CIPP紫外线光固化非开挖整体修复施工技术浅析

刘光第

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710065）

1 工程概况

江西鹰潭老城片区及东湖工程位于鹰潭市老城片区内,主要针对雨、污水管道管径为DN300、DN400,解决其破裂、堵塞、渗漏等管道缺陷问题。需修复改造的管道分别分布在老城区内的19 个小区,均已进行了老旧小区改造,即新铺装路面,或为商业街,由于老旧小区居民多,地形复杂,待修复管段分散,开挖周期长,不可预见等因素多,不具备开挖施工作业条件。通过项目部申请并经各单位批准,对该部分小区修复工艺设计为CIPP紫外线光固化非开挖整体修复。实施管段总计长度1024 m,平均管段长度15 m。

2 工艺原理

CIPP紫外线光固化非开挖整体修复技术属于软管内衬法,其原理是在现有的旧管道内壁上衬一层浸渍液态热固性树脂的软衬层,通过加热（紫外线光）使其固化,形成与旧管道紧密配合的薄层管,管道断面几乎没有损失,工程安全可靠,提高了服务性能,有益于设施的后期养护。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程：管道预处理→拖入底膜拉入内衬软管→固定扎头→软管充气→软管固化→拆除扎头、切头→修复后CCTV检测→拆除封头恢复通水→竣工验收,见图 1。

图 1 CIPP紫外线光固化非开挖整体修复施工工艺

3.2 操作要点

3.2.1 管道预处理

修复前的下水道,首先须封堵上、下游管口,一般可采用充气管塞实施封堵；其次以高压射水的方式将管道疏通干净,如果管内水位较高,还需抽水或临时排水；待管内疏通干净后,实施修复前CCTV检测,准确记录每一处缺陷的位置和等级,如果某一处缺陷严重,还应增加局部切割、抹面、灌浆等辅助措施,以保证内衬修复的顺利实施。

3.2.2 拖入底膜拉入内衬软管

（1）首先拖入塑料底膜,它减轻了内衬材料的拖入阻力,同时也可减小因原管道内壁偶尔出现的突出物对内衬造成的伤害,保护内衬软管；拉入内衬管的过程需缓慢进行,严格控制卷扬机的行进速度,并严格控制拉力,必要时在拉入内衬前可先在底膜上倒润滑剂,减小摩擦阻力。

（2）紫外光固化法CIPP非开挖修复工艺采用玻璃纤维软管,它使用含有光引发剂的不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂体系,材料需要避光保存,在运输到施工现场之前不得开启包装,以免受光照影响,影响固化效果。

3.2.3 固定扎头

（1）固定扎头在施工应将保鲜膜在外提前缠绕好,然后按照规格要求的布头将软管两端绑扎结实,将进风口的扎头安设在终端井,无进风口的扎头安装在起始端井。再通过钳子把扎头全部塞到提前准备好的软管里,然后再对两根绑带从不同的方向进行搭接绑扎结实拉紧错开,防止脱落。

（2）在进行起始端井施工时要从扎头中间部位横穿一条既能耐高温又结实的细绳与预置绳相互连接,另一端的终端井施工时预留部分的绳应从扎头中间部位掏出来并系在扎头外部的固定位置上,扎头部分施工结束后然后在软管上开2~3 个均匀长度3 cm~5 cm的纵向小孔,深度开到玻纤层为止,然后整理好布头,检查内端插入旧管道的插入深度为20 cm~25 cm,最后在终端井的上部将充气管和回流测压管连接。

3.2.4 软管充气

利用风机和空压机通过扎头的通气孔向材料内输送压缩气体进行再生管的扩径,要使之与原有管道紧密接触。充气过程应按0.02 Bar/min~0.03 Bar/min的速度缓慢充气,当压力达到0.2 Bar~0.3 Bar时,持续保压20 min~40 min,保证软管充分涨开；在保压阶段应将软管中的预置绳拉出,置换为耐高温的细绳,用于拉灯架；保压完成后进行灯架的功能测试及灯架高度的调节,并套上对应管径的内膜。

3.2.5 软管固化

利用塑料软管将紫外线灯支架平稳的送入管内,待6 盏灯在既有管道内就位后,打开灯架前段的摄像机,开启紫外灯照射内衬管,树脂中所含光引发剂在紫外光照射下使树脂产生固化反应,固化过程产生大量热量促进固化持续进行,灯架上不同位置安装有先进的温度传感器用以探测对应位置内衬管的温度,固化过程中应实时观察修复温度,温度为80℃~130℃为宜,如果温度达不到80℃可适当降低固化收线速度,保证固化过程一次性完成。边硬化边通过灯架上的摄像机对管道情况进行实时监测。固化完成关闭灯光,调整风量降低管道内部压力降至大气压,关闭风机,然后冷却20 min~40 min直至软管充分固化冷却。整个固化过程,在控制台上可全程监控,自动录像,自动记录固化速度、管壁温度,高度集成高度自动控制系统保证了成品的性能。

