不飽和樹脂/粉末固化劑/液體固化劑/苯乙烯質(zhì)量比193∶2∶1∶4，其中不飽和樹脂10 513.7 kg，粉末固化劑108 950.0 g，液體固化劑54 475.0 g，苯乙烯217.9 kg。為了降低因稱量帶來的質(zhì)量誤差，保證固化效果處于最佳配比，采用精度1 g的電子稱稱量粉末固化劑及液體固化劑；采用精度0.5 kg的泵稱稱量苯乙烯及不飽和樹脂。

3.2.3 樹脂攪拌

采用攪拌桶對樹脂和固化劑進行機械攪拌，攪拌桶采用t=4 mm的304不銹鋼制作，直徑φ=1200 mm，高度1 300 mm，攪拌器采用懸擘式，轉(zhuǎn)速n=0～3000 r/min轉(zhuǎn)可調(diào)，可正反方向旋轉(zhuǎn)。計算出150 m軟管大約浸漬11 t的樹脂，攪拌工作量大。對此，設(shè)計制作兩個攪拌桶，1個加料，1個攪拌，循環(huán)操作，提高了攪拌和加料的工作效率。

先稱取不飽和樹脂倒入攪拌桶中；再依次稱取粉末固化劑、苯乙烯、液體固化劑分別倒入同一個塑料桶中，攪均。同時稱量過程中要填寫《樹脂配制過程稱重記錄表》。開啟攪拌桶中的攪拌器，對不飽和樹脂進行緩慢攪拌，同時緩慢加入塑料桶中的固化劑。攪拌30 min，攪拌時不能起明顯漩渦，否則會進入空氣，從而產(chǎn)生氣泡，會影響后面軟管的浸漬效果。攪拌轉(zhuǎn)速在600～900 r/min。攪拌時要記錄開始及結(jié)束攪拌的時間和溫度。當攪拌桶壁至放料口閥門段時沒進行攪拌，無固化劑。解決辦法是先攪拌15～20 min，放出一小桶(盆)料，關(guān)閉放料閥，將其倒入攪拌桶內(nèi)繼續(xù)攪拌。待攪拌均勻，停留時間不得超過20 min，否則應(yīng)冷藏于低于15℃，冷藏時間不得超過3 h[12]。

3.2.4 抽真空

產(chǎn)教融合發(fā)展工程于2016年開始啟動實施，該工程的目的是為了加快建設(shè)現(xiàn)代職業(yè)教育體系，全面增強職業(yè)教育服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展能力，由中央和地方政府共同組織實施。主要對象為中等職業(yè)學校(含技工學校)、高等職業(yè)院校和應(yīng)用型本科高校?？梢悦黠@看出，“卓計劃”主要在本科及以上層次的高校開展，而產(chǎn)教融合發(fā)展工程是針對開展職業(yè)教育的高校，這就形成了合理的人才培養(yǎng)梯度，既有應(yīng)用型技術(shù)人才，又有高層次拔尖創(chuàng)新人才，符合經(jīng)濟社會發(fā)展需要。

軟管在浸漬壓料前，必須保證軟管內(nèi)部沒有氣體，因此要對軟管進行抽真空，只有保證軟管內(nèi)處于真空狀態(tài)，浸漬壓料過程中樹脂與軟管才會充分接觸，提高浸漬效果。

將待浸漬軟管平鋪且置于壓料平臺上，軟管兩端口插入吸氣管，用塑料粘膠帶密封，塑料粘膠帶要求有彈性，防止抽真空過程中外界氣體進入到軟管內(nèi)，達不到抽真空的效果。開起真空泵，若壓料軟管太長導(dǎo)致軟管中間某些位置氣體不能徹底抽出，應(yīng)在軟管兩端口間開孔抽真空，開口位置盡量靠近端部平整處。

向軟管加樹脂過程中可能會帶入一些空氣，一般每間隔10 m補抽一次真空，切口選擇在軟管平整的位置，用專用切割刀將覆膜層劃一個十字口，同時將十字口的覆膜層與纖維無紡布剝離開，再將抽真空吸盤吸住十字口。若軟管內(nèi)真空度達不到設(shè)定時，可增加抽真空點位。

