CIPP紫外線光固化非開挖整體修復施工技術(shù)淺析

劉光第

（中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

江西鷹潭老城片區(qū)及東湖工程位于鷹潭市老城片區(qū)內(nèi),主要針對雨、污水管道管徑為DN300、DN400,解決其破裂、堵塞、滲漏等管道缺陷問題。需修復改造的管道分別分布在老城區(qū)內(nèi)的19 個小區(qū),均已進行了老舊小區(qū)改造,即新鋪裝路面,或為商業(yè)街,由于老舊小區(qū)居民多,地形復雜,待修復管段分散,開挖周期長,不可預(yù)見等因素多,不具備開挖施工作業(yè)條件。通過項目部申請并經(jīng)各單位批準,對該部分小區(qū)修復工藝設(shè)計為CIPP紫外線光固化非開挖整體修復。實施管段總計長度1024 m,平均管段長度15 m。

2 工藝原理

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術(shù)屬于軟管內(nèi)襯法,其原理是在現(xiàn)有的舊管道內(nèi)壁上襯一層浸漬液態(tài)熱固性樹脂的軟襯層,通過加熱（紫外線光）使其固化,形成與舊管道緊密配合的薄層管,管道斷面幾乎沒有損失,工程安全可靠,提高了服務(wù)性能,有益于設(shè)施的后期養(yǎng)護。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：管道預(yù)處理→拖入底膜拉入內(nèi)襯軟管→固定扎頭→軟管充氣→軟管固化→拆除扎頭、切頭→修復后CCTV檢測→拆除封頭恢復通水→竣工驗收,見圖 1。

圖 1 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復施工工藝

3.2 操作要點

3.2.1 管道預(yù)處理

修復前的下水道,首先須封堵上、下游管口,一般可采用充氣管塞實施封堵；其次以高壓射水的方式將管道疏通干凈,如果管內(nèi)水位較高,還需抽水或臨時排水；待管內(nèi)疏通干凈后,實施修復前CCTV檢測,準確記錄每一處缺陷的位置和等級,如果某一處缺陷嚴重,還應(yīng)增加局部切割、抹面、灌漿等輔助措施,以保證內(nèi)襯修復的順利實施。

3.2.2 拖入底膜拉入內(nèi)襯軟管

（1）首先拖入塑料底膜,它減輕了內(nèi)襯材料的拖入阻力,同時也可減小因原管道內(nèi)壁偶爾出現(xiàn)的突出物對內(nèi)襯造成的傷害,保護內(nèi)襯軟管；拉入內(nèi)襯管的過程需緩慢進行,嚴格控制卷揚機的行進速度,并嚴格控制拉力,必要時在拉入內(nèi)襯前可先在底膜上倒?jié)櫥瑒?減小摩擦阻力。

（2）紫外光固化法CIPP非開挖修復工藝采用玻璃纖維軟管,它使用含有光引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂體系,材料需要避光保存,在運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之前不得開啟包裝,以免受光照影響,影響固化效果。

3.2.3 固定扎頭

（1）固定扎頭在施工應(yīng)將保鮮膜在外提前纏繞好,然后按照規(guī)格要求的布頭將軟管兩端綁扎結(jié)實,將進風口的扎頭安設(shè)在終端井,無進風口的扎頭安裝在起始端井。再通過鉗子把扎頭全部塞到提前準備好的軟管里,然后再對兩根綁帶從不同的方向進行搭接綁扎結(jié)實拉緊錯開,防止脫落。

（2）在進行起始端井施工時要從扎頭中間部位橫穿一條既能耐高溫又結(jié)實的細繩與預(yù)置繩相互連接,另一端的終端井施工時預(yù)留部分的繩應(yīng)從扎頭中間部位掏出來并系在扎頭外部的固定位置上,扎頭部分施工結(jié)束后然后在軟管上開2~3 個均勻長度3 cm~5 cm的縱向小孔,深度開到玻纖層為止,然后整理好布頭,檢查內(nèi)端插入舊管道的插入深度為20 cm~25 cm,最后在終端井的上部將充氣管和回流測壓管連接。

