软管内衬修复排水管道验收标准初探

软管内衬修复排水管道验收标准初探

宁克远 (北京海华通管道修复有限公司)

1、软管内衬修复技术的一般原理

　　翻转内衬修复技术在国际上是成熟的、最早建立ASTM标准的修复技术，该技术最初由一位英国工程师Eric Wood研发出来，并以拉丁文“In situs forma”的缩写Insituform 为工艺命名，目前已发展成一支专业化的跨国集团公司，业务覆盖全球四十多个国家和地区。随后又有许多派生技术诞生，如美国的Inliner技术Superliner技术、比利时的 Nodiline技术、丹麦的 Multiling技术，德国的 AMEX 技术、Phoenix技术等等，国际不开挖协会将这类技术统称CIPP技术即Cured―in―place Pipe，这些都说明了翻转内衬修复技术的先进性和巨大生命力。
　　 翻转内衬修复技术是具有弹性柔软外敷防水膜的毛毡管,以热固性树脂浸泡润湿后套入受损的原管中,利用水压推进,使毛毡管向外翻转,并使含树脂的毡管贴住原管壁,经过加热固化程序,在原管内形成一条坚固光滑的新管。它适用于不同材质管线(陶土、水泥、铸铁、钢)、不同输送介质(油、气、水、化工原料)及不同几何形状管线的修复的需要。其内衬层的连续性彻底改变了污水管接口的存在，具有一定的优势。
　　 上世纪九十年代初，这项技术在国内石油管道修复中首次得到应用，随后在燃气、供水管道上逐步推广，近两年来，雨污水管道修复中也陆续有应用报道。在国内,现阶段的翻转内衬修复技术在排水管道修复工程中应用时，从设计到施工都必须执行ASTM F1216标准，当然，国内的施工单位有必要建立相应的企业标准，但在指标上至少不应低于ASTM标准的规定，同时从设计到施工还存在一个如何适应中国排水管道实际情况的问题，所以参考ASTM标准建立我们自己的验收规范已经成为当务之急。

2、ASTM F1216标准中排水管道软管翻转内衬的验收规定

　　我们通过对比可以发现，现在执行的ASTM F1216标准与1996年版区别不大，都是建立在认定内衬材料已经达到基本的力学性能和防腐能力的基础上的，如挠曲模量1724MPa、挠曲强度31MPa（如果相关的施工企业材料性能达不到这个水平，就没有资格承揽相关工程）。壁厚设计时将旧有排水管道以“部分损坏管道”和“全部坏损管道”两种情况加以区分。
　　所谓部分损坏管道通俗理解就是旧管结构强度尚存，修复后的旧管道能够支撑地层土壤压力和动荷载，相邻的土壤提供足够的侧支撑。CIPP设计目标是阻止流体漏出和渗入，能够支撑由于地下水造成的静压头载荷，因为土壤和动荷载可由旧管道自身来承担。承包方必须测量确定地下水位，CIPP衬层的设计厚度应足以承担地下水的静液压力。下面的方程用来确定CIPP厚度

这里：P-------地下水压力 PSi
K------强化因子 一般为7.0
E_L-----CIPP衬层的远期弹性模量 PSi
υ----坡松比 一般为0.3
SDR---CIPP的标准尺寸
C-------圆度校正因子
q-------旧管的椭圆百分数
N-------安全系数

　　全部坏损管道通俗理解就是旧管道不具备结构完整性，不能支撑土壤压力、静液压头和动荷载，旧管道的某些区段已经缺失，或者由于流体、大气、土壤和荷载的影响丧失了原来的形状。修复后的衬管要能够承担外水压、土壤和动荷载构成的压力。壁厚从下式计算：

Q_t=C [32 R_w B‘ E‘（E_l I/D³）]^1/2 /N (X1.3)

式中： Q_t---管道承受的全部外压
　　R_w---水力漂浮因子
B′----弹性支撑系数
　　　　E′---- 地层应变模量
　　　　E_l---CIPP的远期弹性模量
　　　　I----惯性矩
　　　　C----椭圆度衰减因子
　　　　N----安全系数
　　　　D----旧管道的实际内径

国内施工企业应在测定内衬材料力学性能的基础上根据上述计算公式给出内衬层厚度值。同样性能要求的衬层，各企业需要的厚度是不一样的，造成业主单位所要承担的综合费用也是不一样的。

