紫外光固化法在城市排水管網(wǎng)修復中的應(yīng)用研究

趙忠冬

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

廣州城中村及市政道路的排水系統(tǒng)年久退化，存在各種問題，對排水系統(tǒng)造成嚴重影響，對城市的文明形象及人民居住環(huán)境造成很大的影響，水環(huán)境整治已經(jīng)刻不容緩。本文依托黃埔區(qū)排水管線隱患排查結(jié)構(gòu)性缺陷處理維修改造及查漏補缺工程(II標段)，結(jié)合黃埔區(qū)排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀及規(guī)劃資料分析，排查區(qū)內(nèi)排水管線存在的隱患問題，提出了采用紫外光固化法的針對性修復計劃和方案。以下對紫外光固化法在城市排水管網(wǎng)修復中的應(yīng)用情況進行闡述。

1 紫外光固化法原理及特點

紫外光固化法是常用的一種非開挖技術(shù)，常用于處理管道整體的腐蝕、脫節(jié)、滲漏等問題。主要是將玻璃纖維管涂上樹脂，然后通過卷揚機拖入管道內(nèi)，通過通風并紫外光加熱，使玻璃纖維貼合管道并硬化，在原狀管內(nèi)形成新的內(nèi)襯管道，從而達到修復目的。

1.1 紫外光固化法原理

進行紫外光固化法修復前，需要達到以下條件：對加熱的紫外光波長必須達到320mm～390nm，在這個波長的紫外光可以促使引發(fā)劑分解，引起樹脂化學反應(yīng)，從而快速形成固化膜[1]。通過卷揚機將浸泡過樹脂的軟管拖入有缺陷的排水管道內(nèi)，利用空氣壓力將軟管擴張貼緊待修復的排水管內(nèi)，最后通過波長為320mm～390nm的紫外光加熱軟管，使其固化在管道內(nèi)，使有缺陷的管道完成修復[2]。換句話說其本質(zhì)原理即是在已發(fā)生結(jié)構(gòu)性缺陷的原狀管網(wǎng)內(nèi)增設(shè)一條超薄的軟管“補丁”，此過程無需開挖，但對作業(yè)人員的操作要求較高。

1.2 紫外光固化法適用范圍及特點

1.2.1 紫外光固化法適用范圍

(1)紫外光固化適用管道形狀較廣，可以用于管道截面為馬蹄形、圓形的管道，管道材質(zhì)無特殊要求。

(2)管徑適用范圍為150mm～1600mm的管道。

(3)適用管道結(jié)構(gòu)性缺陷包括變形、破碎、滲漏、錯位、腐化、脫節(jié)，且接口錯位宜不大于直徑的15%。不適用于排水管道內(nèi)部拐彎的情況。

(4)適用于管道腐蝕等病害的修復，適用于管道接口的預防性處理。

1.2.2 紫外光固化法的特點

(1)將浸滿光固性樹脂的玻璃纖維軟管利用卷揚機拖入已沖洗干凈的被修管道中，連接風管向內(nèi)送風并吹脹使其緊貼于管道內(nèi)壁，通過專業(yè)的紫外光發(fā)射與控制設(shè)備照射管道內(nèi)壁使樹脂在管道內(nèi)部固化，形成高強度內(nèi)襯新管[3]。

(2)紫外光固化后形成的新的固化管道優(yōu)點突出，具有抗腐蝕、耐久、抗磨損等優(yōu)點，防水效果好，可以有效防止管道內(nèi)、外水的滲透。材料較好，強度較大，有效地提升了原有管道的使用壽命，最長可達50a。

(3)對環(huán)境保護較好，節(jié)省資金和資源；無開挖產(chǎn)生的揚塵、垃圾以及交通等問題；施工時間較短，可以有效地解決排水管道的問題，提升施工形象，節(jié)約資金，已成為城市排水系統(tǒng)修復不可或缺的工藝。

2 紫外光固化法工藝流程及要點

具體工藝流程如圖1和圖2。

圖1 紫外光固化法工藝流程

圖2 紫外光固化內(nèi)村修復示意

2.1 前期處理

在施工前，在確保安全的前提下方可開工，提前張貼擺放交通標志牌、設(shè)置施工警示帶等。在施工過程中，在部分特殊路段要提前報備交警并封鎖道路，以便后續(xù)施工。

