CIPP翻转内衬工艺用于排水管道功能性修复

宋尚荣

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179)

1 工程概况

为了改善城市水环境，保护河流、居民饮用水等区域的水体水质，针对重庆市渝中区嘉韵山水城排水管网进行工程改造，对老城区150 m排水管道进行CCTV检测，整段管道内壁受侵蚀而出现麻面、露出钢筋及多处渗漏等问题。根据行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)的评判标准，该段管道缺陷指数3

2 CIPP修复技术原理和施工流程

2.1 技术原理

CIPP(cured in place pipe)即原位固化法[3-5]，亦称翻转内衬法，是一种基于热固化树脂的原位固化修复技术，采用加热或遇光固化的原理，将未成型已涂满树脂的软管利用水压或气压翻转到待修复的管道内，使其树脂软管紧贴于管道内壁，通过加热或紫外光照射使树脂软管固化，在旧管内壁形成高强度、刚性的管道内衬层，与原有管道形成复合管道体，从而达到对原有管道功能性修复的目的。

2.2 施工流程

施工按照原管道资料、现场踏勘→管道清洗清淤→气囊封堵抽水→局部缺陷处理→CCTV内窥检测→软管浸渍树脂→翻转内衬管进入待修复管道内→内衬管加热同时保证一定的翻转水压，确保内衬管紧贴于待修管道内壁→固化定型后进行降温→端头处理→CCTV内窥检测→试验及验收→恢复通水进行。

3 CIPP修复技术设计

3.1 内衬管道壁厚计算

用于排水管道修复时，内衬管道壁厚根据《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》 (CJJT 210—2014)计算：

(1)

(2)

q=100×(D-Dmin)/D

(3)

式(1)～(3)中，t为内衬管的壁厚，mm；D为原有旧管道的平均内径，mm；K为圆周支持率，推荐取值为7.0.；EL为内衬管的长期弹性模量，MPa，一般可取短期弹性模量的50%，根据内衬材料选择；C为椭圆度折减因子；P为地下水压力，MPa；N为安全系数，推荐取值为2.0；μ为泊松比，原位固化内衬管取0.3；q为原有旧管道的椭圆度，%，取值2%；Dmin为原有旧管道的最小内径，mm。

3.2 修复后管道过流能力计算

修复后管道的过流能力与修复前管道的过流能力的比值计算公式[6-7]：

(4)

式(4)中，B为管道修复前后过流能力比；ne为原有管道的粗糙系数，混泥土管取0.013；n1为内衬管的粗糙系数，取0.010；D1为内衬管的内径，mm；DE为内衬管的外径，mm。

4 工程实例

嘉韵山水城排水管网建设年限较长，待修复排水管道146 m，为DN1 200的钢筋混凝土管，但靠近P1检查井端处有12 m DN800的双壁波纹管，其中4 m位于井口端、8 m位于DN1200的钢筋混凝土管内部。经CCTV内窥检测，管道内壁受到严重的侵蚀而出现麻面、露出钢筋及多处渗漏等问题。管道修复前及预处理后内部检测情况如图1所示。本次管道修复方案采用CIPP(原位固化法)，由于待修复管道属于变径管道、变径范围较大，为了降低CIPP翻转施工的风险和保证施工质量。经过研究决定，采用短管置换将4 m DN800的双臂波纹管置换变为DN1 200，将钢筋混凝土管内部的8 m DN800的双壁波纹管拆除，确保整段管管径的一致性，保证CIPP(原位固化法)翻转修复在施工过程中顺畅性。

(a)修复前管道内部检测图

采用式(1)～(3)计算内衬管道壁厚，本工程内衬管道外径为1 200 mm，椭圆度q取2%，椭圆度折减因子C经计算为0.885。计算结果约为22.0 mm。单层无纺布的厚度约4.4 mm，采用5层结构，其中外层为覆膜(TPU)无纺布，内4层均为无纺布。采用式(4)计算修复后管道过流能力，经计算得管道修复前后过流能力比为118.1%，过流能力显著增加。

修复后管道内部CCTV检测情况如图2所示。修复后管道经CCTV检测，内壁表面光滑，与原管道贴合紧密，对原管道断面影响非常小，增加了管道抵抗变形能力，延长管道使用寿命，保证管道长期正常运行。

图2 修复后管道内部形貌

5 工程验收

施工完成后，通过CCTV检测对修复后的管道进行检查，按照《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》(CJJ/T 210—2014)，修复更新后的管道内应无明显湿渍、渗水，严禁滴漏、线漏等现象，内衬管内表面应光洁、平整，无局部划伤、裂纹、磨损、孔洞、起泡、干斑、褶皱、拉伸变形和软弱带等影响管道结构、使用功能的损伤和缺陷，内衬管应与原有管道贴附紧密，修复完成后需进行闭水试验、内衬管材力学性能取样检测。经检测，各项指标均符合标准规定。

6 经验总结

6.1 预处理前预防高浓度有毒气体

地下管线属于有限空间，对地下管线进行预处理必须遵循《有限空间安全作业标准手册》，严格实行“先通风、再检测、后作业”。预处理前，采用专用气体检测仪检测管道内部作业面气体浓度，经检测管道内部H2S浓度达60PPM以上，远超报警上限(7PPM)，严重威胁到下井施工人员的生命安全。

