紫外光固化修复技术在水仙大街管网施工中的应用研究

林天池

（漳州城投地产集团有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

由于我国城市发展速度快，交通复杂，以往应用的开挖换管方式会对交通造成干扰和不便。紫外光固化技术为城市管道的维护问题提供了一个很好的便利性维修方式。紫外光固化技术是自德国引进的一种新的非管道开挖修复技术。紫外光固化技术实用性强、施工效率高、不会过度占用施工场地。自2008年德国紫外光固化技术引入我国以来，已在广东、上海、江苏、福建、山东等地进行了实际应用，现如今已成为市政管固化修复技术的主流。

1 工程概况

该项目位于漳州市芗城区至龙文区的水仙大街（新华南路至浦头港主港段）道路改造工程。该项目起点桩号为K0+000位于水仙街与新华南路交汇处，终点桩号为K2+745.813位于浦头港主港与水仙大街交汇处。主要涉及的道路（机动车道、非机动车道和人行道）、交通工程、雨水管道、污水管道、水管、电力和通信电缆管道、路灯和绿色设施，改建道路用材为沥青混凝土，车行道设计面积为114563m2。北侧污水管道为混凝土管道，应用非开挖紫外光固化技术进行修复，修复管道全长2673m：管径d1000，管道长度702m；管径d1350，管长837m；管径d600～d1200，管道长度约494m；管道直径为d1200，管道长度约为640m，待修复管道统计如表1所示。

表1 待修复污水管道统计表

2 施工工艺

2.1 紫外光固化修复技术应用原理

用紫外光对管道施工时，紫外光应用前必须满足一定的应用条件要求，紫外光波长为320～390nm，照射作用可以促进UV固化胶内引发剂的分解、自由基的产生，引发丙烯酸类树脂的反应和薄膜的快速固化。明确对该技术原理的认识，是实际修复工作中能够有效应用此项技术的前提[1]。为了满足预期的维修目标，在使用紫外光固化技术时，必须充分掌握该技术的应用原理。更具体地说，就是这项技术的设计应用只需要用到小型卷扬机设备，就可以将纤维软管拉入需要维修的管道中进行后续工作，然后用压缩空气扩张软管，并将其连接到待维修管的内壁上，确保在使用紫外光硬化软管之前达到紧贴效果。紫外光固化流程如图1所示。紫外光固化技术的本质是将基础完整管道结构融入新的一部分将其嵌入现有管道中，从而提高老化管道性能，可以有效提高管道的硬度和耐腐蚀性。由于该技术的原理是在原有管道的基础上进行后续施工，因此无需改变管道的位置或结构，但对施工人员的精度和稳定性把控提出了更高的要求，只有软管精准稳定地嵌入旧管道之中，才能保证实际的紫外光固化技术的应用达到最佳效果。

图1 紫外光固化流程图

2.2 紫外光固化修复技术优势

新修复技术的应用一方面得益于现代城市建设质量的快速提高，另一方面适应了现代管道修复的实用性以及经济成本的要求。具体来讲，采用紫外光固化修复技术具有以下几方面优点：不会对环境产生污染问题，紫外光固化技术主要基于紫外光照射作用，施工过程不会产生对环境有污染的化学物质。此外，紫外光照射的工作方法相对容易掌握，便于专业施工人员应用。该项目施工方法采用光固化树脂材料，一般应用的软管材料都为玻璃纤维，具有良好的韧性和高强度，固化后的涂层具有较高的强度和耐腐蚀性[2]。可以全程监控固化过程，以确保维修质量。修复后的管道内壁比原来的混凝土材料更平滑，从而提高了溢流和输送能力。紫外光固化技术的使用省去了大面积开挖的施工环节，避免了对高交通量道路的封闭，防止出现大流量道路的拥堵问题。在环境方面，不会有大量的灰尘污染环境。不会对人们的生活产生重大影响。紫外光固化不需要传统的开挖和其他大型机器，其施工进度快，短时就可完成固化，修复后就能投入使用。

该技术的应用具有很高的效率，效率是从整体流程上来讲的，紫外光固化技术仅用紫外光照射管道对应需要修复的区域，然后进行简单的维护处理，对维修处进行对应的养护工作，就能够完成整个维修过程。整个项目具有施工时间短、施工综合成本少、施工作业面小、技术应用效率高的综合技术优势，在现代城市管道大量维修压力下，促进了维修质量和效率的双向提高，这也是该技术在管道修复工作中普及应用的重要因素。该技术在施工过程中不需要用到大型设备，并且紫外光本身也不存在安全隐患，只要施工人员遵守操作规程、发挥正常的操作水平，安全事故发生的概率也会极低。该技术的使用在确保安全、确保质量、缩短工期、提高工作效率、控制成本方面得到了很好的体现，对于项目建设来说，实施的安全保障性高，社会效益也就很高。

