大口径排水管道施工中紫外光（UV）固化内衬的应用研究,—以上海市2023年高桥区域排水管道修复完善工程为例

大口径排水管道施工中紫外光（UV）固化内衬的应用研究—以上海市2023年高桥区域排水管道修复完善工程为例

黄凯

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摘 要：地下管网错综复杂，在道路下雨污水管道存在不同程度的破裂、坍塌、错位、下沉等结构性缺陷。非开挖修复“微创修复”作为管道修复的大趋势，2023年高桥区域排水管道修复完善工程，约有20km采用紫外光固化内衬修复，约10.7km采用开挖翻排修复。本文介绍了DN1500、160m大口径排水管道紫外光（UV）固化内衬修复的原理、特点、施工方法及措施。与开挖翻排相比，非开挖修复大大降低施工周期、成本、对居民生活及交通影响，对非开挖修复的应用与推广具有重要意义。

关键词：紫外光（UV）固化、大口径排水管道、非开挖修复

引言：

排水管网系统作为城市发展的基础，随着城镇化的发展，道路出现荷载变大；排水量增加；养护不到位；部分存在渗漏、破裂、错位、脱节、变形、腐蚀及支管暗接等结构性缺陷，以及部分存在异物穿入、坍塌、坝头、制浆块堵塞等功能性缺陷，因此需要进行修复。紫外光（UV）固化内衬非开挖修复技术因其修复速度快、占地面积小、交通影响小等优点，在非开挖修复中被广泛使用。紫外光（UV）固化内衬修复技术材料由工厂生产完成，直接运输送至现场，整个过程确保材料安全性，缩短施工周期。紫外光固化内衬非开挖修复技术成功应用在上海市东川公路（东靖路-跃东路）长度160m，管径1500mm大口径排水管道修复工程中，效果显著，为紫外光（UV）固化内衬非开挖修复的在地下管网修复的发展起到重要作用。

1.工程概况

该排水管道位于上海市浦东新区东川公路（东靖路-跃东路）主干道下。管道单段长度为160m，管道埋深为4.5m，口径为1500mm，材质为承插口混凝土管，内部环境复杂。根据CCTV检测评估，发现该管段管顶存在2级纵向裂纹、接口处渗漏及存在腐蚀、脱节等现象，且结构强度严重破坏，影响了管道的正常运行。管道结构性修复指数较高，为确保满足原有管道的设计寿命且不低于20年，采用紫外光（UV）固化内衬非开挖修复进行该段雨水管的结构性修复。

2.紫外光（UV）固化内衬的技术原理

图1 紫外光(UV)固化内衬原理示意图

紫外光(UV)固化内衬技术是CIPP的一种，从原有的管道内部衬一层浸渍光敏性树脂的玻璃纤维软管，经充气、保压、固化，形成具有结构性的内衬管道。如图1，专业人员通过卷扬机将软管从1号检查井拖拉至2号检查井，通过充压、保压，使内衬软管紧贴原有管道；再将灯架置入拖至尾部，通过自动化设备使紫外线灯均匀前进，当光敏性树脂经紫外光照射，内部苯环键达到所需能量，化学键断裂产生热量使树脂固化，形成内衬管道，恢复原有管道功能。

3.紫外光（UV）固化内衬的施工步骤

图2 标准施工流程图

3.1管道封堵、临时导流

为方便既有管道施工，由于管段位于泵站出水口不足200m、扬程较短、水流量大以及有限空间危险系数较大，因此现场采用“上下游双高压气囊+双闷板”的封堵方式和1600方/小时的轴心泵进行抽水导流的临排方式。

3.2CCTV检测

利用闭环电视CCTV对待修复管道进行检测，查看管道内锈蚀、淤积、洼水、弯头和支管情况。

3.3管道预处理

利用高压清洗车和铣削设备对待修复管道进行清洗，同时利用吸污车对冲洗后的污水进行抽运，清除管道内的淤积、尖锐凸起，达到修复标准。

3.4紫外光固化内衬

3.4.1二次CCTV检测

清洗铣削作业完成后，需用CCTV再进行一次检测，确认管道合乎标准。并带入一根细缆绳，其作用是便于拖入底膜。

3.4.2敷设底膜

利用卷扬机或人工将底膜缓缓拖入待修复管道，确保底膜不会发生翻转，底膜覆盖需大于管道周长的1/3，速度不超过10m/min。在底膜上方顺势带入绳索，便于回拉钢丝绳。在拉入底膜时均匀倒入润滑油，减小拉玻纤的摩擦力。将底膜固定到管道底部，同时应沿管底的垫膜将内衬管平稳、匀速的拖拉入原有管道，不宜断断续续，防止材料因拉入造成损伤，速度不宜大于5m/min，内衬软管宜比原有管道断口处长500mm，确保满足扎头安装距离。内衬材料完成拉入后，需将端口处材料对折0.5m放至底膜上。

3.4.3安装扎头

选取合适直径的扎头塞入玻纤软管内，防划破内膜；外用两道紧绳器紧固，确保安全固定在扎头上，气体不泄露。整理好扎头布，使其完全覆盖在短管法兰外的玻纤软管。安装好扎头后，在玻纤外膜纵向划破，以便好充气排除玻纤中空气。

3.4.4充气保压

充气过程应阶段加压，宜以0.02bar/min，每充气0.05bar，需进行保压10min，保证内衬材料内玻璃纤维正常舒展，当充气达到材料完全紧贴内壁，并满足材料试验数据压力，持续保压20min以上，在持续保压期间，需用拉灯架的耐高温绳替换材料内部的内置绳，同时在施工范围内调试灯架，灯腿调至最大，调试完成后。关闭充气后打开结束井扎头盖板，将灯架上的内膜套到扎头上，同时将高温绳系到灯架上。由井上人员用手扎紧灯架尾端内膜，同时开始充气。