针对这种环境条件，采取上井口进行强力送风、下井口进行强力抽风相结合的方式进行空气置换；送风端采用帆布管将新鲜空气送入井下管道内，强力通风2 h后，对管道内部一氧化碳、甲烷、硫化氢含量等有害气体重新检测，直到管道内气体达到井下作业安全标准要求。同时，在预处理过程中每间隔30 min要对管道内部空气重新检测，确保管道内的空气质量满足施工要求，否则终止施工。

6.2 充填灌树脂位点处理

在树脂软管的制备过程中，受压料平台长度和平台拖动能力的限制，无法一次性将大量树脂注入软管内。采用分段进行灌注树脂，在于每次注入树脂量少，对压料平台的长度和压料时拖动能力要求降低，压料过程能平稳进行，保证树脂软管的质量。然而，分段进行灌注树脂前必须先在软管两端口间开缝，通过缝口进行灌注树脂，加注完成后会导致加注口吸附了大量的树脂。因此，对加注口的处理及缝合带来一定的困难。首先用丙酮清洗加注口四周的树脂，洗净后从内到外依次用碳纤维进行缝补。当缝补到最外面一层时，在覆膜层与次层之间放一块隔热膜，用抽真空修补材料-PE膜和加热专用工具对覆膜层进行修补作业，每次能修补缝口50 mm，修补完一次就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。

6.3 翻转尾端处理

翻转软管尾部处理一般小管径软管采用绑扎带扎，但是本次用于翻转软管(DN1 200)单壁有5层无纺布，每层厚度达4.4 mm，尾端处理需把尾端软管经多次折叠<软管内径，同时在内衬管中间还要插入排气管和拉力绳才进行捆绑，翻转过程中尾端处理好坏是翻转修复成功的关键点，翻转水压高、对强度要求特别大，若用捆扎带进行捆扎强度达不到要求。因此，采用自制“金属夹板”进行绑扎，将软管尾部折叠单独用一层无纺布进行包裹在外侧，再用“金属夹板”压紧夹住，把固定热水带的拉绳和辅助拉绳系固定在夹板上，同时用粘胶带将尖锐金属包裹，防止翻转过程中软管被划破。自制“金属夹板”捆扎，尾部强度高、绑扎牢固、渗水量少，满足翻转要求。

6.4 翻衬速度控制

在翻转过程中由于树脂软管管径较大(DN1 200)和水压高(6 m水头)，利用水压将浸渍软管翻转到待修复管道内。然而在翻转过程中翻转速度难以控制，如果翻转速度过快会导致树脂软管团聚及树脂软管膨胀不足，甚至导致水压过载事故。此外软管浸渍树脂后质量较重，经现场研究决定，采用吊车辅助翻转，同时在翻转的前端设置一个缓冲带(利用了未进料部分软管的自重来平衡一部分翻转水柱的重力)来控制翻转速度。在软管进行翻转过程中，采用CCTV机器人时时检测管道内全程翻转情况，保证施工过程风险可控。

6.5 能量控制

热循环热固化前，需对软管内翻转水量进行评估，经计算水量约173 t(内径1 200 mm；长度(150+6)m)；热量计算：管内水量约173 t，考虑到循环加热过程中尾部存在渗水现象，同时为了保证与原管道贴合紧密需要维持一定水压需要不定时补水，经研究决定按200 t水进行能量的换算。根据树脂软管的固化温度是85℃左右，加热前循环水的温度13℃；200 t水从室温13℃加热到热固化需要的85℃所需热量为6.048×104MW，考虑到热损耗，按热量的转化效率60%计算，则需锅炉提供的热量为1.008×105MW，若用一台1.2 MW的锅炉加热，热循环加热所需时间23.5 h，加热时间过长，根据现场研究决定采用两台1.2 MW锅炉。

6.6 热循环加热热度控制

一次翻转150 m，管径DN1 200，热循环加热时易形成层流，温度不均，采取尾部、中间、前端三处热电偶测温，中间热电偶事先导入。温度的控制为每0.5 h最高10℃，当温度升高到60℃后，每升高10℃再保温0.5 h再升温，直至85℃后循环2 h以上，待树脂软管固化成型再缓慢降温。如果升温太快会造成树脂软管固化成型后内表面出现起泡，升温速率过慢树脂软管固化成型的强度达不到检测标准；同时降温太快可能会造成内层管道回缩，导致与原管道脱落，对修复质量造成影响。

7 结束语

本工程管道修复从现场准备到固化完成并恢复通水在24 h内完成。施工过程中基本不影响现状道路的正常通行，施工时噪声低、对环境影响小。此外，经过设计人员的精心设计、相关问题的及时解决，软管树脂浸渍质量好、翻转速度控制适中、温度控制适宜，获得良好的固化效果。同时固化内衬管耐腐蚀、材料强度高、质量可靠，使用寿命延长30～50年。管道断面损失小、表面光滑，能够显著提高原有管道过水能力，满足原管道的设计要求。

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