3.2.6 拆除扎头、切头

待灯架从管道一端移出到尾段后,固化过程结束,关闭紫外灯控制开关,关闭风机及空压机,结束往管道内送气,拆除两端扎头,取出内衬材料的内膜,用特殊机械切除管道两端的端部。同时,在修复完成的材料不同位置上取样、编号,进行厚度、强度检测,并送到专业检测机构进行复测,以便了解施工的成效。

3.2.7 修复后CCTV检测

施工结束后,为了了解固化施工后管道内部的质量情况,在管端部切开之后,对管道内部进行检测。采用CCTV检测设备,把修复结果拍成录像资料,能够直观地与修复前检测的管段录像做对比,且随时查阅每一段修复后管段的内部情况。

3.2.8 拆除封头恢复通水

施工结束,拆除两端堵头,便可投入使用。紫外线固化法CIPP所使用玻璃纤维内衬管的高度回弹性和耐久性,基于其优良的机械性能。按照国家相关标准要求,对修复管道夹层的密封进行检查。独立的检验机构进行的各项检测,证实紫外线固化法CIPP玻璃纤维软管可以获得优良的质量,修复完成后,可放心使用,且寿命长久。

3.2.9 竣工验收

所有工序结束后,制作并提交相关数据报告及影像资料,进行最后的竣工验收工作。修复效果对比见图2,CIPP紫外线光固化非开挖整体修复主要施工步骤见表1。

表1 CIPP紫外线光固化非开挖整体修复主要施工步骤表

图2 管道修复前后对比效果图

4 材料与设备

4.1 材料

CIPP紫外线光固化非开挖整体修复采用的软管材料应符合下列要求：

（1）需提供第三方材料的检测报告以及材料厂商自检合格证明,最终产品应满足50年的设计寿命。

（2）修复材料能承受管道中正常的沼气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等水平,能抵抗土壤特殊环境和其它化学腐蚀的作用。

（3）韧性应能承受牵引与伸展的施工拉力,纵向拉伸率应不大于2%,径向拉伸率为2%~5%。

表2 紫外固化内衬管的初始力学性能

表3 紫外光固化内衬管的耐腐蚀性

4.2 设备

根据工程需要组织调配,按照实际需要组织安排相关施工设备,保证设备在使用过程中的完好性和稳定性。施工机具应在人员进场是随车辆准备到位,并及时对设备进行保养和调试,并确保和工程开工同时配备到现场并要能够全部满足工程需求,保质保量加快施工现场进度,从而提高施工效率。CIPP紫外线光固化非开挖整体修复车及紫外线灯架见图3 。

图3 CIPP紫外线光固化非开挖整体修复车及紫外线灯架图

5 效益分析

5.1 社会效益

在城市管网新建、改建和修复的过程中,传统的开挖法施工将造成交通堵塞,需进行交通导行,占用人行道、绿地或园林等,有时还因为重要管线（例如军用光缆、国防光缆、重要枢纽供电电缆等）、河道、水网、铁道、机场及建筑物的存在,根本不允许开挖施工,即使通过各方面的关系协调,可以开挖施工,也需要花费大量的经济投入解决管线迁改和临时的支护保护措施,还会因挖填造成“拉锁马路”和“补丁马路”现象。而采用非开挖修复技术,可以最大限度地避免了因开挖所需的道路、管线迁改和对环境的破坏,减少了因交通导行、管线迁改、材料堆放等引起的与交警、城管、管线权属单位、社区、小区物业、建筑物物业等部门的沟通协调问题,避免了工程的额外投资和协调所需的工期,非开挖减少了对环境的破坏,采用液压设备噪声低,减少了扰民因素,对周边居民生产生活几乎无任何影响,社会效益明显提高。

5.2 工期效益

CIPP紫外线光固化非开挖整体修复技术工期短,以长度15 m的井段为例,从调查分析到施工完成后检测质量,平均仅需4.5 h,而开挖施工从地下管网调查、交通导行、路面破除、管线探挖、迁改或保护、支护开挖,到地基承载力试验、垫层回填压实取样检测、管道安装、闭水试验、管槽回填、路面恢复养护试验检测,则平均需要7天（不含养护时间）。

5.3 投入少,影响小

开挖修复需投入大量的人员和机械设备,而CIPP紫外线光固化非开挖整体修复技术的重要设备仅1台清淤车、1台货车、1台检测修复车,配合6~7人施工,CIPP紫外光整体修复负面影响小,对地面、交通、环境影响弱,对周围地下管线无影响,且不像开挖修复那样需要材料堆放场。

5.4 质量效益

适用全部管种（钢筋混凝土管、混凝土管、HDPE管、陶管、钢管、铸铁管、PVC管、PE管等）,可修复管径Φ250~Φ1500,修复范围大,修复后过流断面损失小,针对老、旧管道设施的改造,能同时满足结构更新和修复功能缺陷需求,并且可以重新获得设计不少于20年的使用寿命,没有接头,表面光滑、连续,避免了接头部位容易渗漏水的质量通病。

6 结语

该施工技术具有技术先进、质量可靠、工效高（每台班每日最大可修复3段管道）、综合造价便宜等特点,避免了传统开挖安装管道的施工工序,值得在市政工程污水管道修复改造施工项目中推广和应用。