3、国内排水管道软管内衬的验收方法

　　在国内，软管内衬技术应用于排水管道修复的实际工程还不太多，使用的时间也不长，基本上在近两年才有应用报道，总量在5公里以内，包括境外如德国SAERTEX、日本湘南株式会社的少量演示工程，所以，在现阶段执行ASTM标准验收国内工程是完全正确且必要的。但苏州市许诚先生在《中国给水排水》VOL22、No12报道的翻转2次6毫米厚的衬层达到12毫米壁厚的工艺是极端错误的，因为ASTM标准规定的厚度是一次成型的，这家施工单位两次翻转叠加而成衬管的结果对性能的提高没有作用，效果是增加了工程成本。
　　我们知道，ASTM标准中使用了弹性（挠曲）模量的技术指标，这项性能的检测在国内执行起来难度比较大，至少能够提供这种检测服务的单位就很少，天津排水管理处在参考ASTM标准的基础上引入了“环刚度”的概念，在国内可操作行强，是值得排水管理行业肯定的，对我们专业施工企业来说执行起来也非常方便，因为“环刚度”在排水管道设计和施工中是常用的，而且各地的检测机构都能提供相关服务，更重要的是可以现场取样检验，对保证施工质量更具说服力。
　　 这里，我们推导环刚度与弹性模量的换算关系。我们采用平行板外载法测量管材的环刚度执行国标GB/T5352，得出的初始管刚度值可以确认与S=EI/D3的数值具有等效性，其中S---环刚度 N/m ；
　　 E---材料的弹性模量 ； I---单位长度的环弯曲惯性矩 m4/m；D---管环的平均直径 m。检测结束给出了S---环刚度值就可以很容易地计算弹性模量了。

4、排水管理单位关心的几个技术问题

　　在软管内衬技术修复排水管道的推广过程中，排水管理单位就软管内衬技术修复排水管道可能遇到的技术问题表达了担忧，其中频率较高的几个问题很具有代表性，如：
　　 排水管道一般来说敷设较深，为了保持地层结构不被扰动，能否利用现有窨井做到绝对免开挖（包括口径大于DN700的），这对交通、环境和市民生活有益。
　　 排水管道渗漏非常严重，特别是那些有修复要求的管道，我们所提供的软管内衬技术怎样排除管内积水的影响。
　　 排水管道内壁要达到干燥要求是不现实的，我们所提供的热固性树脂配方能保证在水下固化或潮湿固化吗？
　　 排水管道内壁腐蚀严重，有些水泥已经脱落钢筋外露，内衬层能够防止被钢筋扎漏吗？
　　 排水管道的后期养护要经常进行，要求内壁必须达到邵氏40D以上的表面硬度，我们能否作到？
　　 排水管道口径都比较大，若采用水压逆翻转技术进行安装，大量的用水和加热的问题不容小视，处理不好可能影响施工的进行？
　　 ……
　　 这些问题的提出，都牵涉到我国排水管道自身的特点，如果我们不能妥善解决，足以否决这类技术在该行业的应用，同时我们也非常感谢他们的质询，因为这给我们提出了技术进步的方向，只有克服了这些技术难关，才能应用于生产实践，这才是应有的负责任的态度。

5、我公司软管内衬工艺的技术突破

　　经过多年的研究和工程实践，我公司已经建立了完善的软管内衬修复技术，具有自主知识产权的浸渍树脂配方、软管制作方法和安装工法，不仅能够圆满解决排水管理部门所关心的技术问题，而且还实现了如下技术突破：
　　 （1）完全意义上的不开挖工艺技术
　　 一般的排水管道都有窨井,口径为φ600-700，有效地利用它来进行内修复作业意义重大。如果还要开挖作业坑会带来一系列的问题，如造成已经脆弱的管体和竖井的破坏、地面需要恢复、交通受到影响等。
　　 本公司在采用CIPP软管内衬修复管道时，完全利用窨井为作业孔，实现名副其实100%的不开挖。这对于贯彻市府政令不开挖修复在役管道提供了技术保障。
　　 （2）完全按照ASTM标准设计和验收
　　 本公司具备完全按照ASTM标准设计和施工的能力。特别保证标准中未涉及但国内需要达到的内衬层表面硬度超过40D的指标。
　　 （3）先进的端口处理技术
　　 本公司的CIPP内衬层成型以后，在端口位置还要进行密封处理，采用Re-III专利技术完成，彻底摒弃了水泥密封等耐久性不良的落后手段，防止流体的环空窜通，确保CIPP内衬层与旧管的结构完整。
　　 （4）避免了水资源的浪费
　　 早期，软管衬里贴紧在旧管道内壁采用的是水做加压介质，对大口径管道来说，动辄上百吨的自来水不仅造成水资源的浪费，甚至这些用水来自何处都会成为问题，而且将其加热还会造成进一步的能源消耗。本公司改用空气做动力源，成功地解决了这一问题。
　　 （5）提供适合的性价比。材料、技术的国产化在确保我们的工艺适用于我国排水管道现状的同时更具价位优势。