在正式施工前，待修復的排水管道必須要注意管道缺陷無變化。在施工時必須要求管道內(nèi)無水并已停止使用，遇到有水的排水管道需要砌筑封堵墻和氣囊，并進行倒排水，需要注意雨水管道上游區(qū)域下雨導致水量突然增大的情況。

在施工前應(yīng)該用QV及CCTV對管道進行檢測，判斷管道內(nèi)是否存在淤泥、固結(jié)物、污泥等，如果存在則需要對其進行清淤和管道固結(jié)物清除，一般采用高壓水槍和機械絞車對其進行清理，清理管道前應(yīng)注意清理的方式是在現(xiàn)有排水管道可承受范圍之內(nèi)。

2.2 拉入防護底膜

通過CCTV檢查后，通過沖洗設(shè)備或者CCTV將繩索帶入需要修復的管道內(nèi)，利用此繩子將拉繩及防護底膜拖入排水管道內(nèi)。施工時注意需將防護底膜放置于拉繩之下。此外底膜需要固定在另一側(cè)的檢查井內(nèi)或者檢查井附近地面穩(wěn)固的錨固點上。底膜的作用是為了保護襯管的外壁，減小紫外光內(nèi)襯材料的施工阻力，同時也可以減小因為原管道內(nèi)壁偶爾出現(xiàn)的突出物對內(nèi)襯造成的挫傷。在確保底膜不受拖入排水管內(nèi)部時變形或錯位的前提下進行施工，防護底膜能夠有效地保證軟管拖入過程中的磨損。

2.3 拉入玻璃纖維內(nèi)襯軟管

紫外光固化施工工藝關(guān)鍵步驟之一就是玻璃纖維內(nèi)襯軟管拖入待修復管道內(nèi)。通過導向滑輪組與電纜絞車將玻璃纖維內(nèi)襯軟管拖入管道內(nèi)部，拖動速度不得大于5m/min，拖動時不得超過材料本身的最大承受范圍。為防止玻璃纖維內(nèi)襯軟管在拖動過程中有損害，需要提前將植物油類的潤滑劑均勻涂在防護底膜上。

為了更好地施工，需要為作業(yè)人員配備相應(yīng)的對講機，以確定作業(yè)人員可以進行無障礙溝通。如需要橫跨多個排水管時，需要專人負責檢查入孔處的內(nèi)襯管拉伸是否合適。

2.4 管道修復相關(guān)參數(shù)

內(nèi)襯管壁厚應(yīng)當符合下列規(guī)定：

式中：qt——管道總的外部壓力(MPa)為地下壓力、上覆土壓力以及活荷載；Rw——浮力系數(shù)，最小取0.67；B'——彈性支撐系數(shù)；E's——側(cè)土綜合變形模量(MPa)，可按現(xiàn)行國家標準《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50332的規(guī)定確定；Hw——管頂以上地下水位高(m)；γ——土的重度(kN/m3)；H——管道敷設(shè)深度；Hs——管頂覆土厚度(m)；Ws——活荷載(MPa)，應(yīng)現(xiàn)行國家標準《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 5033的規(guī)定確定。

2.5 軟管加壓充氣、拉入紫外光燈

紫外光燈型號多種，依據(jù)不同情況不同管徑可以大致分為小、中、大、特大等四個型號，適用于多種管徑(D150～D1600)，通過鼓風設(shè)備將管道內(nèi)吹入大量的空氣，使沾滿樹脂的玻璃纖維軟管膨脹起來，在保證玻璃纖維軟管不受損害的情況下，將紫外光燈組快速拉入管道內(nèi)部。

內(nèi)襯軟管的充氣需要有序進行，切不可貪功求快，緩慢加壓至工作壓強。為了預防內(nèi)襯軟管過度膨脹和出現(xiàn)褶皺，影響施工質(zhì)量，需要在每次加壓50Mbar時，保持壓力3min～5min，繼續(xù)加壓至額定壓力后保持壓力30min。如果襯管材料溫度小于10℃，至少應(yīng)該等待10min后方可進行下個工序。最后采用大功率鼓風機來保持工作壓強，保證該壓強10min，然后將關(guān)閉的燈源拖進起始檢查井。利用攝像頭檢查襯管的位置，如果效果不達標，則應(yīng)該重新施工該工序。

2.6 紫外光固化及端頭處理

紫外光固化開始時，打開紫外光燈源后向目標檢查井方向拉動紫外線光源。操作過程中要遵循相關(guān)的規(guī)定，還需要檢查并記錄溫度傳感器在操作過程中的溫度和速度，如果復合管的溫度大于130℃，應(yīng)該在其他條件不變的前提下加大空氣流量。

