紫外光固化修復(fù)技術(shù)在水仙大街管網(wǎng)施工中的應(yīng)用研究

林天池

（漳州城投地產(chǎn)集團(tuán)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(fù)雜，以往應(yīng)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(shù)為城市管道的維護(hù)問題提供了一個很好的便利性維修方式。紫外光固化技術(shù)是自德國引進(jìn)的一種新的非管道開挖修復(fù)技術(shù)。紫外光固化技術(shù)實用性強(qiáng)、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(shù)引入我國以來，已在廣東、上海、江蘇、福建、山東等地進(jìn)行了實際應(yīng)用，現(xiàn)如今已成為市政管固化修復(fù)技術(shù)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(jī)動車道、非機(jī)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(shè)施，改建道路用材為瀝青混凝土，車行道設(shè)計面積為114563m。北側(cè)污水管道為混凝土管道，應(yīng)用非開挖紫外光固化技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)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(fù)管道統(tǒng)計如表1 所示。

表1 待修復(fù)污水管道統(tǒng)計表

2 施工工藝

2.1 紫外光固化修復(fù)技術(shù)應(yīng)用原理

用紫外光對管道施工時，紫外光應(yīng)用前必須滿足一定的應(yīng)用條件要求，紫外光波長為320～390nm，照射作用可以促進(jìn)UV 固化膠內(nèi)引發(fā)劑的分解、自由基的產(chǎn)生，引發(fā)丙烯酸類樹脂的反應(yīng)和薄膜的快速固化。明確對該技術(shù)原理的認(rèn)識，是實際修復(fù)工作中能夠有效應(yīng)用此項技術(shù)的前提。為了滿足預(yù)期的維修目標(biāo)，在使用紫外光固化技術(shù)時，必須充分掌握該技術(shù)的應(yīng)用原理。更具體地說，就是這項技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用只需要用到小型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備，就可以將纖維軟管拉入需要維修的管道中進(jìn)行后續(xù)工作，然后用壓縮空氣擴(kuò)張軟管，并將其連接到待維修管的內(nèi)壁上，確保在使用紫外光硬化軟管之前達(dá)到緊貼效果。紫外光固化流程如圖1 所示。紫外光固化技術(shù)的本質(zhì)是將基礎(chǔ)完整管道結(jié)構(gòu)融入新的一部分將其嵌入現(xiàn)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(shù)的原理是在原有管道的基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)施工，因此無需改變管道的位置或結(jié)構(gòu)，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(zhǔn)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(shù)的應(yīng)用達(dá)到最佳效果。

圖1 紫外光固化流程圖

2.2 紫外光固化修復(fù)技術(shù)優(yōu)勢

新修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用一方面得益于現(xiàn)代城市建設(shè)質(zhì)量的快速提高，另一方面適應(yīng)了現(xiàn)代管道修復(fù)的實用性以及經(jīng)濟(jì)成本的要求。具體來講，采用紫外光固化修復(fù)技術(shù)具有以下幾方面優(yōu)點：不會對環(huán)境產(chǎn)生污染問題，紫外光固化技術(shù)主要基于紫外光照射作用，施工過程不會產(chǎn)生對環(huán)境有污染的化學(xué)物質(zhì)。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(yīng)用。該項目施工方法采用光固化樹脂材料，一般應(yīng)用的軟管材料都為玻璃纖維，具有良好的韌性和高強(qiáng)度，固化后的涂層具有較高的強(qiáng)度和耐腐蝕性。可以全程監(jiān)控固化過程，以確保維修質(zhì)量。修復(fù)后的管道內(nèi)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(shù)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(xiàn)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(chǎn)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(jī)器，其施工進(jìn)度快，短時就可完成固化，修復(fù)后就能投入使用。

