程 江，鮑月全，呂永鵬，尹冠霖，謝 勝，莫祖瀾

（1.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市200092；2.上海城市排水系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，上海市200092；3.上海市城市排水有限公司，上海市200233）

0 引言

自20世紀(jì)90年代起，我國開展了排水管道非開挖技術(shù)研究。1995年前只有鋼套環(huán)、接口嵌補兩種局部修復(fù)方法。近年來，隨著國外技術(shù)引進和國內(nèi)研究深入，采用非開挖技術(shù)進行排水管道預(yù)防性修復(fù)的比例逐年提高，目前已有近10種方法得到應(yīng)用[1～3](見表1)，逐步縮小了與發(fā)達國家的差距。英國水研究中心(WRC)編制的《污水管道修復(fù)指南》(Sewerage Rehabilitation Manual)和美國材料與試驗協(xié)會頒布的《采用翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯技術(shù)修復(fù)管道和溝渠的標(biāo)準(zhǔn)方法》(ASTM F 1216-05)已成為國外排水管道修復(fù)的主要技術(shù)法則[1,2]，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翻轉(zhuǎn)式原位固化法排水管道內(nèi)襯修復(fù)工藝的技術(shù)規(guī)范》(QB/GLX002—2011)[3]、上海市水務(wù)局下發(fā)的《上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)實施指南》（2013）[4]、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖更新工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 210-2014）[5]和上海市排水管理處發(fā)布的《上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)工程預(yù)算定額（試行）》（2014年）[6]則是國內(nèi)排水管道非開挖修復(fù)的主要技術(shù)參考。與傳統(tǒng)開挖修復(fù)相比，非開挖修復(fù)技術(shù)具有在充分利用原有管道的基礎(chǔ)上，避免因開挖管道對交通和周邊居民、商業(yè)造成不利影響的顯著特點，已在國外發(fā)展迅速，并被廣泛采用。盡管采用某些非開挖技術(shù)修復(fù)管道的費用高于開挖修復(fù)，但這種費用的計算僅是就工程本身而言的，如果考慮社會的間接成本，非開挖修復(fù)的總成本則低于開挖修復(fù)。翻轉(zhuǎn)法CIPP修復(fù)排水管道是國內(nèi)外近年來應(yīng)用較為廣泛的一種非開挖修復(fù)方法。本文在總結(jié)其技術(shù)原理、內(nèi)襯壁厚設(shè)計、施工流程、驗收標(biāo)準(zhǔn)、常見質(zhì)量問題分析的基礎(chǔ)上，介紹了國內(nèi)加固管徑最大的上海北翟路DN1500污水管預(yù)防性加固案例，以期對國內(nèi)城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用起到一定的參考和指導(dǎo)作用。

表1 國內(nèi)已采用的排水管道非開挖修復(fù)方法一覽表

1 翻轉(zhuǎn)法CIPP工藝

1.1 技術(shù)原理

Cured in place pipe（CIPP）原位固化修復(fù)，是由英國1971年研制成功的一種排水管道非開挖修復(fù)方法。翻轉(zhuǎn)法是其中一種施工技術(shù)，俗稱襪筒法。翻轉(zhuǎn)法CIPP首先需在加工廠或在現(xiàn)場按修復(fù)、加固管道的尺寸對內(nèi)襯軟管進行預(yù)制，內(nèi)襯軟管由化學(xué)纖維和高強度塑膜復(fù)合而成，然后對軟管進行抽真空，并向軟管中灌入環(huán)氧樹脂和固化劑；其次，在需修復(fù)、加固管道所處檢查井，將浸滿熱固性樹脂的未成型樹脂軟管利用水壓或氣壓翻轉(zhuǎn)至已清理干凈的待修復(fù)管道內(nèi)，并使其緊貼于管道內(nèi)部，然后利用樹脂加熱或遇光固化的原理，對管道內(nèi)部利用循環(huán)熱水、蒸汽、噴淋或紫外光等方法加熱，使樹脂在管道內(nèi)部固化，隨之在原有破損或待加固管道內(nèi)部形成新的高強度內(nèi)襯管，即“管中管”。其工藝原理如圖1所示[4,7]。翻轉(zhuǎn)法CIPP工藝適用范圍廣，可在100 mm～3000 mm的管徑內(nèi)安裝使用，適用于任何管材的管道非開挖修復(fù)或加固，一次性可修復(fù)管道的最大長度為500 m，并可通過90°的彎頭，修復(fù)后的設(shè)計管道使用年限要求 30 a～60 a。

圖1 翻轉(zhuǎn)法CIPP工藝原理圖

1.2 內(nèi)襯軟管壁厚設(shè)計

CIPP內(nèi)襯軟管壁厚的設(shè)計有兩種方法：第一種是經(jīng)驗法，根據(jù)管道的埋設(shè)情況、使用年限及檢測結(jié)果，綜合考慮采用原管道內(nèi)徑的1.5%并取整，例如Φ600、Φ1 000和Φ1 500的內(nèi)襯軟管壁厚分別取9 mm、15 mm和23 mm；第二種是公式法，主要應(yīng)根據(jù)埋設(shè)管道的管徑、埋深、殘余強度、土質(zhì)、地下水位、道路情況和施工條件等因素計算內(nèi)襯軟管壁厚，主要借鑒國外比較成熟的計算方法，美國材料和試驗協(xié)會（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)所的計算公式考慮因素較為全面，適用范圍更為廣泛和切合實際，公式如下[7]：

