面向城市排水管道泄漏的非开挖纺织内衬修复

2024-01-11邓登攀

黑龙江工业学院学报(综合版) 2023年10期

邓登攀

(成都工业学院土木工程系,四川成都 644000)

随着社会不断发展,城市地下管道的密集化程度也越来越明显,这给管线的日常维护与维修带来了诸多技术难题[1]。在过去两年中,全国各城市使用了大量的非挖掘修补技术来修补排水管道,在技术上和实践上都取得了很大的进展。当城市排水管道出现问题时,就需要及时对其进行修补处理,管道的堵塞、破裂等类似于人类血管的血栓、出血、老化等现象,在其恶化之前就需要及时修复[2]。相比于传统的问题区域大面积挖掘,这种新型的排水管道泄漏的非开挖纺织内衬修复技术,就像是对管道做了一次“微创手术”,可以迅速改变排水管道的现状,完成对地下管道的修补,营造出一种符合城市特色和人民生活习惯的良好市政环境[3]。随着我国城市排水管道的非掘进修补技术的引进,我国排水管道从挖掘改为修复,因其破坏性小响应速度快等优点,在国内得到了迅速的发展。

赵雅宏等人[4]为了确定非开挖管道修复技术在排水管道工程中的实际应用效果,首先明确管道工程中存在的管线和衬里系统的失效机制,并采用离心式喷射技术对存在缺陷的排水管道工程进行了现场三边承载能力测试,获得了排水管道不同截面的承载力,然后通过集合应力解析公式,得到排水管道衬里系统的局部剪应力的计算公式,并结合排水管道工程实例,进行破损排水管道工程的三边承载力实验,通过获得的剪应力τ和排水管道壁的厚度β,结合管道修复公式,得到了排水管道修复模型,从而获得排水管道工程的管线工程加固方案,实现对管道工程的非挖式工程加固。刘鸣明等人[5]基于某城市解放路排水管道维修工程实例,对UV固化成形内衬技术在排水管道维修中的运用进行了简单介绍,重点介绍了UV固化衬里技术的明显优势、技术原理、工艺路线、适用范围,并同时给出了ECR玻璃钢衬里管道的构造、特点等,并对其施工过程中的关键参数进行了归纳,总结出其施工作业与质量控制要点,通过对施工工艺中的关键参数选择、常见的质量问题及原因剖析,得到了适用于工程维修实际情况的维修方案。并通过实践证明了该方法具有良好的性能,并具有抗腐蚀性强等特点,具有良好的发展空间。城市排水管道泄漏是一个常见且严重的问题,为了开发一种高效、低成本、环境友好的修复方法,快速修补泄漏处,恢复排水管道的功能,提出一种非开挖纺织内衬修复技术。

1 非开挖纺织内衬软管设计

1.1 计算纺织内衬软管设计参数

根据铁木辛柯提出的排水圆管壁厚计算方法[6],计算排水管道内衬管厚度,如式(1)所示。

(1)

式(1)中,dg表示排水管道的外壁直径,Ep表示排水管道内衬的弹性系数,P表示排水管道内的压力,εs表示安全压力系数,σ表示内衬材料的抗压力比,λ表示纺织内衬软管变形系数。其中,纺织内衬软管变形系数λ如式(2)所示。

(2)

式(2)中,φ表示椭圆的系数比。

从式(1)和式(2)可以看出,纺织内衬软管的管壁厚度与排水管道内水压成正比,与材料本身的弹性系数成反比。

在排水管道翻衬的过程中,纺织内衬软管会向同一方向延伸,才可以保证纺织内衬软管与排水管道内壁紧密相连,不会出现褶皱现象[7]。

在排水管道弯曲的地方,根据中轴值参数,得到纺织内衬软管的弹性指数如式(3)所示。

(3)

式(3)中,φ表示内衬管的弹性增加率,l′表示排水管的外壁长度,l″表示管道的内壁长度,l为中心长度。

在对排水管道内衬进行压膜处理后,其内衬的弹性指数不低于最大的弹性系数即可[8]。

在翻衬过程中,为了保证压膜后的纺织内衬可以跟排水管道内壁更好地贴合,得到内衬软管的压力为U时,则排水管道纺织内衬软管的受压值如式(4)所示。

(4)

式(4)中,w表示压膜后排水管道纺织内衬软管的受压值,h0表示管道的内径,k*表示内衬管的厚度。

纺织内衬软管的强度和韧性受经纬纱强度影响,计算软管织物的断裂强度,如式(5)所示。

(5)

式(5)中,Be表示单根纱线的刚度,Rc表示内衬纺织物的密度,S表示利用系数,Mt表示内衬软管材质的系数。

通过受压值和断裂强度两个指标,计算了纺织内衬软管设计参数。

1.2 防渗膜复合

在防渗透复合膜的测试中,渗透膜使用的材质是管状的平纹聚酯纤维,该防渗透膜是一种低密度聚乙烯,在实验过程中,采用YT071—45 A型塑胶产品进行机械操作[9]如图1所示。在150℃以上的高温下,聚酯经过长期的使用后,其强度会有一定的下降,所以,要将压膜的温度控制在100～150℃,在10～12MPa的压力下,进行2～5S的压膜处理,然后在常温下进行降温,直到能够安全地从模具中脱离出。