抽真空后，移開抽真空吸盤后迅速打上補丁。采用特定的補丁布(塑料帶，白色)鋪在抽真空十字口處，用已預(yù)熱好的專用加熱器壓在補丁布上約10 s，移開加熱器，同時用專用滾筒滾壓。預(yù)熱溫度為190℃～200℃時效果最佳。

3.2.5 樹脂充裝

將已配制好的樹脂加入到待填充樹脂的軟管內(nèi)(軟管中間，非夾層)，加料時應(yīng)稱取加入樹脂的凈重，以便復(fù)核每米軟管浸漬用量的正確性。將軟管一個封口劃開進行加料，加料端預(yù)留出扎尾端頭子的長度約300～500 mm，同時將軟管折疊壓實，防止空氣進入到整根軟管中，折疊處距端面長度以去除扎頭長度后能裝進第一次加料的容量即可。第一次加料進去后因有樹脂的密封，空氣不會再進入軟管內(nèi)。

此外，為了防止加料過程中因劃開軟管端口的密封膠帶進入空氣，采用隔膜泵進行加料，在抽真空前，先將隔膜泵的加注管和真空管同時插入軟管內(nèi)并進行端口密封。因此，加料時不用劃開密封膠帶，可直接進行加料，軟管內(nèi)真空度高，加料及填充速度快。

加料時，受壓料平臺上平面長度和該段軟管容量的限制，不可能一次從軟管端頭完成約11 t樹脂的灌注，為了解決這個難題，可以通過從軟管兩端口之間進行開口，分批次進行加注樹脂；但是從軟管兩端口之間開口加注樹脂風險較高，加注樹脂時樹脂會自動向上吸附，即使提高加注口位置，還是無法避免加注口附著大量樹脂。

加注口的處理及縫補。加注口吸附了大量的樹脂，首先用丙酮清洗加注口四周的樹脂，洗凈后用碳纖維縫補加注口。加注口開縫長約200 mm，用碳纖維線縫補5～6針，依次從內(nèi)到外進行縫補，當縫補到最外面一層時，在外層與次層之間放一塊無紡布隔離，縫補好后用碎冰冷卻；用抽真空修補材料PE膜和加熱專用工具正常修補作業(yè)，每次能修補縫口50 mm，每修補完一次立即用碎冰塊進行冷卻，防止修補過程中因溫度升高而導(dǎo)致周圍樹脂發(fā)生固化反應(yīng)。依次完成整條縫的修補，修補效果最佳。

3.2.6 定厚壓料

浸漬壓料前，將壓料平臺滾筒間距調(diào)到軟管設(shè)計厚度(t)的兩倍，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粘接更牢固，確保軟管攜帶一定余量的樹脂，間距增加2 mm；再用間隙塊實測核對無誤后方可開機壓料。

劃開加料端口的密封膠帶，另一端繼續(xù)抽真空，加料端軟管頭順入滾筒間，開啟壓料平臺，滾筒轉(zhuǎn)速要適當。壓料過程中要注意軟管端面均勻推移且浸漬要均勻，不能讓樹脂包裹區(qū)域有空氣，從而導(dǎo)致樹脂與軟管之間不能充分接觸。此外，壓料過程中隨時監(jiān)測滾筒的間距，防止因平臺震動等因素導(dǎo)致滾筒間距發(fā)生改變。當壓料長度>30 m時，每壓料10 m進行一次校準；當壓料長度≤30 m時，每壓料到軟管長度的1/4、1/2、3/4處時各校準一次。

當壓料段臨近抽真空段2～5 m時暫停壓料，讓抽真空點補丁冷卻(補丁處加碎冰或冰水冷卻)。確認抽真空點補丁冷卻后才能讓樹脂材料進行補丁點受熱影響范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

原位固化法(CIPP)樹脂軟管的制作過程控制看似簡單，但要完成一次性大管徑、長距離工程修復(fù)，給施工帶來嚴峻的考驗；此外，樹脂軟管制作工藝更是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，軟管浸漬量大，不能一次性從軟管端口填裝完樹脂，必須在壓料過程中在軟管兩端口之間進行開口加注樹脂，該操作若有不慎就會導(dǎo)致軟管浸漬失敗。本文所述方法在重慶市渝中區(qū)嘉韻山水城排水管網(wǎng)改造工程(管徑DN1 200)中長度150 m破損管道的翻轉(zhuǎn)修復(fù)取得圓滿成功，為非開挖修復(fù)積累了豐富的施工經(jīng)驗。

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