原位固化法管道修復(fù)材料的質(zhì)量控制研究

張媛媛

(北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102299)

隨著我國城市發(fā)展進(jìn)程不斷加快，地下管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)增，據(jù)統(tǒng)計每年全國城鎮(zhèn)的排水管渠長度達(dá)到6%增速，而一些老城區(qū)由于排水管網(wǎng)敷設(shè)時間間隔已久，和新官網(wǎng)形成了彼此交錯的復(fù)雜狀況[1]。再加上管道敷設(shè)工藝不同，管道材料與施工成成熟性多因素，部分排水管道發(fā)生脫節(jié)、滲漏、變形等問題，以及新敷設(shè)排水管道的病害，道路塌陷等，這些都對城市管網(wǎng)敷設(shè)工作的正常開展產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至對人們財產(chǎn)安全造成危害，因此排水管道開展普查修復(fù)工作十分必要[2]。非開挖原位固化法修復(fù)技術(shù)，以其對周圍環(huán)境、交通影響較小，工程成本較少、內(nèi)襯管實(shí)用耐久、設(shè)備占地面積較小的技術(shù)優(yōu)勢，被廣泛用于近年來地下排水管管道修復(fù)工作，接下來將結(jié)合實(shí)例對排水管非開挖原位固化修復(fù)工藝進(jìn)行介紹，以期為類似項目提供技術(shù)參考[3]。

1 項目概況

北京某小區(qū)排水管道共計2141m全長，1000～1200mm內(nèi)徑，主要用于收集小區(qū)后排入污水處理廠，35m管道埋深。對該小區(qū)排水管經(jīng)前期CCTV檢測，確定缺陷指數(shù)在3～6，判定排水管缺陷III級，需要進(jìn)行修復(fù)判定RI指數(shù)為4.4，缺陷嚴(yán)重隨時有不均勻滲漏和坍塌的風(fēng)險。由于該排水管段斜向穿過3個小區(qū)，考慮到CIPP修復(fù)材料內(nèi)襯工藝的項目適應(yīng)性較強(qiáng)，可以減少修復(fù)過程中對小區(qū)周圍環(huán)境的污染程度，縮減施工周期有較高的綜合效益，管線整體性較強(qiáng)，所以比較適用于本項目排水管修復(fù)工程。確定采用非開挖原位固化法(CIPP熱翻轉(zhuǎn))工藝，由內(nèi)徑1000變?yōu)?200，排水管內(nèi)徑發(fā)生較大變化，也意味著CIPP工藝的施工風(fēng)險增加。經(jīng)研究置換原本4m長的1000內(nèi)徑雙壁波紋管，為1200內(nèi)徑的短管，將1000內(nèi)徑的8m雙壁波紋管拆除，將1200內(nèi)徑的混凝土管露出，最后進(jìn)行CIPP修復(fù)，確保整個排水管網(wǎng)的連接整體性。

2 設(shè)計無紡布軟管厚度及幅寬

2.1 設(shè)計厚度

為了保證管道在修復(fù)后達(dá)到的過水、抗壓能力多方面要求，以《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 210-2014)為依據(jù)，經(jīng)專家認(rèn)證計算1200內(nèi)徑的排水管無紡布軟管內(nèi)襯厚度t為20mm，共計4層，每層厚度5mm[4]。(見表1)作為1200mm內(nèi)徑前提下，內(nèi)襯材料厚度與環(huán)剛度對應(yīng)情況，下表中剛度為理論計算值，安全系數(shù)取為2?，F(xiàn)場內(nèi)襯修補(bǔ)工藝內(nèi)襯采用無縫結(jié)構(gòu)，因此多層內(nèi)襯系統(tǒng)可接近原始管道，內(nèi)襯可徑向擴(kuò)展7%。內(nèi)襯硬化后，基本上是原始管道。管道的實(shí)際環(huán)形剛度必須是硬化后新襯線和舊管道的混合環(huán)形剛度。施工過程中，需要對上述維修管線實(shí)施混合環(huán)剛性試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)報告確定內(nèi)襯厚度。

