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楊后軍 孫大為 孫躍平
(上海管麗建設(shè)工程有限公司,上海閔行 201108)
摘要: 紫外光固化技術(shù)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)排水管道修復(fù)中已經(jīng)比較廣泛,但是在過(guò)河倒虹壓力管的修復(fù)施工方面的應(yīng)用比較少。本文對(duì)上海市隨塘河倒虹污水壓力總管修復(fù)工程的實(shí)際案例進(jìn)行了詳細(xì)介紹,闡述了施工過(guò)程中的要點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)和驗(yàn)收方法,對(duì)CIPP紫外光固化技術(shù)在過(guò)河壓力倒虹管修復(fù)中的應(yīng)用具有重要意義。
關(guān)鍵詞: 倒虹壓力管 紫外光固化 非開(kāi)挖 管道修復(fù) 質(zhì)量驗(yàn)收
前言
隨著科技的發(fā)展和國(guó)家對(duì)水環(huán)境保護(hù)投資的增加,用于管道修復(fù)的技術(shù)也在不斷地開(kāi)發(fā)和引進(jìn)。例如CIPP翻轉(zhuǎn)法熱水固化技術(shù)在管道修復(fù)中應(yīng)用已經(jīng)十分普遍。近幾年,CIPP紫外光固化技術(shù)、3S模塊拼裝內(nèi)襯技術(shù)及噴涂修復(fù)技術(shù)等也開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用。本文將以隨塘河污水總管搶修工程為例,詳細(xì)介紹CIPP紫外光固化技術(shù)在過(guò)河倒虹壓力管修復(fù)中的應(yīng)用。
1、工程概況
奉賢區(qū)隨塘河河道管理部門(mén)在日常巡查時(shí),發(fā)現(xiàn)海農(nóng)路人民塘東路附近河面上有黑色水泡冒出,造成河水黑臭污染。經(jīng)查,冒泡點(diǎn)水面下方河底埋設(shè)有雙排DN1000壓力倒虹管,鋼筋混凝土管材,因管道破裂與接口脫節(jié)導(dǎo)致管內(nèi)污水外溢冒泡,進(jìn)而引起河水水質(zhì)黑臭污染,需要對(duì)該倒虹管道進(jìn)行緊急修復(fù)。倒虹管示意圖,如圖-1所示。
圖-1 倒虹管示意圖
2、修復(fù)方法的比較和選定
該雙排倒虹壓力管道的埋設(shè)深度約為8.0米,管道長(zhǎng)度46.5米,管道橫跨隨塘河,管道東側(cè)10米為農(nóng)工商路,北側(cè)為人民塘東路,周邊豎有200KV高壓電線桿。如果實(shí)施大開(kāi)挖修復(fù),全面更換新管,需要河道上下游圍堰斷流,且開(kāi)挖深基坑施工會(huì)對(duì)海農(nóng)路及隨塘河?xùn)|路路基產(chǎn)生影響,工程量大且施工工期長(zhǎng),尤其是開(kāi)挖帶來(lái)的河提和道路的破壞、環(huán)境的污染、交通的堵塞、地下管線的保護(hù)與搬遷以及由此帶來(lái)的重復(fù)投資都是百姓及社會(huì)各方面難以接受的。另外,由于本次的待修復(fù)管道是污水主干線,每天有25000~28000立方的污水需要排放,上游泵站的最大連續(xù)停泵時(shí)間約8小時(shí),大開(kāi)挖施工工期較長(zhǎng),因此臨時(shí)排水設(shè)施運(yùn)行長(zhǎng),將產(chǎn)生高昂費(fèi)用。
為了減少路面開(kāi)挖和最大程度減少對(duì)交通與社會(huì)的影響,增強(qiáng)管道的抗荷載性能,修復(fù)該管道的使用功能,同時(shí)綜合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行比較,決定采用施工時(shí)間短、效率高的非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)?;谝陨瞎r,通過(guò)對(duì)CIPP熱水固化技術(shù),CIPP紫外光固化技術(shù)及3S模塊拼裝技術(shù)的綜合比較(見(jiàn)表-1),最終確定采用施工速度快、材料強(qiáng)度高的CIPP紫外光固化技術(shù)實(shí)施修復(fù)。
表-1 修復(fù)方法分析比較表
施工方法 | CIPP紫外光固化技術(shù) | CIPP熱水固化技術(shù) | 3S模塊拼裝技術(shù) |
施工方式 | 材料拉入,紫外光固化 | 材料翻轉(zhuǎn)置入,熱水循環(huán)固化 | 3S模塊井口吊入,人工進(jìn)管拼裝 |