3 施工流程

3.1 前期处理环节

施工前必须对作业管位范围进行施工隔离，确保施工安全。施工人员在施工前应对管道进行通风处理，并进行相应的现场勘查工作，下井前，应使用气体探测器进行井下空气检测，确认井内无有毒气体后，将气囊放置在上下游检查井处，水仙大街项目为了实现紫外光固化修复管道，还需要执行一系列烦琐的、经过多方专家论证及主管部门批准的污水导排方案，临时调整污水管道排水路径，才能确保待修管段暂时停用，以便修复施工。

前期工作是否充足非常重要，它将严重影响整个修复项目的施工质量，是整个后续工作的基础。管道修复施工前应及时有效地清除原需要维修管道中的各种生活垃圾等各种杂物，为后续的维修工作提供足够的施工空间，以此来实现软管固化工作，且保证修复后的有效管径。水仙大街项目要求的施工期短，为节省施工时间，采用气囊封堵法对维修管段的上下游管道进行封堵；施工开始前先利用上下游污水泵站配合地面拖式车泵联合运转降排水，以抽排作业段内的污水、控制管内水位、实施导排等工作，为清淤、管道内窥和管道维修创造条件。首先，通过高压冲洗和吸污车，以疏通与吸污相结合的清洁方式，对管道进行清理，通过吸污车吸出废水后，再对其进行手动清洗。人工清洗前应测定管道的有毒气体和氧气含量，过程中加强监测。为了保证清理质量，实际清理工作中，应将管道内各类杂物输送到管道外部，且因污废水废气长期的腐蚀作用而产生破损或造成结构性损坏，这些都需要预先制定维修计划，以确保修复后管道结构足够完整能够实现正常的管道效用。快硬水泥砂浆通常用作修补接口界面区域的原材料，发生破损或漏水的区域可以提前进行修补。砂浆补漏作业中还应考虑管道本身的规格，并根据不同的管道规格选择使用对应的注浆施工方式。

3.2 CCTV检测环节

此工作环节主要是对旧管道实际基本修复效果进行检测。由于检测所需的主要设备是闭路电视，因此该步骤被称为“CCTV检测”环节。检测工作的重点是基础修复前及管道实际投入使用后的检查和记录，对修复前实际工况及投入使用后的是否符合应用标准进行检测。此外，本检测方法的应用可形成完整的系统检查报告，该报告构成后续施工工作的基础依据。对于软管的采购人员来讲，他们还需要对检测数据进行了解与掌握，只有全面了解整体施工的各个流程，才能保证后续的施工建设正常进行，并最终取得良好的施工效果。CCTV传输的图像显示，一些管道存在严重的结构破损问题，如管道接口漏水严重、支管暗接、破裂等问题。为了确保管道的稳定性，在维修管道的前期，需要对管道进行预先处理以及部分维修工作，漏水部分进行防水处理，必须在管道塌陷位置上添加填料，避免管道病害的后续来源，避免对整体维修质量造成任何损害。

3.3 固化操作环节

在实际紫外光固化操作过程中，因化学反应过程需要一定的环境基础，因此必须严格规划和实施实际固化操作，制定规范化流程。具体来说，包括以下两个步骤。第一，将保护膜引入管道。该步骤旨在保护进入管道内部内衬的软管本身。该操作的中心点是确保保护膜的性能和尺寸满足管道本身的要求，以避免保护膜因规格不正确而无法发挥有效作用。第二，将软管引入管道内部。软管引入工作是重要的工作流程，对后续紫外光固化质量起到重要作用，由于现代管道维修的技术特点和现状，管道维修技术中使用的内管主要是玻璃纤维管。进行管道维修前，在管道两端安装导轮，并将其连接到牵引装置上，在原有管道底部铺置底膜，宽度大于管周长的1/3，两端必须固定。在拖动软管时避免摩擦对软管造成损害。用牵引装置将软管送入管道内，牵引力不得大于245kN，牵引速度不得大于5m/min，软管轴向拉伸率必须小于2%，确保牵引过程以均匀的速度进行，使软管能够正常进入管道内部。进入管道内部后软管两端必须比原管道长300～600mm。为保证摩擦力降到最低，软管由滑动滚轮牵引，此外，纤维管自重较大，应用滚轮能够更加省力。拉动内衬软管时，需注意软管碾压以及预切长度，并确保软管从检查井拉入管道内部。在拉动过程中，确保管壁本身无磨损或受到外力影响。拉伸速度指数值应当小于2%，软管长度除了要满足维修管道的长度外，软管两端必须比基础管长且要预留出足够长度的距离，最大预留可达600mm。

