原位固化法(CIPP)软管浸渍树脂过程控制研究

周永娜

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179)

1 研究背景

随着城市快速发展，我国地下管网的建设也越来越错综复杂，管网的建设规模日益扩大，至2017年底，全国城镇排水管渠总长度达82.01万km[1]，且每年按6%的速率增长。我国20世纪80年代以前修建的排水管道长度达3.59万km[2]，一些老城区地下管网由于铺设年代久远，加之管道铺设工艺落后、管道材料的耐久性不够、管道维护不及时等多种因素，导致部分管道出现了破裂、变形、渗漏、塌陷、脱节等病害情况。由于地下管道问题导致的道路塌陷、行洪不畅、在城市看海等现象屡见不鲜，这严重影响了我国城市管网的正常运行，导致交通堵塞，甚至危害人们的生命财产安全。因此，急需对病害管道进行摸底普查和修复。

近年来，随着技术成熟性和可靠性增加，我国管道非开挖技术发展迅速[3]，对施工工艺要求越来越高。针对重庆市渝中区嘉韵山水城排水管网改造工程(管径DN1 200)长度150 m破损管道进行原位固化法(CIPP)翻转修复。本文主要对树脂软管的制作工艺进行了研究，其研究内容对排水管道非开挖修复技术树脂软管的制作具有一定的借鉴和指导意义。

2 CIPP翻转法工艺特点

CIPP是Cured In Place Pipe的英文缩写，称原位固化法，是由英国1971年研制成功的管道修复技术。CIPP适用于圆形、矩形、蛋形和三角形等各种管材的管道修复，修复管径范围100～2 700 mm，一次性最长修复管道500 m，能进行弯曲(≤90°)管道修复[4-5]，可延长管道寿命30～50年。

原位固化法[6-10](CIPP)是翻转或拉入方式将浸渍树脂的软管置入原有管道内，利用压缩空气或水使树脂软管膨胀并紧贴在旧管内。经温水循环加热使软管硬化成型，在待修复管道内壁形成较高强度的内衬。该修复技术修复后的管道内壁光滑，强度高、质量可靠。

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

管道临时封堵及上下临时排水→管道冲洗及清理杂物→缺陷预处理→CCTV内窥检测→翻衬平台搭建→树脂软管制作及储运→CIPP翻转内衬→热水循环加热固化→头端处理→CCTV内窥检测→试验及验收→恢复通水。本文只对树脂软管制作进行了研究。

3.2 树脂软管制作

为了进一步降低修复成本，减少翻转次数及材料的浪费，本工程项目计划通过压料平台一次性浸渍压料150 m，完成该段破损管道的修复。然而软管尺寸和浸渍量过大，如果压料平台长度不足，多余的软管置于平台外，压料过程中人工无法移动平台外的软管，即便能移动软管，也无法保证压料过程的平稳性，浸渍软管的质量得不到保障。

通过对前期压料平台进行了优化整改，从单一面向立体进行设计，最终设计成Z型结构。在压料过程中，将充装树脂的软管置于压料平台上平面，未充装树脂的软管置于下层平面，确保在滚筒的带动下压料能够平稳性进行，从而解决了因车间长度而造成压料平台长度不足的难题。

3.2.2 树脂的配制

根据软管规格DN1 200，软管长150 m，壁厚22.5 mm，内衬管材的孔隙率85.4%，计算出树脂的用量；此外，考虑到树脂的聚合作用及渗入待修复管道缝隙和连接部位，增加5%～15%树脂充填[11]。经计算得到每米软管需要不饱和热固性树脂用量71.67 kg，共计不饱和热固性树脂10 895.0 kg。不饱和树脂/粉末固化剂/液体固化剂/苯乙烯质量比193∶2∶1∶4，其中不饱和树脂10 513.7 kg，粉末固化剂108 950.0 g，液体固化剂54 475.0 g，苯乙烯217.9 kg。为了降低因称量带来的质量误差，保证固化效果处于最佳配比，采用精度1 g的电子称称量粉末固化剂及液体固化剂；采用精度0.5 kg的泵称称量苯乙烯及不饱和树脂。

3.2.3 树脂搅拌

采用搅拌桶对树脂和固化剂进行机械搅拌，搅拌桶采用t=4 mm的304不锈钢制作，直径φ=1200 mm，高度1 300 mm，搅拌器采用悬擘式，转速n=0～3000 r/min转可调，可正反方向旋转。计算出150 m软管大约浸渍11 t的树脂，搅拌工作量大。对此，设计制作两个搅拌桶，1个加料，1个搅拌，循环操作，提高了搅拌和加料的工作效率。

先称取不饱和树脂倒入搅拌桶中；再依次称取粉末固化剂、苯乙烯、液体固化剂分别倒入同一个塑料桶中，搅均。同时称量过程中要填写《树脂配制过程称重记录表》。开启搅拌桶中的搅拌器，对不饱和树脂进行缓慢搅拌，同时缓慢加入塑料桶中的固化剂。搅拌30 min，搅拌时不能起明显漩涡，否则会进入空气，从而产生气泡，会影响后面软管的浸渍效果。搅拌转速在600～900 r/min。搅拌时要记录开始及结束搅拌的时间和温度。当搅拌桶壁至放料口阀门段时没进行搅拌，无固化剂。解决办法是先搅拌15～20 min，放出一小桶(盆)料，关闭放料阀，将其倒入搅拌桶内继续搅拌。待搅拌均匀，停留时间不得超过20 min，否则应冷藏于低于15℃，冷藏时间不得超过3 h[12]。