適用管徑 | DN150mm-DN1800mm | DN150mm-DN2000mm | DN800mm-DN5000mm |
材料厚度 | 修復(fù)前DN1000mm, 修復(fù)后DN989mm, 厚度11.0mm | 修復(fù)前DN1000mm, 修復(fù)后DN983.5mm, 厚度16.5mm | 修復(fù)前DN1000mm, 修復(fù)后DN915mm |
注漿情況 | 管道無(wú)需注漿,管口注漿密封 | 管道無(wú)需注漿,管口注漿密封 | 老管新管縫隙內(nèi)需注漿 |
交通影響 | 占一條車(chē)道,交通影響小 | 占一條車(chē)道,交通影響小 | 占一條車(chē)道,無(wú)大型機(jī)械,交通影響最小 |
停水時(shí)間 | 單次最少連續(xù)停水15小時(shí) | 單次最少連續(xù)停水30小時(shí) | 最少連續(xù)停水8小時(shí) |
臨排情況 | 需要架設(shè)臨排 | 需要架設(shè)臨排 | 分段施工,無(wú)需臨排 |
施工工期 | 不考慮臨排架設(shè)約2天 | 不考慮臨排架設(shè)約6天 | 約12天 |
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 | 施工時(shí)停水時(shí)間短,施工效率高。綜合成本較低,整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益高 | 可隨時(shí)暫停施工,停水時(shí)間靈活,可帶少量水作業(yè),無(wú)需臨排,但施工周期長(zhǎng),材料完全進(jìn)口,費(fèi)用較高,整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益一般 |
3、紫外線光固化修復(fù)技術(shù)
3.1紫外線光固化修復(fù)技術(shù)原理
CIPP紫外線光固化管道修復(fù)技術(shù)起源于德國(guó), 該技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。它是將浸有光敏樹(shù)脂的玻纖樹(shù)脂軟管拉入原管道,經(jīng)紫外光照射固化形成內(nèi)襯新管的技術(shù)。該技術(shù)采用氣壓膨脹,不受現(xiàn)場(chǎng)水源限制,節(jié)約水資源;采用紫外光固化,不使用鍋爐,大幅節(jié)約能源,無(wú)廢氣排放,保護(hù)環(huán)境;設(shè)備高度智能集成化,占地面積少,交通影響小;內(nèi)襯管固化時(shí)間短,節(jié)約成本。
3.2 內(nèi)襯管厚度設(shè)計(jì)
CCTV檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該雙排倒虹管道的主要缺陷為接口滲漏及管節(jié)環(huán)向破裂,從結(jié)構(gòu)情況來(lái)判斷,管道整體還具有承受河底載荷的能力,所以采用半結(jié)構(gòu)管道實(shí)施修復(fù)。管道內(nèi)壓約7.5米,但管道不存在真空壓力及水錘壓力。
a.材料厚度的計(jì)算(外壓計(jì)算):
根據(jù)住建部發(fā)布的《城鎮(zhèn)排水管道非開(kāi)挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》,采用半結(jié)構(gòu)修復(fù)時(shí),內(nèi)襯管最小壁厚計(jì)算公式如下:
式中 t ——內(nèi)襯管壁厚(mm)
Do——內(nèi)襯管管道外徑(mm),本工程取1000mm
K ——圓周支持率,取值宜為7.0
EL ——內(nèi)襯管的長(zhǎng)期抗彎曲彈性模量(MPa),宜取短期模量的50%
本工程使用材料的短期彈性模量為12000MPa,長(zhǎng)期彈性模量取6000MPa計(jì)算
C ——橢圓度折減系數(shù),計(jì)算值為0.836
P ——內(nèi)襯管管頂?shù)叵滤畨毫?MPa),本工程內(nèi)襯管管頂外水壓受河道水位影響,河道最高水位約管底向上6米,因此,內(nèi)襯管管頂外水壓取0.048Mp
N ——安全系數(shù),可取2.0
μ——泊松比,原位固化法內(nèi)襯管取0.3
q ——原有管道的橢圓度(%),可取2%
當(dāng)考慮外壓作用時(shí),采用上述外壓計(jì)算公式,計(jì)算得出DN1000內(nèi)襯管的厚度為10.654mm
b.材料厚度的計(jì)算(內(nèi)壓計(jì)算)
