紫外光固化法在城市排水管網(wǎng)修復(fù)中的應(yīng)用研究

趙忠冬

(中國(guó)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(duì)排水系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，對(duì)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(bǔ)缺工程(II標(biāo)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(duì)性修復(fù)計(jì)劃和方案。以下對(duì)紫外光固化法在城市排水管網(wǎng)修復(fù)中的應(yīng)用情況進(jìn)行闡述。

1 紫外光固化法原理及特點(diǎn)

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(yáng)機(jī)拖入管道內(nèi)，通過通風(fēng)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(dá)到修復(fù)目的。

1.1 紫外光固化法原理

進(jìn)行紫外光固化法修復(fù)前，需要達(dá)到以下條件：對(duì)加熱的紫外光波長(zhǎng)必須達(dá)到320mm～390nm，在這個(gè)波長(zhǎng)的紫外光可以促使引發(fā)劑分解，引起樹脂化學(xué)反應(yīng)，從而快速形成固化膜[1]。通過卷揚(yáng)機(jī)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(kuò)張貼緊待修復(fù)的排水管內(nèi)，最后通過波長(zhǎng)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(fù)[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(bǔ)丁”，此過程無需開挖，但對(duì)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(diǎn)

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(cuò)位、腐化、脫節(jié)，且接口錯(cuò)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(fù)，適用于管道接口的預(yù)防性處理。

1.2.2 紫外光固化法的特點(diǎn)

(1)將浸滿光固性樹脂的玻璃纖維軟管利用卷揚(yáng)機(jī)拖入已沖洗干凈的被修管道中，連接風(fēng)管向內(nèi)送風(fēng)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(qiáng)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(diǎn)突出，具有抗腐蝕、耐久、抗磨損等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)度較大，有效地提升了原有管道的使用壽命，最長(zhǎng)可達(dá)50a。

(3)對(duì)環(huán)境保護(hù)較好，節(jié)省資金和資源；無開挖產(chǎn)生的揚(yáng)塵、垃圾以及交通等問題；施工時(shí)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(fù)不可或缺的工藝。

2 紫外光固化法工藝流程及要點(diǎn)

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(fù)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(biāo)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(bào)備交警并封鎖道路，以便后續(xù)施工。

在正式施工前，待修復(fù)的排水管道必須要注意管道缺陷無變化。在施工時(shí)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(jìn)行倒排水，需要注意雨水管道上游區(qū)域下雨導(dǎo)致水量突然增大的情況。

在施工前應(yīng)該用QV及CCTV對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)其進(jìn)行清淤和管道固結(jié)物清除，一般采用高壓水槍和機(jī)械絞車對(duì)其進(jìn)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(hù)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(fù)的管道內(nèi)，利用此繩子將拉繩及防護(hù)底膜拖入排水管道內(nèi)。施工時(shí)注意需將防護(hù)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(diǎn)上。底膜的作用是為了保護(hù)襯管的外壁，減小紫外光內(nèi)襯材料的施工阻力，同時(shí)也可以減小因?yàn)樵艿纼?nèi)壁偶爾出現(xiàn)的突出物對(duì)內(nèi)襯造成的挫傷。在確保底膜不受拖入排水管內(nèi)部時(shí)變形或錯(cuò)位的前提下進(jìn)行施工，防護(hù)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(fù)管道內(nèi)。通過導(dǎo)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(dòng)速度不得大于5m/min，拖動(dòng)時(shí)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(dòng)過程中有損害，需要提前將植物油類的潤(rùn)滑劑均勻涂在防護(hù)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(duì)講機(jī)，以確定作業(yè)人員可以進(jìn)行無障礙溝通。如需要橫跨多個(gè)排水管時(shí)，需要專人負(fù)責(zé)檢查入孔處的內(nèi)襯管拉伸是否合適。

2.4 管道修復(fù)相關(guān)參數(shù)

內(nèi)襯管壁厚應(yīng)當(dāng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(hào)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(gè)型號(hào)，適用于多種管徑(D150～D1600)，通過鼓風(fēng)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(jìn)行，切不可貪功求快，緩慢加壓至工作壓強(qiáng)。為了預(yù)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(shí)，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(jìn)行下個(gè)工序。最后采用大功率鼓風(fēng)機(jī)來保持工作壓強(qiáng)，保證該壓強(qiáng)10min，然后將關(guān)閉的燈源拖進(jìn)起始檢查井。利用攝像頭檢查襯管的位置，如果效果不達(dá)標(biāo)，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(shí)，打開紫外光燈源后向目標(biāo)檢查井方向拉動(dòng)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(fù)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(fù)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(tái)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(dāng)紫外光光源到達(dá)結(jié)尾的終點(diǎn)時(shí)，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(jìn)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(yàn)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(duì)成品進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，主要分為CCTV檢測(cè)和進(jìn)行施工材料力學(xué)性能的檢測(cè)。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(duì)其進(jìn)行采樣送檢。采樣的時(shí)候需要注重以下幾個(gè)內(nèi)容：

(1)應(yīng)檢查除下純樹脂層和外織物層之后的復(fù)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(fù)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(fù)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(xué)性能要求及測(cè)試方法如表2。

表2 力學(xué)性能及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

3.2 質(zhì)量驗(yàn)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(cè)程序和方法如下：

(1)材料檢驗(yàn)

進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)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(dāng)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(yàn)收

襯管內(nèi)壁檢測(cè)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(yán)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(jì)要求。襯管厚度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)選擇襯管圓周上均等的四個(gè)點(diǎn)位，襯管厚度為這四個(gè)點(diǎn)位的平均值，設(shè)計(jì)厚度允許誤差范圍為±12.5%。

襯管取樣檢測(cè)應(yīng)符合下列要求：根據(jù)不同的口徑進(jìn)行取樣，每種口徑取一組，一組3塊，取樣后及時(shí)送交符合要求的檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢驗(yàn)并出具報(bào)告。

(3)內(nèi)襯修復(fù)后竣工驗(yàn)收時(shí)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(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的CCTV記錄資料；內(nèi)襯施工完成后，內(nèi)襯管CCTV檢測(cè)記錄資料；內(nèi)襯層壁厚的檢測(cè)記錄；襯管取樣厚度、巴氏硬度、環(huán)向拉伸強(qiáng)度及軸向拉伸強(qiáng)度的測(cè)試報(bào)告。

4 結(jié)論

紫外光固化法在城市排水修復(fù)中占據(jù)重要的作用。由于其施工周期短，對(duì)環(huán)境污染較小，不開挖路面，對(duì)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(duì)原有管線影響不大，進(jìn)而將施工危險(xiǎn)系數(shù)降低，其修復(fù)后強(qiáng)度高，大大延長(zhǎng)了原有管道的使用壽命，對(duì)未來城市管網(wǎng)的運(yùn)行維修起到重要的作用。