3.4.5灯架置入

当软管被撑开后，在靠近扎头端的内膜上开一个气孔，方便下手调整灯架放入时的位置，同时通知开始井端的操作人员用高温绳缓慢拉灯架进入软管。当灯架尾部进入扎头后，停止拉绳，同时关闭充气，将电缆线从扎头盖板中间穿过，并将电缆线尾部与灯架连接，盖上扎头盖板打紧。

3.4.6紫外光固化

开始井和结束井两端操作人员，对扎头上的绑带再次进行打紧加固操作。灯架置入后，拆除气闸，安装盖板，并紧固。连接好转向滑轮组，气管，压力测试管。二次缓慢加压，使玻纤材料和原管紧密贴合。管道内压力达到合适参数后，输入项目的基础数据。通知尾部人员将灯架缓缓拉到尾端。稳压后开启固化按钮，按约定技术参数固化。开启线盘，注意管道内压力和温度变化，适时调整固化速度。

3.4.7端口处理

管道内衬管固化工序完成后，使用马刀具或角磨机将管口多余内衬切除，采用遇水膨胀胶条或快速水泥进行管口密封，使管道与内衬形成均匀平缓的倒角，防止管道长期过水使内衬端口损坏。

4.紫外光固化内衬的工程难点与解决方案

4.1内衬材料厚度的确定

紫外光（UV）固化内衬的厚度t，属于第Ⅱ类内衬，由于排水工艺平面图未能提供管道的埋深参数，现场采用实测管道内底埋深h1与设计管道内底埋深h2的较大值计算内衬管中心的地下水压力，单段范围内采用管道长度范围内的最大埋深。根据ASTM 1216全结构设计外部压力计算与内部压力对比选择壁厚较大值，最终确定。

qt：管外压力总和

Rw：水浮力系数=1-0.33（HW/H）

N：安全系数（2.0）

B、：土壤弹性支撑系数

E、s：土壤反应系数

I：内衬管惯性力矩

t：内衬管厚度（t3/12）

EL：内衬管长期弹性模量

D：母管内径

C：椭圆变形修正系数

经计算qt=0.00981HW+WHRW/1000+Ws=8.1KN/m（HW：管道顶部以上水的高度;W:土壤密度（KN/m³）；H：管顶以上土壤高度），计算出材料壁厚为t=14mm；经内部压力采用0.1MPa，计算出材料壁厚为t=12mm。

图3 弯曲模量模型导入 图4 弯曲强度、抗拉强度导入

根据原有设计要求及现场复核结果，再通过数据模拟导入如图3、图4，按固化后短期弯曲模量E≥10000Mpa，弯曲强度≥100Mpa，抗拉强度≥80Mpa，修复后的管道应满足现行要求，保障原有管道剩余使用寿命，增强结构强度不低20年。为确保项目100%成功实施并满足实际应用要求，根据公式与模型计算，采用较大值，施工前对材料的施工工艺参数和材料性能进行测试验证由埋深、管径、路面载重等指标，最终确定紫外光(UV)固化内衬管厚度为14mm。

4.2有限空间作业

此段管道埋深达4.5m，进行紫外光(UV)固化内衬涉及有限空间作业（危大工程）。为了预防事故，进行事故预防学习，下井作业前进行有限空间演练，市区安全科领导进行现场指导及项目部培训，结合监理，形成“先通风、再检测、后施工”《下检查井工作审请单》、《有限空间作业施工条件验收表》、《有限空间作业监督记录表》、《有限空间作业人员登记表》、《有限空间作业气体检测记录表》、《井下通风检测记录表》、《有限空间安全作业证》一套安全流程，确保施工作业安全。

4.3过流能力的保障

根据紫外光(UV)固化内衬壁厚为14mm，粗糙系数为0.010，固化后的内衬紧贴原有管道，水力坡降不变，原混凝土管道粗糙系数为0.013，通过排水管道流量计算Q=Av（A：水流有效断面面积；v：流速）；（i：水力坡降；n：管道的粗糙系数；R：水力半径）。修复前后管道能力的前后比值（B：管道修复前后过流能力比；ne：原有管道的粗糙系数；DI：内衬管的内径；n1：CIPP管的粗糙系数），最终确定管道过流能力提高30%，满足施工要求。

4.4临排问题

紫外光（UV）固化内衬修复位于浦东新区东川公路，人流量大，集卡等大型车辆较多，允许可施工时间较短，上行泵站每日供水量24000m³，修复段距离泵站不足200m，口径为1500mm。临排要求较高，为防止上游冒溢，现场做了充足准备，经与设计、泵站进行讨论，采用1600m³/小时轴心泵作为明排，确保管道12小时内修复完成。

5.结论与建议

市政地下管网错综复杂，雨、污水管道常发生坍塌、脱节、错位等问题，造成路面塌陷、井口冒溢、排水不畅、积水等；以及管道内部腐蚀、变形、坍塌等问题，造成人民财产损失及资源浪费。东川公路（东靖路-跃东路）DN1500大口径排水管道紫外光（UV）固化内衬非开挖修复工程具有占地面积小、施工时间短、长距离修复、排水过流能力提高、后期运营成本低等特点，为国内紫外光(UV)固化内衬在大口径地下管网的非开挖修复领域的发展奠定了基础。

参考文献：

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