图1 防渗膜复合施工现场图

1.3 树脂浸渍

在现场施工中,无论是同时翻衬或异步翻衬,树脂都是灌浸在内衬管中,整个过程容易进行,对准确度没有很高的要求,适合大规模修复。因为手糊法在生产试制品方面比较适用,而且它只需简单地操作,同时无须使用特殊设备,不会受到产品的大小的限制[10],造价低廉。因此在实验中,使用手糊法来制作的样品,可以满足实际修复要求,树脂浸渍的工艺流程如图2所示。

图2 树脂浸渍工艺流程图

样品是一种经过压成薄膜的直筒形聚酯纤维布[11],其大小为600×300毫米,厚度为2.20毫米,具体步骤为。

(1)取一根与管道尺寸相等的管状试验模具,在模具上涂上一层隔离剂,将管状试验模具置于管道上,并进行树脂喷涂;

(2)将各层的涂层用毛刷或滚筒挤压,让树脂渗透到筒布中,将泡沫挤出来;

(3)重复上述步骤,直到铺设到要求的厚度为止;

(4)在烘箱恒温度60℃下进行6小时的硫化和烘干处理[12];

(5)将模具取下,然后进行后期处理。

通过软管设计参数、防渗膜复合以及树脂浸渍,设计了非开挖纺织内衬软管,修复排水管道的泄露情况。

2 非开挖纺织内衬修复施工方案

在城市排水管道发生泄露时,可以使用非开挖纺织内衬修复技术进行修复,首先对泄露区域进行停水处理,并对管道进行清理以后,从管道一端将已浸好树脂的内衬软管,利用水压或者气压作用[13],使其翻转进入管道中,并对其进行固化处理,使其在管道内侧产生内衬保护层,从而实现对泄漏排水管道修复的目的。图3为翻转施工的示意图。

图3 翻转施工的示意图

根据图3的原理,制定了非开挖纺织内衬修复施工方案,具体步骤如下。

(1)选定泄露开挖区域

以管道埋深、口径、弯头、管件等为依据,并结合沿线地表及其他市政管网及设施的分布情况,来确定泄露开挖区域的具体地点和数量。每两个泄露开挖区域为一工作区。泄露开挖位置一旦选定,即可进行基坑的挖掘与破管工作。

(2)泄露区域清除工作

一般都是用机械刮除的方法[14],对于软化的结垢,采用高压水将其与管内壁上的结垢分离,然后再用机械刮除的方法将其从管内的结垢中拉出来。大的焊接瘤体及毛刺可使用内视式磨床进行研磨,将研磨后的残渣全部移出工作区域。

(3)为翻衬做准备

在排水管道泄露作业区搭设脚手架,并将内衬板引入管道固定好。引入管道的下部与泄露工作区入口处对齐,引入管道的上部定位在支架的中间部位,支架的上部与内置管道的运输平台相连。在工作段端部焊有凸缘,并与导引端部相连。

(4)翻转内衬

通过运输平台及脚手架顶端的对中滚轮,使中压胶带头竖直地通过引入管道,并在引入管道出口处向下翻转,并通过扣带紧固于引入管道出口的外壁。在确认没有问题后,打开注入阀,将水注入到内衬软管的管道中。通过对管道的流量及管道的运输速率的调节,使得管道的水位保持不变,管道将均匀地通过引导末端进入工作段,并沿着工作段的边缘向上移动[15]。这时,利用收尾卡箍将尾端牢牢锁住,并在卡箍上系上一根粗大的缆绳,用来控制内衬软管的传送速率,最后将内衬软管尾端出口导向端头引导到地表。

(5)高温固化

通过缆绳的牵引作用,使与车上的锅炉相连的加热管道通过工作区,并将加热管道的出口设置在开挖区域坑内,而热水管道的入口设置在排出管道的出口。启动循环机,将工作区水加热至65～75摄氏度,并在该水温下保持1h,使树脂软管内的胶粘剂凝固,使内衬软管变成硬质承压管。

切断热水后,让水管内的水自行降温至30～45摄氏度,然后用水泵排掉。

(6)收尾处理

拆下引导端部,在工作段端部边缘处切断多余的衬里,并将衬里与原有管道的接触面用速封剂封住。

(7)验收

采用内视仪对排水管道衬里软管的品质进行检测和摄像,将测压盲板装在工作区探头上,进行测压试验。

通过上述步骤,实现了非开挖纺织内衬修复技术在城市排水管道泄漏点的应用。

3 实例分析

3.1 工程概况

为了验证文中纺织内衬修复技术在城市排水管道泄露中的应用效果,本文选择重庆某一排水管道为研究对象,该管道的总长度为3947米,由于管道经久耐用,有些部位出现了坍塌、错接等现象,必须进行检修。经过勘察,管道埋设在距地面约3m的地方,附近有通讯、煤气等管道。此次工程选用了不挖孔的HDPE“U”形管道作为衬里,来克服占道施工的困难。在对该管线沿线的附属设施及地形进行了细致的调查后,采用了纺织内衬软管修复的施工工艺。施工现场如图4所示。