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随着城市的不断发展,排水管网的铺设、改造工程量不断增大,一部分是进入老龄化的管道需要维修和更新,另一部分是为了满足城市人口增长的需要,扩建排水管网。在我国大多数城市的排水管道修复方法都是采用传统的开挖重新埋管的方法进行修复,这已经与快速发展的城市结构产生矛盾。在一些地方,开挖修复更新管道已经成为不可能。针对于传统开挖修复和更换管道技术的不足,如成本高,施工困难,影响城市居民生活等等,各种非开挖管道技术营运而生,CIPP(cured-in-place-pipe)翻转法就是其中在排水管道中应用越来越广泛的一种。
CIPP翻转法是在不开挖路面,仅开挖较小的工作坑路面的情况下,用压力在旧管道中翻入一条新管道,压力也使得新管道在旧管道中形成一条“管中管”,然后进行固化,采用的树脂固化后使得新管道与旧管道表面紧密粘结在一起,具有较强的机械强度,新管光滑连续的内衬层结构大大降低了管道内表面的摩擦阻力,提高了输送能力,减少了管内壁污垢。该技术可以同时对管道的弯头部位进行修复作业。该技术不仅可以修复弯曲、变直径管线的重力和压力管线,又可用于卵形、粗糙、拱形以及矩形等各种形状的管道,修复长度可连续达到几千米。
本文先对CIPP翻转法的施工工艺进行详细全面的分析研究。从管道检测、管道清洗、内衬管壁厚设计、树脂浸渍、翻转安装、固化、冷却及验收等方面详细剖析了施工过程。管道检测的主要方法有CCTV检测法、SSET检测法、声纳法、红外线温度记录分析法、激光法。本文对化学清洗、高压水射流清洗和PIG清洗技术三种管道清洗方法做了介绍和对比。本文提出了水压翻转和气压翻转两种翻转安装的注意事项,并对热水固化、蒸汽固化和紫外线固化方法及其优缺点做了分析。
CIPP翻转内衬管基本可以分为三部分:纺织内衬软管、防渗膜、树脂。防渗膜要涂敷在纺织内衬软管的一表面上,然后将树脂通过内衬软管的另一表面浸渍进去。
1.通过比较几种纤维材料的性能,得出涤纶和锦纶比较适合制作CIPP内衬软管。内衬软管形状主要有定径、分叉、弯径、三通和变径管状,弯径、三通和变径管状织物都还在理论研究阶段。内衬软管的结构主要有针织罗纹管状织物、三明治式三层管状织物、针织物与非织造布复合管状织物和低弹织物与高弹织物结合的管状织物。
2.防渗膜的性能要求是:(1)厚度在0.1~1.0mm;(2)具有较好的韧性、延展性、耐磨性和抗撕裂强度,有较大的伸长率;(3)与树脂不发生化学反应。满足条件并常用的防渗膜材料有TPU和LDPE。压膜温度控制在100℃~150℃之间,压力为10MPa~12MPa,压膜时间为2s~5s,在室温下冷却约4小时。
3.树脂需要满足的要求是:粘度在1.5Pa.s~2.5Pa.s;树脂可在室温(25℃)下储存2~7 d;凝胶固化温度在70~80℃范围内;凝胶固化时间小于6h。满足条件并常用的树脂有乙烯树脂、环氧树脂及不饱和聚酯。
本文对Lubrizol公司逐步发明的几种热塑性聚氨酯做了介绍,对陶氐化学公司研制的内衬系统与传统的聚酯内衬系统做了对比。
为了配合规程的编写,对现场取样和实验室制作的样品进行了力学性能测试。dow1和dow2是同一实验室制作样品,J222-226、J468-469为现场切取样品,玻璃纤维增强样品也是以实验室制作的。分别进行了四组试验:
(1) dow1的国内标准和ASTM标准的拉伸测试。GB/T1040-2006和ASTM D638在工艺上都等同于IS0527标准,虽然两个标准在具体内容细节上有所差别,但是测试结果相差很小。这个差别可能是因为取样形状和尺寸的少许不同造成的。所以在测试CIPP的非增强内衬的拉伸强度时,以ASTM D638或GB/T1040-2006为标准皆可。
(2) dow2的国内标准和ASTM标准的弯曲测试。按照ASTM标准测试的弯曲性能(弯曲强度和弯曲模量)比按照国内标准测试的结果要偏高,也就是说采用ASTM标准规定的性能要求是相对保守的,国内标准更为严格一些。内侧强度比外侧强度高。
(3) J222-226、J468-469的国内标准弯曲测试。得出我们在验收时,只对一组取样进行测试验收是不科学不规范的,建议对每5个安装段进行一次取样测试。
(4)纤维增强材料的ASTM标准弯曲测试。得出厚度差不多的纤维增强材料和普通材料,前者的弯曲强度比后者大4倍多。
结合《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》的工作,对CIPP翻转内衬法质量控制进行了建议性规定。分别在管道探测、清洗、材料、翻转安装、验收等方面提出了要求,对工程完成后内衬可能出现的问题、可能原因及补救措施做了全面分析,为以后CIPP翻转法的施工与验收提供了依据。
最后给出了结论和展望。我们还需从工艺改进和新材料研发方面取得突破,以利于该技术的长期发展应用。下一步工作,我们可以在实验室制作与CIPP翻转施工现场纺织内衬、树脂配方等内衬结构完全相同的样本,来测试这个实验室制样和现场样本的力学性能差距。如果能得出一定的规律,那以后在CIPP翻转施工的质量控制上会事半功倍,可以直接在实验室模拟现场样品,来推测现场施工的质量。