表1 內(nèi)襯材料厚度與環(huán)剛度對應(yīng)情況

2.2 設(shè)計幅寬

由于CIPP翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將內(nèi)層轉(zhuǎn)換為與生病的管道內(nèi)壁接觸的外層，因此應(yīng)采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，以避免軟管各層的直徑和 CIPP 翻轉(zhuǎn)后的明顯褶皺。 考慮到環(huán)箍力在結(jié)構(gòu)上最大，可能會影響軟管的膨脹率，因此涂層在水壓膨脹時具有一定的彈性，并將該力傳遞到無紡布的其他層。無紡布直到它最終擴(kuò)展到管壁上。 因此，寬度設(shè)計需要考慮給定建筑水壓的膨脹率，但需要全面考慮排水管容差。 現(xiàn)場硬化方法中使用的軟管的外徑必須與原始管道的內(nèi)徑相同。對于本次設(shè)計多層軟管的幅寬，要以每層材料的泊松比和彈性模量計算確定，這樣才可以確保避免CIPP翻轉(zhuǎn)發(fā)生褶皺或固化管壁厚減薄情況[5]。

設(shè)計無紡布泊松比為0.46MPa，彈性模量為5.56MPa，覆蓋無紡布的泊松比為0.3MPa，彈性模量為18.18MPa，以胡克定律為依據(jù)對于水壓6m時，要保證覆蓋無紡布達(dá)到5.88MPa的環(huán)向應(yīng)力，14.7%的徑膨脹率，單層無紡布要達(dá)到82.9%膨脹率，內(nèi)外層軟管要確保彈性空間充足，在水翻后可以充分脹開，計算可得內(nèi)外層材料應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果(見表2)。根據(jù)多次測試最終確定覆膜無紡布的直徑，基本要達(dá)到管徑4%，約3610mm幅寬，自外至內(nèi)每層逐漸減少100mm幅寬，分別為3511mm、3411mm、3311mm，且軟管與接縫不論縱橫兩方向的抗拉強(qiáng)度都在5MPa以上，滿足施工壓力、拉力、固化溫度，方便各層軟管分置。

表2 內(nèi)外層材料應(yīng)力及應(yīng)變計算結(jié)果

3 排水管CIPP翻轉(zhuǎn)施工

3.1 前期勘察

在施工前期需要對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察，對實(shí)際施工情況充分了解，包括交通狀況、周圍建筑分布情況，以原本收集的相關(guān)資料為依據(jù)，對資料準(zhǔn)確性全面核實(shí)，標(biāo)記井蓋并測量井位間的管道長度，為非開挖原位固化法管道修復(fù)施工做足準(zhǔn)備。

3.2 管道清淤

通過運(yùn)用高壓沖洗水對排水管清淤，使用污水凈化裝置分離已抽出的淤泥，重新向排水道排出污水，向污泥站送固形物。

3.3 封堵氣囊抽水

為了測定硫化氫的有毒氣體，需要及時確認(rèn)井內(nèi)狀況。在氣囊阻塞的初期階段，需要清除井內(nèi)的垃圾和淤泥。潛水員將安全氣囊放置在指定位置后使用。使安全氣囊膨脹直至管道完全阻塞的空氣壓縮機(jī)。 在切斷安全氣囊的過程中，需要配備可實(shí)時監(jiān)視安全氣囊內(nèi)壓和上游水位的特殊人員。如果安全氣囊的壓力遠(yuǎn)低于正常壓力范圍，則需要補(bǔ)充安全氣囊。上游水位超過規(guī)定值時，需要接通泵的電源，降低水位。最終成功封堵管道之后，可以對封堵區(qū)域下游井泵抽水，排除多余水做好疏通沖洗管道的準(zhǔn)備工作[6]。使用聯(lián)合沖洗車，由專人清撈大塊磚石，向指定堆放點(diǎn)運(yùn)送已抽出的垃圾和泥漿。

3.4 CCTV檢測

排水管道的 CCTV 檢查可確定管道的沖洗程度和清潔程度，并確定管道的維修位置。 CCTV 檢查完成后，檢查得到的圖像、圖像、照片及其他文件將逐個轉(zhuǎn)換為文件格式，用戶可閱覽計算機(jī)，刻印在CD上，輕松、及時地進(jìn)行查詢[7]。