該技術(shù)的應(yīng)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(shù)僅用紫外光照射管道對應(yīng)需要修復(fù)的區(qū)域，然后進(jìn)行簡單的維護(hù)處理，對維修處進(jìn)行對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)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(shù)應(yīng)用效率高的綜合技術(shù)優(yōu)勢，在現(xiàn)代城市管道大量維修壓力下，促進(jìn)了維修質(zhì)量和效率的雙向提高，這也是該技術(shù)在管道修復(fù)工作中普及應(yīng)用的重要因素。該技術(shù)在施工過程中不需要用到大型設(shè)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(shù)的使用在確保安全、確保質(zhì)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(xiàn)，對于項目建設(shè)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(jìn)行施工隔離，確保施工安全。施工人員在施工前應(yīng)對管道進(jìn)行通風(fēng)處理，并進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場勘查工作，下井前，應(yīng)使用氣體探測器進(jìn)行井下空氣檢測，確認(rèn)井內(nèi)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(xiàn)紫外光固化修復(fù)管道，還需要執(zhí)行一系列煩瑣的、經(jīng)過多方專家論證及主管部門批準(zhǔn)的污水導(dǎo)排方案，臨時調(diào)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(fù)施工。

前期工作是否充足非常重要，它將嚴(yán)重影響整個修復(fù)項目的施工質(zhì)量，是整個后續(xù)工作的基礎(chǔ)。管道修復(fù)施工前應(yīng)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(xiàn)軟管固化工作，且保證修復(fù)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(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)降排水，以抽排作業(yè)段內(nèi)的污水、控制管內(nèi)水位、實施導(dǎo)排等工作，為清淤、管道內(nèi)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(jié)合的清潔方式，對管道進(jìn)行清理，通過吸污車吸出廢水后，再對其進(jìn)行手動清洗。人工清洗前應(yīng)測定管道的有毒氣體和氧氣含量，過程中加強(qiáng)監(jiān)測。為了保證清理質(zhì)量，實際清理工作中，應(yīng)將管道內(nèi)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(chǎn)生破損或造成結(jié)構(gòu)性損壞，這些都需要預(yù)先制定維修計劃，以確保修復(fù)后管道結(jié)構(gòu)足夠完整能夠?qū)崿F(xiàn)正常的管道效用?？煊菜嗌皾{通常用作修補(bǔ)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(jìn)行修補(bǔ)。砂漿補(bǔ)漏作業(yè)中還應(yīng)考慮管道本身的規(guī)格，并根據(jù)不同的管道規(guī)格選擇使用對應(yīng)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(fù)效果進(jìn)行檢測。由于檢測所需的主要設(shè)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(chǔ)修復(fù)前及管道實際投入使用后的檢查和記錄，對修復(fù)前實際工況及投入使用后的是否符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。此外，本檢測方法的應(yīng)用可形成完整的系統(tǒng)檢查報告，該報告構(gòu)成后續(xù)施工工作的基礎(chǔ)依據(jù)。對于軟管的采購人員來講，他們還需要對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)正常進(jìn)行，并最終取得良好的施工效果。CCTV 傳輸?shù)膱D像顯示，一些管道存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破損問題，如管道接口漏水嚴(yán)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(jìn)行預(yù)先處理以及部分維修工作，漏水部分進(jìn)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(zhì)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(xué)反應(yīng)過程需要一定的環(huán)境基礎(chǔ)，因此必須嚴(yán)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(hù)膜引入管道。該步驟旨在保護(hù)進(jìn)入管道內(nèi)部內(nèi)襯的軟管本身。該操作的中心點是確保保護(hù)膜的性能和尺寸滿足管道本身的要求，以避免保護(hù)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(nèi)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(zhì)量起到重要作用，由于現(xiàn)代管道維修的技術(shù)特點和現(xiàn)狀，管道維修技術(shù)中使用的內(nèi)管主要是玻璃纖維管。進(jìn)行管道維修前，在管道兩端安裝導(dǎo)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(nèi)，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(jìn)行，使軟管能夠正常進(jìn)入管道內(nèi)部。進(jìn)入管道內(nèi)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(yīng)用滾輪能夠更加省力。拉動內(nèi)襯軟管時，需注意軟管碾壓以及預(yù)切長度，并確保軟管從檢查井拉入管道內(nèi)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(shù)值應(yīng)當(dāng)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(chǔ)管長且要預(yù)留出足夠長度的距離，最大預(yù)留可達(dá)600mm。