內(nèi)水壓的設(shè)計(jì)采用美國(guó)水道材料協(xié)會(huì)(ASTM規(guī)格1216)所規(guī)定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。其設(shè)計(jì)公式如下∶
式中:t——內(nèi)襯管壁厚(mm)
Do——內(nèi)襯管外徑(mm),本工程取1000mm
Pn——原有管道公稱壓力(MPa),本工程管道需承受7.5米內(nèi)壓,取0.075MPa
N0——安全系數(shù)(推薦取值為1.25);本工程取2
σTL——內(nèi)襯管的長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度(MPa),取短期抗拉強(qiáng)度的50%,本工程取31MPa
當(dāng)考慮內(nèi)壓作用時(shí),采用上述內(nèi)壓計(jì)算公式,計(jì)算得出DN1000內(nèi)襯管的厚度為2.414mm
c.材料厚度的計(jì)算結(jié)果
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,材料厚度取內(nèi)壓或者外壓計(jì)算結(jié)果的大值,得到DN1000內(nèi)襯管使用年數(shù)為30年的材料厚度值為t =10.654 mm。本工程所用內(nèi)襯管設(shè)計(jì)厚度為11.0mm,滿足設(shè)計(jì)要求。
4.現(xiàn)場(chǎng)施工及其措施
4.1 施工臨排措施
2號(hào)井為本次施工井,在施工井上游新增1號(hào)壓力井,并設(shè)置調(diào)蓄池,將污水引入調(diào)蓄池,在調(diào)蓄池架泵將污水引入4號(hào)井。本次臨時(shí)排水采用2臺(tái)75千瓦強(qiáng)吸泵,一用一備配置,滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)36000立方/天,滿足排水要求。臨排示意圖,如圖-2所示。
圖-2 臨排示意圖
4.2 管道預(yù)處理
管道預(yù)處理的好壞會(huì)直接影響到管道的修復(fù)效果,因此,它是非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)中至關(guān)重要的一個(gè)步驟。首先對(duì)管道內(nèi)壁采用高壓沖洗,清除底部淤泥,潛水員人工清除石塊等垃圾。然后對(duì)管道進(jìn)行堵漏預(yù)處理,對(duì)滲漏縫進(jìn)行開(kāi)槽,槽寬3公分,深5公分,采用油麻絲塞實(shí),并預(yù)埋注漿管,采用雙塊水泥封堵抹平,待水泥強(qiáng)度達(dá)到注漿要求時(shí),注聚氨酯堵漏,注漿壓力0.3Mpa。
4.3 施工前檢測(cè)
對(duì)預(yù)處理后的管道進(jìn)行CCTV電視檢測(cè)并錄像,確保內(nèi)襯施工可以正常進(jìn)行并保存資料。
4.4 光固化內(nèi)襯修復(fù)施工
1) 拉入墊膜:墊膜起保護(hù)軟管的作用,防止軟管在拉入過(guò)程中被管壁等劃傷。
2) 拉入內(nèi)襯軟管:將滑動(dòng)滾輪放置到適當(dāng)位置,緊接著將軟管從檢查井拉至待修管內(nèi),并在軟管兩端安裝扎頭。
3) 軟管膨脹及紫外燈安裝:將空壓機(jī)與軟管扎頭通過(guò)氣管連接,給內(nèi)襯軟管充氣,使內(nèi)襯軟管膨脹。拉入紫外線燈,調(diào)試紫外燈鏈的運(yùn)行,加壓過(guò)程中應(yīng)防止玻璃纖維軟管內(nèi)壓不足出現(xiàn)褶皺或過(guò)度膨脹。
4) 紫外光固化:設(shè)定紫外燈鏈的拉行速度及軟管內(nèi)溫度的控制參數(shù),并結(jié)合燈鏈端部CCTV監(jiān)測(cè)情況,及時(shí)調(diào)整光固化參數(shù),使軟管處于設(shè)定的硬化條件下,管內(nèi)紫外燈行走速度約為0.6米/分鐘。開(kāi)啟紫外燈并按設(shè)定速度移動(dòng),玻璃纖維內(nèi)襯管硬化后便會(huì)貼合在舊管道內(nèi)壁上。
5) 端部切割:固化后切除多余的內(nèi)襯管,拆除扎頭,取出燈鏈,抽出軟管內(nèi)膜。
4.5 管端口滲漏處理
內(nèi)襯管與舊管道間密封用預(yù)先設(shè)置的可吸水膨脹的止水橡膠做止水圈。采用鉆孔注漿的方式對(duì)井室內(nèi)舊管道與井墻的間隙滲漏進(jìn)行處理,注入聚氨酯堵漏劑,利用灌注機(jī)產(chǎn)生的壓力,將堵漏劑送到封堵部位中部并向四周擴(kuò)散,堵漏劑遇水快速反應(yīng)硬化后,將滲水縫隙堵住。最后用雙快水泥對(duì)管口做包封處理。管口處理示意圖如圖-3所示,管口處理后情況如圖-4所示。