3.2.4 軟管充氣

利用風機和空壓機通過扎頭的通氣孔向材料內(nèi)輸送壓縮氣體進行再生管的擴徑,要使之與原有管道緊密接觸。充氣過程應(yīng)按0.02 Bar/min~0.03 Bar/min的速度緩慢充氣,當壓力達到0.2 Bar~0.3 Bar時,持續(xù)保壓20 min~40 min,保證軟管充分漲開；在保壓階段應(yīng)將軟管中的預(yù)置繩拉出,置換為耐高溫的細繩,用于拉燈架；保壓完成后進行燈架的功能測試及燈架高度的調(diào)節(jié),并套上對應(yīng)管徑的內(nèi)膜。

3.2.5 軟管固化

利用塑料軟管將紫外線燈支架平穩(wěn)的送入管內(nèi),待6 盞燈在既有管道內(nèi)就位后,打開燈架前段的攝像機,開啟紫外燈照射內(nèi)襯管,樹脂中所含光引發(fā)劑在紫外光照射下使樹脂產(chǎn)生固化反應(yīng),固化過程產(chǎn)生大量熱量促進固化持續(xù)進行,燈架上不同位置安裝有先進的溫度傳感器用以探測對應(yīng)位置內(nèi)襯管的溫度,固化過程中應(yīng)實時觀察修復溫度,溫度為80℃~130℃為宜,如果溫度達不到80℃可適當降低固化收線速度,保證固化過程一次性完成。邊硬化邊通過燈架上的攝像機對管道情況進行實時監(jiān)測。固化完成關(guān)閉燈光,調(diào)整風量降低管道內(nèi)部壓力降至大氣壓,關(guān)閉風機,然后冷卻20 min~40 min直至軟管充分固化冷卻。整個固化過程,在控制臺上可全程監(jiān)控,自動錄像,自動記錄固化速度、管壁溫度,高度集成高度自動控制系統(tǒng)保證了成品的性能。

3.2.6 拆除扎頭、切頭

待燈架從管道一端移出到尾段后,固化過程結(jié)束,關(guān)閉紫外燈控制開關(guān),關(guān)閉風機及空壓機,結(jié)束往管道內(nèi)送氣,拆除兩端扎頭,取出內(nèi)襯材料的內(nèi)膜,用特殊機械切除管道兩端的端部。同時,在修復完成的材料不同位置上取樣、編號,進行厚度、強度檢測,并送到專業(yè)檢測機構(gòu)進行復測,以便了解施工的成效。

3.2.7 修復后CCTV檢測

施工結(jié)束后,為了了解固化施工后管道內(nèi)部的質(zhì)量情況,在管端部切開之后,對管道內(nèi)部進行檢測。采用CCTV檢測設(shè)備,把修復結(jié)果拍成錄像資料,能夠直觀地與修復前檢測的管段錄像做對比,且隨時查閱每一段修復后管段的內(nèi)部情況。

3.2.8 拆除封頭恢復通水

施工結(jié)束,拆除兩端堵頭,便可投入使用。紫外線固化法CIPP所使用玻璃纖維內(nèi)襯管的高度回彈性和耐久性,基于其優(yōu)良的機械性能。按照國家相關(guān)標準要求,對修復管道夾層的密封進行檢查。獨立的檢驗機構(gòu)進行的各項檢測,證實紫外線固化法CIPP玻璃纖維軟管可以獲得優(yōu)良的質(zhì)量,修復完成后,可放心使用,且壽命長久。

3.2.9 竣工驗收

所有工序結(jié)束后,制作并提交相關(guān)數(shù)據(jù)報告及影像資料,進行最后的竣工驗收工作。修復效果對比見圖2,CIPP紫外線光固化非開挖整體修復主要施工步驟見表1。

表1 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復主要施工步驟表

圖2 管道修復前后對比效果圖

4 材料與設(shè)備

4.1 材料

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復采用的軟管材料應(yīng)符合下列要求：

（1）需提供第三方材料的檢測報告以及材料廠商自檢合格證明,最終產(chǎn)品應(yīng)滿足50年的設(shè)計壽命。

（2）修復材料能承受管道中正常的沼氣、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等水平,能抵抗土壤特殊環(huán)境和其它化學腐蝕的作用。