其中，水仙大街道路改造項目，主要是修復(fù)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(dá)180m，受紫外線燈綜合電纜長度不夠、180m 長、12mm厚度的內(nèi)襯管自重過大的影響（自重約達(dá)20 噸）。同時，國內(nèi)尚無法使用紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)法一次施工成型，經(jīng)邀請專業(yè)施工廠家、現(xiàn)場技術(shù)小組及相關(guān)專家一起研討，定出采取兩段式疊加施工法。結(jié)合以不銹鋼雙脹環(huán)法予以中間疊縫加固，此法經(jīng)實踐效果良好，解決了一個技術(shù)難題。

成功將軟管拉入管道內(nèi)部后，就可以繼續(xù)下一步的施工流程。安裝對應(yīng)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(jìn)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(jìn)行充氣，根據(jù)圖紙設(shè)計要求控制管內(nèi)壓力，管內(nèi)溫度要在80～120℃，在紫外光固化施工中，首先調(diào)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(diào)整好固化燈的對應(yīng)參數(shù)，紫外光固化燈的驅(qū)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(shù)字化和視頻化監(jiān)控由安裝在固化燈上的CCTV 攝像機(jī)設(shè)備實現(xiàn)。固化過程的相關(guān)控制參數(shù)，如速度指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)，可根據(jù)檢測情況靈活調(diào)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(fù)示意如圖2 所示。

圖2 紫外光固化管道修復(fù)

3.4 后期的輔助完善處理技術(shù)

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(shù)對管道完成了修復(fù)，但如果接下來的輔助工作中出現(xiàn)問題和缺陷，也會導(dǎo)致整個管道的修復(fù)工作受到影響。具體來講，特別是管道修復(fù)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(dāng)完成固化工作后必須及時切斷這部分軟管，并拆除相應(yīng)的扎頭和通風(fēng)管。此外，還應(yīng)注意采取相應(yīng)的措施解決施工過程中管道兩端可能出現(xiàn)的邊緣粗糙問題。第二，及時將管道內(nèi)壁膜抽取出來。內(nèi)膜起保護(hù)作用，不作為修復(fù)材料使用，因此完成固化工作后要及時進(jìn)行內(nèi)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(fù)后的管道進(jìn)行檢查，分析修復(fù)效果，并使用閉路電視進(jìn)行修復(fù)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(zhì)量，也能達(dá)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(shè)備的持續(xù)性應(yīng)用特征，最終也將提高檢查工作的質(zhì)量。

4 QC 小組與質(zhì)量改進(jìn)

修復(fù)后的管道內(nèi)襯應(yīng)進(jìn)行厚度、強(qiáng)度檢測和應(yīng)用CCTV 檢測。經(jīng)檢測后得出，漳州水仙大街污水管道維修后，內(nèi)襯層厚度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)襯管短期彈性模量達(dá)到12000MPa，均滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(shù)減小，管道排放性能大大提高。進(jìn)行閉水性試驗，水密性指標(biāo)也符合驗收標(biāo)準(zhǔn)。

紫外光固化技術(shù)在實際應(yīng)用中必須嚴(yán)格按照規(guī)范操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，雖然技術(shù)較新，對于技術(shù)人員來講，只要對施工技術(shù)的基本原理和應(yīng)用過程有很好地了解，在具體的施工應(yīng)用過程中實現(xiàn)技術(shù)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(shù)的應(yīng)用滿足準(zhǔn)確性以及嚴(yán)謹(jǐn)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(jié)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(fù)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(zhì)工程獎），對紫外光固化技術(shù)的原理、應(yīng)用過程和優(yōu)點進(jìn)行了分析介紹，對超長管道修復(fù)提供了建議性措施方案。應(yīng)用結(jié)果表明，紫外光固化技術(shù)在修復(fù)市政污水管道工程中作用明顯，未來應(yīng)用前景廣闊。目前，這項技術(shù)僅在沿海城市使用，因此應(yīng)廣泛推廣，以便更好地應(yīng)用此項技術(shù)為國家城市污水管網(wǎng)修復(fù)工程做出貢獻(xiàn)。