3.5 軟管浸漬樹脂

以軟管制造廠商提供相關(guān)資料，將固化劑、催化劑酌情加入，經(jīng)攪拌器完成10min以上攪拌后，控制攪拌速度在30～60r/min，直至最終均勻混合，對軟管內(nèi)部進(jìn)行填充，樹脂充填量需要增加15%～20%，彌補(bǔ)由于樹脂聚合進(jìn)入管內(nèi)裂縫所減少的量[8]。經(jīng)壓料平臺確定軟管厚度，設(shè)計上下兩層可以有效節(jié)省空間。因?yàn)闃渲w積與軟管較大，在浸漬之后軟管可以通過塔吊牽引，折疊放入，增加樹脂量浸漬量，確保軟管抽真空，間隔平均距離開十字孔，直至與開口處接近，可以使用熱熔槍對開口黏合，確保開口處牢固黏接。以50m為間隔在表面開10cm孔將樹脂灌入后并作密封處理。

3.6 翻轉(zhuǎn)施工

本次翻轉(zhuǎn)作業(yè)在原本已備好的翻轉(zhuǎn)作業(yè)臺，保冷運(yùn)送樹脂軟管在翻轉(zhuǎn)頭處安裝，以翻轉(zhuǎn)施工凈水壓為依據(jù)進(jìn)行綁扎，每個末端插入1根1m左右的塑料管，用于排氣并禁錮熱水管和控制繩，跟隨軟管共同翻轉(zhuǎn)進(jìn)入排水管內(nèi)。在水壓作用下翻轉(zhuǎn)樹脂軟管至病害管道，保持勻速注水量與輸送軟管速度。

3.7 加熱固化

向排水管送入數(shù)值軟管后，將水泵、鍋爐設(shè)備連接管內(nèi)溫水輸送管，開始樹脂罐加熱固化，選用1.2MW功率的2臺鍋爐負(fù)責(zé)加熱，通過潛水泵和鍋爐回水部位連接，并在循環(huán)加熱翻轉(zhuǎn)中，預(yù)埋溫度傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測加熱水溫，在持續(xù)8h的熱水循環(huán)加熱后，調(diào)整入水溫度與回水溫度均達(dá)到80℃。完成固化之后緩慢降溫，預(yù)防內(nèi)襯管收縮裂縫，對固化管內(nèi)部熱水使用常溫水替代，冷卻至38℃之下開始排水，完成全部工作后恢復(fù)原本情況。

4 施工質(zhì)量控制效果

4.1 表面形貌與閉水試驗(yàn)

通過運(yùn)用CCTV設(shè)備檢測本次以完成修復(fù)的排水管，發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯內(nèi)壁表面并無固化和鼓脹，不存在裂紋與嚴(yán)重褶皺，軟襯管的端部切口整齊貼合井壁，未發(fā)現(xiàn)漏水情況與技術(shù)規(guī)程相符。管道閉水試驗(yàn)的判定合格標(biāo)準(zhǔn)為允許滲水量值，管道閉水試驗(yàn)應(yīng)按檢查井井間距分段進(jìn)行，每段試驗(yàn)長度不宜超過5個連續(xù)井段，并應(yīng)帶井試驗(yàn)。管道閉水試驗(yàn)采用補(bǔ)水法進(jìn)行，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，要求滲水量不大于允許滲水量，即試驗(yàn)合格。公式如下：

Qs=0.0046Dj

(1)

式中：Qs為允許滲水量用；Dj為試驗(yàn)管道內(nèi)徑用。

在閉水試驗(yàn)中進(jìn)行40min恒壓水頭5m，結(jié)果發(fā)現(xiàn)滲水量0.0023L/(min·m0)，約平均3.28m3/(24h·km)，該結(jié)果在深水允許范圍內(nèi)，施工質(zhì)量合格。

4.2 固化管初始結(jié)構(gòu)性能

本次工程隨機(jī)取一組試塊進(jìn)行采樣，每組3塊，單位工程量在200m以施工委托單位要求完成，最終試塊強(qiáng)度測試結(jié)果，見表3。

表3 試塊結(jié)構(gòu)性能

5 結(jié) 語

綜上，通過結(jié)合實(shí)例應(yīng)用非開挖原位固化法管道修復(fù)技藝解決排水管內(nèi)部腐蝕問題，在對道路交通不影響的前提下，CCTV實(shí)時監(jiān)測保障施工質(zhì)量，并且對工程竣工后進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)排水管一切正常，獲得較好的修復(fù)效果，希望本工程能為非開挖原位固化法管道修復(fù)提供技術(shù)參考。