表1 固化施工參數(shù)

如果復合管的溫度小于80℃，應(yīng)該將速度下降至5cm/min。如果其中一臺燈源在施工過程中出現(xiàn)損害，應(yīng)該立刻調(diào)整固化的速度。當紫外光光源到達結(jié)尾的終點時，關(guān)閉所有的燈源，固化過程結(jié)束。

紫外光固化施工后應(yīng)該切除檢查井內(nèi)過剩的軟管，并將切除后的毛邊進行整平處理，采用速干水泥將內(nèi)襯管與原狀管道接口處涂抹均勻，防止?jié)B漏。

端頭處理后，將軟管內(nèi)膜抽出并清理施工過程中產(chǎn)生的垃圾。

3 施工質(zhì)量保證措施與質(zhì)量驗收

3.1 施工質(zhì)量保證措施

紫外光加熱固化施工完畢后，為保證施工的質(zhì)量，需要對成品進行相應(yīng)的檢測，主要分為CCTV檢測和進行施工材料力學性能的檢測。采樣材料原則上應(yīng)該采用排水管道末端硬化后的材料，對其進行采樣送檢。采樣的時候需要注重以下幾個內(nèi)容：

(1)應(yīng)檢查除下純樹脂層和外織物層之后的復合管的壁厚；(2)樣品的表面不得有氣泡、褶皺或空洞；(3)確保取樣部位經(jīng)過充足的紫外線固化；(4)樣品復合管內(nèi)不能存在明顯的凹凸不平。

根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復更新工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 210-2014)的規(guī)定，含玻璃纖維的光固化內(nèi)襯管成型后短期力學性能要求及測試方法如表2。

表2 力學性能及測試標準參數(shù)

3.2 質(zhì)量驗收

內(nèi)襯層的厚度必須一次作業(yè)成型，不允許多次作業(yè)來疊加壁厚。內(nèi)襯施工后要把內(nèi)膜脫除。

工程中內(nèi)襯層質(zhì)量檢測程序和方法如下：

(1)材料檢驗

進入現(xiàn)場的材料應(yīng)滿足要求，主材應(yīng)該提供產(chǎn)品質(zhì)量合格證等相關(guān)資料。

固化后的內(nèi)襯軟管外形不應(yīng)當出現(xiàn)損害、碾壓后厚薄不一、表面存在較大面積的褶皺、樹脂內(nèi)存在氣泡的情形。

(2)內(nèi)襯層質(zhì)量驗收

襯管內(nèi)壁檢測需要滿足：表面沒有凹凸，沒有未固化的現(xiàn)象，內(nèi)壁的表面不能有破裂及嚴重的褶皺。

襯管端部的切口應(yīng)該和井壁的高度齊平，封口處不能出現(xiàn)滲水漏水的現(xiàn)象。

襯管的厚度必須符合設(shè)計要求。襯管厚度檢測時，應(yīng)選擇襯管圓周上均等的四個點位，襯管厚度為這四個點位的平均值，設(shè)計厚度允許誤差范圍為±12.5%。

襯管取樣檢測應(yīng)符合下列要求：根據(jù)不同的口徑進行取樣，每種口徑取一組，一組3塊，取樣后及時送交符合要求的檢驗中心進行檢驗并出具報告。

(3)內(nèi)襯修復后竣工驗收時技術(shù)資料應(yīng)具備如下資料：

軟管和熱固性樹脂必須具有產(chǎn)品質(zhì)量合格證書；內(nèi)襯施工前清洗排水管道后進行質(zhì)量檢測的CCTV記錄資料；內(nèi)襯施工完成后，內(nèi)襯管CCTV檢測記錄資料；內(nèi)襯層壁厚的檢測記錄；襯管取樣厚度、巴氏硬度、環(huán)向拉伸強度及軸向拉伸強度的測試報告。

4 結(jié)論

紫外光固化法在城市排水修復中占據(jù)重要的作用。由于其施工周期短，對環(huán)境污染較小，不開挖路面，對居民的日常生活和出行影響較小，在某些特殊地形，開挖成本較高或交通壓力過大的地方有廣闊的應(yīng)用空間。由于其采用無開挖施工，故此對原有管線影響不大，進而將施工危險系數(shù)降低，其修復后強度高，大大延長了原有管道的使用壽命，對未來城市管網(wǎng)的運行維修起到重要的作用。