圖-3 管口處理示意圖和管口處理后情況
5、質(zhì)量驗(yàn)收檢測(cè)
5.1 內(nèi)襯管外觀檢測(cè)
修復(fù)施工后應(yīng)對(duì)內(nèi)襯管的外觀進(jìn)行確認(rèn),采用CCTV檢測(cè)并存儲(chǔ)影像資料。內(nèi)襯新管表面應(yīng)光潔、平整,無(wú)局部劃傷、裂紋、磨損、孔洞、氣泡、干斑、褶皺、拉伸變形和軟弱帶等影響管道結(jié)構(gòu)、使用功能的損傷和缺陷。根據(jù)檢測(cè),本次施工管道達(dá)到了外觀的質(zhì)量要求。 內(nèi)襯施工前后管內(nèi)情況,如圖-5,6所示。
圖-4 內(nèi)襯施工前管內(nèi)情況和內(nèi)襯施工后管內(nèi)情況
5.2 內(nèi)襯管厚度檢測(cè)
施工后對(duì)管壁的厚度進(jìn)行測(cè)量,在管道兩側(cè)端口進(jìn)行取點(diǎn)測(cè)量。對(duì)內(nèi)襯管0度、60度、120度、180度、240度、300度這6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行厚度檢測(cè),其平均值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,且測(cè)出的最小壁厚應(yīng)滿足允許的最低壁厚要求。本次施工的厚度實(shí)測(cè)結(jié)果平均厚度為11.3mm,最小壁厚為11.1mm,達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)定的厚度要求。
5.3 固化管強(qiáng)度測(cè)試
根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T 210-2014的規(guī)定,需對(duì)內(nèi)襯管材進(jìn)行強(qiáng)度性能測(cè)試。樣品需在現(xiàn)場(chǎng)制取,并送第三方檢測(cè)單位進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。本次工程的材料強(qiáng)度檢測(cè)委托上海同濟(jì)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站進(jìn)行,檢測(cè)結(jié)果如下表-2所示,經(jīng)判定,材料強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。
表-2 含玻璃纖維材料的原位固化法內(nèi)襯管的短期力學(xué)性能要求及測(cè)試結(jié)果
檢驗(yàn)項(xiàng)目 | 技術(shù)指標(biāo) | 檢驗(yàn)結(jié)果 | 單項(xiàng)判定 | 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) |
彎曲強(qiáng)度(MPa) | >45 | 313 | 合格 | GB/T 1449-2005 |
彎曲模量(MPa) | >6500 | 13500 | 合格 | GB/T 1449-2005 |
彎拉強(qiáng)度(MPa) | >62 | 147 | 合格 | GB/T 1040.4-2006 |
6、結(jié)語(yǔ)
采用非開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行地下管道的修復(fù)是今后管道修復(fù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。CIPP紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)具有非開(kāi)挖、施工快速、節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量可靠等優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)排水管道的修復(fù)領(lǐng)域中正在被逐漸應(yīng)用和推廣。我們需要在實(shí)踐之中不斷積累經(jīng)驗(yàn),讓光固化技術(shù)更好的為市政排水管道修復(fù)施工服務(wù),為城市發(fā)展服務(wù)。
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