3.2.4 抽真空

产教融合发展工程于2016年开始启动实施，该工程的目的是为了加快建设现代职业教育体系，全面增强职业教育服务经济社会发展能力，由中央和地方政府共同组织实施。主要对象为中等职业学校(含技工学校)、高等职业院校和应用型本科高校。可以明显看出，“卓计划”主要在本科及以上层次的高校开展，而产教融合发展工程是针对开展职业教育的高校，这就形成了合理的人才培养梯度，既有应用型技术人才，又有高层次拔尖创新人才，符合经济社会发展需要。

软管在浸渍压料前，必须保证软管内部没有气体，因此要对软管进行抽真空，只有保证软管内处于真空状态，浸渍压料过程中树脂与软管才会充分接触，提高浸渍效果。

将待浸渍软管平铺且置于压料平台上，软管两端口插入吸气管，用塑料粘胶带密封，塑料粘胶带要求有弹性，防止抽真空过程中外界气体进入到软管内，达不到抽真空的效果。开起真空泵，若压料软管太长导致软管中间某些位置气体不能彻底抽出，应在软管两端口间开孔抽真空，开口位置尽量靠近端部平整处。

向软管加树脂过程中可能会带入一些空气，一般每间隔10 m补抽一次真空，切口选择在软管平整的位置，用专用切割刀将覆膜层划一个十字口，同时将十字口的覆膜层与纤维无纺布剥离开，再将抽真空吸盘吸住十字口。若软管内真空度达不到设定时，可增加抽真空点位。

抽真空后，移开抽真空吸盘后迅速打上补丁。采用特定的补丁布(塑料带，白色)铺在抽真空十字口处，用已预热好的专用加热器压在补丁布上约10 s，移开加热器，同时用专用滚筒滚压。预热温度为190℃～200℃时效果最佳。

3.2.5 树脂充装

将已配制好的树脂加入到待填充树脂的软管内(软管中间，非夹层)，加料时应称取加入树脂的净重，以便复核每米软管浸渍用量的正确性。将软管一个封口划开进行加料，加料端预留出扎尾端头子的长度约300～500 mm，同时将软管折叠压实，防止空气进入到整根软管中，折叠处距端面长度以去除扎头长度后能装进第一次加料的容量即可。第一次加料进去后因有树脂的密封，空气不会再进入软管内。

此外，为了防止加料过程中因划开软管端口的密封胶带进入空气，采用隔膜泵进行加料，在抽真空前，先将隔膜泵的加注管和真空管同时插入软管内并进行端口密封。因此，加料时不用划开密封胶带，可直接进行加料，软管内真空度高，加料及填充速度快。

加料时，受压料平台上平面长度和该段软管容量的限制，不可能一次从软管端头完成约11 t树脂的灌注，为了解决这个难题，可以通过从软管两端口之间进行开口，分批次进行加注树脂；但是从软管两端口之间开口加注树脂风险较高，加注树脂时树脂会自动向上吸附，即使提高加注口位置，还是无法避免加注口附着大量树脂。

加注口的处理及缝补。加注口吸附了大量的树脂，首先用丙酮清洗加注口四周的树脂，洗净后用碳纤维缝补加注口。加注口开缝长约200 mm，用碳纤维线缝补5～6针，依次从内到外进行缝补，当缝补到最外面一层时，在外层与次层之间放一块无纺布隔离，缝补好后用碎冰冷却；用抽真空修补材料PE膜和加热专用工具正常修补作业，每次能修补缝口50 mm，每修补完一次立即用碎冰块进行冷却，防止修补过程中因温度升高而导致周围树脂发生固化反应。依次完成整条缝的修补，修补效果最佳。

3.2.6 定厚压料

浸渍压料前，将压料平台滚筒间距调到软管设计厚度(t)的两倍，考虑到树脂的聚合作用及渗入待修复管道缝隙和连接部位粘接更牢固，确保软管携带一定余量的树脂，间距增加2 mm；再用间隙块实测核对无误后方可开机压料。

划开加料端口的密封胶带，另一端继续抽真空，加料端软管头顺入滚筒间，开启压料平台，滚筒转速要适当。压料过程中要注意软管端面均匀推移且浸渍要均匀，不能让树脂包裹区域有空气，从而导致树脂与软管之间不能充分接触。此外，压料过程中随时监测滚筒的间距，防止因平台震动等因素导致滚筒间距发生改变。当压料长度>30 m时，每压料10 m进行一次校准；当压料长度≤30 m时，每压料到软管长度的1/4、1/2、3/4处时各校准一次。

当压料段临近抽真空段2～5 m时暂停压料，让抽真空点补丁冷却(补丁处加碎冰或冰水冷却)。确认抽真空点补丁冷却后才能让树脂材料进行补丁点受热影响范围内。

4 结束语

原位固化法(CIPP)树脂软管的制作过程控制看似简单，但要完成一次性大管径、长距离工程修复，给施工带来严峻的考验；此外，树脂软管制作工艺更是保证施工质量的关键一环，软管浸渍量大，不能一次性从软管端口填装完树脂，必须在压料过程中在软管两端口之间进行开口加注树脂，该操作若有不慎就会导致软管浸渍失败。本文所述方法在重庆市渝中区嘉韵山水城排水管网改造工程(管径DN1 200)中长度150 m破损管道的翻转修复取得圆满成功，为非开挖修复积累了丰富的施工经验。

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