（3）韌性應(yīng)能承受牽引與伸展的施工拉力,縱向拉伸率應(yīng)不大于2%,徑向拉伸率為2%~5%。

表2 紫外固化內(nèi)襯管的初始力學性能

表3 紫外光固化內(nèi)襯管的耐腐蝕性

4.2 設(shè)備

根據(jù)工程需要組織調(diào)配,按照實際需要組織安排相關(guān)施工設(shè)備,保證設(shè)備在使用過程中的完好性和穩(wěn)定性。施工機具應(yīng)在人員進場是隨車輛準備到位,并及時對設(shè)備進行保養(yǎng)和調(diào)試,并確保和工程開工同時配備到現(xiàn)場并要能夠全部滿足工程需求,保質(zhì)保量加快施工現(xiàn)場進度,從而提高施工效率。CIPP紫外線光固化非開挖整體修復車及紫外線燈架見圖3 。

圖3 CIPP紫外線光固化非開挖整體修復車及紫外線燈架圖

5 效益分析

5.1 社會效益

在城市管網(wǎng)新建、改建和修復的過程中,傳統(tǒng)的開挖法施工將造成交通堵塞,需進行交通導行,占用人行道、綠地或園林等,有時還因為重要管線（例如軍用光纜、國防光纜、重要樞紐供電電纜等）、河道、水網(wǎng)、鐵道、機場及建筑物的存在,根本不允許開挖施工,即使通過各方面的關(guān)系協(xié)調(diào),可以開挖施工,也需要花費大量的經(jīng)濟投入解決管線遷改和臨時的支護保護措施,還會因挖填造成“拉鎖馬路”和“補丁馬路”現(xiàn)象。而采用非開挖修復技術(shù),可以最大限度地避免了因開挖所需的道路、管線遷改和對環(huán)境的破壞,減少了因交通導行、管線遷改、材料堆放等引起的與交警、城管、管線權(quán)屬單位、社區(qū)、小區(qū)物業(yè)、建筑物物業(yè)等部門的溝通協(xié)調(diào)問題,避免了工程的額外投資和協(xié)調(diào)所需的工期,非開挖減少了對環(huán)境的破壞,采用液壓設(shè)備噪聲低,減少了擾民因素,對周邊居民生產(chǎn)生活幾乎無任何影響,社會效益明顯提高。

5.2 工期效益

CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術(shù)工期短,以長度15 m的井段為例,從調(diào)查分析到施工完成后檢測質(zhì)量,平均僅需4.5 h,而開挖施工從地下管網(wǎng)調(diào)查、交通導行、路面破除、管線探挖、遷改或保護、支護開挖,到地基承載力試驗、墊層回填壓實取樣檢測、管道安裝、閉水試驗、管槽回填、路面恢復養(yǎng)護試驗檢測,則平均需要7天（不含養(yǎng)護時間）。

5.3 投入少,影響小

開挖修復需投入大量的人員和機械設(shè)備,而CIPP紫外線光固化非開挖整體修復技術(shù)的重要設(shè)備僅1臺清淤車、1臺貨車、1臺檢測修復車,配合6~7人施工,CIPP紫外光整體修復負面影響小,對地面、交通、環(huán)境影響弱,對周圍地下管線無影響,且不像開挖修復那樣需要材料堆放場。

5.4 質(zhì)量效益

適用全部管種（鋼筋混凝土管、混凝土管、HDPE管、陶管、鋼管、鑄鐵管、PVC管、PE管等）,可修復管徑Φ250~Φ1500,修復范圍大,修復后過流斷面損失小,針對老、舊管道設(shè)施的改造,能同時滿足結(jié)構(gòu)更新和修復功能缺陷需求,并且可以重新獲得設(shè)計不少于20年的使用壽命,沒有接頭,表面光滑、連續(xù),避免了接頭部位容易滲漏水的質(zhì)量通病。

6 結(jié)語

該施工技術(shù)具有技術(shù)先進、質(zhì)量可靠、工效高（每臺班每日最大可修復3段管道）、綜合造價便宜等特點,避免了傳統(tǒng)開挖安裝管道的施工工序,值得在市政工程污水管道修復改造施工項目中推廣和應(yīng)用。