其中，水仙大街道路改造项目，主要是修复元光北路至丹霞路段的d1350污水管，由于此段管先前使用钢筋混凝土管顶管施工，井位管段长度最长达180m，受紫外线灯综合电缆长度不够、180m长、12mm厚度的内衬管自重过大的影响（自重约达20吨）。同时，国内尚无法使用紫外光固化内衬修复法一次施工成型，经邀请专业施工厂家、现场技术小组及相关专家一起研讨，定出采取两段式叠加施工法。结合以不锈钢双胀环法予以中间叠缝加固，此法经实践效果良好，解决了一个技术难题。

成功将软管拉入管道内部后，就可以继续下一步的施工流程。安装对应的固定扎头，将压力管与充气高压管一同连接到扎头装置上，并将软管端部连接至充气装置。检查软管接头是否做好密闭工作，再进行后续的软管充气工作。软管充气膨胀与原管道贴合后，快速打开软管端头，放置紫外光固化灯，并将扎头盖板固定好。将固化灯放置后再次进行充气，根据图纸设计要求控制管内压力，管内温度要在80～120℃，在紫外光固化施工中，首先调整紫外光固化小车，检查好紫外光固化灯在小车上的固定情况，并按照规范要求调整好固化灯的对应参数，紫外光固化灯的驱动速度为0.2～1m/min。为了保证固化效果能够满足实际工程需求，需要采用CCTV检测，记录整个固化过程中的固化图像，数字化和视频化监控由安装在固化灯上的CCTV摄像机设备实现。固化过程的相关控制参数，如速度指数和强度指数，可根据检测情况灵活调整。固化后，取下扎头并切断两端的端头。紫外光固化管道修复示意如图2所示。

图2 紫外光固化管道修复

3.4 后期的辅助完善处理技术

固化过程完成后，以下辅助处理流程也是非常重要的施工环节，对于施工人员来说，即使采用固化技术对管道完成了修复，但如果接下来的辅助工作中出现问题和缺陷，也会导致整个管道的修复工作受到影响。具体来讲，特别是管道修复的后续处理主要有以下几点：第一，为了有效处理硬化后的管道末端，需要在管道两端保留一定的软管距离，当完成固化工作后必须及时切断这部分软管，并拆除相应的扎头和通风管。此外，还应注意采取相应的措施解决施工过程中管道两端可能出现的边缘粗糙问题。第二，及时将管道内壁膜抽取出来。内膜起保护作用，不作为修复材料使用，因此完成固化工作后要及时进行内膜清理，这也是为了提高固化工作后的维修效果的方式。第三，对修复后的管道进行检查，分析修复效果，并使用闭路电视进行修复段管道的全面检查，这种检查方法不会影响到管道的整体质量，也能达到检查管道固化后效果的目的。这种检测方式可记录管道维修的实际情况，设备的持续性应用特征，最终也将提高检查工作的质量。

4 QC小组与质量改进

修复后的管道内衬应进行厚度、强度检测和应用CCTV检测。经检测后得出，漳州水仙大街污水管道维修后，内衬层厚度达到设计标准，内衬管短期弹性模量达到12000MPa，均满足设计标准要求。管道施工完毕后，实际投入使用流量保持不变，管壁粗糙系数减小，管道排放性能大大提高。进行闭水性试验，水密性指标也符合验收标准。

紫外光固化技术在实际应用中必须严格按照规范操作标准进行，虽然技术较新，对于技术人员来讲，只要对施工技术的基本原理和应用过程有很好地了解，在具体的施工应用过程中实现技术的合理性和有效性，就可以完成正常的施工工作。只有施工技术的应用满足准确性以及严谨性需求，才能使实际施工在具体实施中取得更好的效果。

5 结语

本文以2019年竣工的水仙大街道路改造工程中的管道修复项目为例（该项目于2020年7月获评2019年度福建省“闽江杯”优质工程奖），对紫外光固化技术的原理、应用过程和优点进行了分析介绍，对超长管道修复提供了建议性措施方案。应用结果表明，紫外光固化技术在修复市政污水管道工程中作用明显，未来应用前景广阔。目前，这项技术仅在沿海城市使用，因此应广泛推广，以便更好地应用此项技术为国家城市污水管网修复工程做出贡献。