式中：t——內(nèi)襯塑料管厚度，mm；

D——舊管內(nèi)徑，mm；

N——圓周支持率（采用環(huán)氧樹脂時為7.0）；

C——舊管變形比，當(dāng)沒有變形時為1.0；

EL——長期抗彎曲彈性模量，MPa；

P——外水壓力，MPa，如果有真空壓力時需要一起考慮并進行計算；

Fs——安全系數(shù)（有注漿襯墊時為1.5，沒有時為2.0）；

ν——泊松比，0.3。

1.3 修復(fù)后管道水力復(fù)合

修復(fù)后的重力流管道斷面流速計算參照《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014-2006）（2014版）[8]：

式中：V——流速，m/s；

I——水力坡降；

R——水力半徑，m；

n——粗糙系數(shù)。

修復(fù)后與修復(fù)前的管道流速比值按照下式計算：

式中：C——管道修復(fù)前后流速比；

ne——原有管道的粗糙系數(shù)；

nl——內(nèi)襯管的粗糙系數(shù)；

Re——原有管道的水力半徑，m；

Rl——內(nèi)襯管管道的水力半徑，m。

修復(fù)后與修復(fù)前的管道過流能力比值參照《上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)實施指南》（試行）公式計算[4]：

式中：B——管道修復(fù)前后過流能力比；

De——原有管道的平均內(nèi)徑，mm；

Dl——內(nèi)襯管管道的平均內(nèi)徑，mm。

1.4 施工流程

1.4.1 工程前期準(zhǔn)備

（1）資料收集。翻轉(zhuǎn)法CIPP施工前，需收集待修復(fù)管道和檢查井的竣工跟蹤測量測資料、上下游管道或泵站的運行水位和流量、降雨資料和道路交通流量等基礎(chǔ)資料。

（2）現(xiàn)場踏勘。根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料，現(xiàn)場踏勘核實資料準(zhǔn)確性，如有必要可進行現(xiàn)場測繪。

（3）安全確認。在進入待修復(fù)管道的檢查井前，對管道內(nèi)的有毒有害氣體、可燃氣體、氧氣含量進行實時監(jiān)測，并進行通風(fēng)排氣、檢查和評估，確保井內(nèi)工作環(huán)境安全。

（4）臨時封堵和排水。根據(jù)施工需求，將上下游管道臨時封堵，設(shè)置旁通管或其他排水設(shè)施進行臨時排水。

（5）管道清洗。對待修復(fù)管道內(nèi)的污泥、垃圾進行沖洗清淤，以管道內(nèi)壁無塵、無顆粒、無油垢、無尖銳突出物為合格。

（6）管道檢查。利用CCTV對管道清洗結(jié)果進行核查，并對需要變直徑、轉(zhuǎn)折的管道內(nèi)部作全面檢測，核實管內(nèi)損壞及設(shè)計情況，適時調(diào)整排水管道非開發(fā)修復(fù)設(shè)計方案。

（7）管道局部修復(fù)。如管道內(nèi)存在局部破裂、坍塌等結(jié)構(gòu)性缺陷，需進行局部修復(fù)后再進行翻轉(zhuǎn)法CIPP施工。

1.4.2 內(nèi)襯軟管加工、運輸

（1）軟管尺寸設(shè)計。根據(jù)軟管材料橫向伸長率和被修復(fù)管內(nèi)徑尺寸共同確定軟管外徑，根據(jù)“1.2內(nèi)襯軟管壁厚設(shè)計”計算軟管壁厚。

（2）軟管加工。軟管的設(shè)計制作長度必須同時滿足修復(fù)管段兩檢查井的中心距離、井深、兩端部所需長度及施工靜水壓力所需高度，目前一次性施工最大長度超過200 m。軟管必須具有與熱固性樹脂有良好的相溶性，同時需具有良好的耐久性、耐腐蝕、抗拉伸、抗裂性。

（3）預(yù)浸樹脂。軟管在小于等于18℃真空條件下預(yù)浸樹脂，樹脂體積應(yīng)足夠填充纖維軟管名義厚度和按直徑計算的全部空間。鑒于樹脂的聚合作用及滲入待修復(fù)管道縫隙和連接部位的可能性，還需增加5%～15%的余量。預(yù)浸樹脂后利用碾壓設(shè)備進行定型碾壓，需確保碾壓后的軟管材料厚度均勻、無褶皺。

（4）軟管運輸。預(yù)浸樹脂后的軟管在運輸和置入待修復(fù)管道作業(yè)中面臨的最大風(fēng)險是樹脂的提前硬化，軟管應(yīng)在小于等于25℃條件下運輸，并且避免長時間受到直射及反射日光的照射，以防提前固化，尤其是在夏季高溫季節(jié)，應(yīng)采取必要的降溫措施。

1.4.3 翻轉(zhuǎn)置入

在檢查井上部制作工作平臺，內(nèi)襯軟管的一端固定于平臺上方的翻轉(zhuǎn)固定環(huán)上，將充滿樹脂的內(nèi)襯軟管一端通過翻轉(zhuǎn)平臺及懸吊于平臺下方的翻轉(zhuǎn)固定環(huán)翻轉(zhuǎn)進入管道內(nèi)。內(nèi)襯軟管在水壓或氣壓的作用下，逐漸進入管道內(nèi)，并從里面向外翻，使原先處于外表面的涂層將成為內(nèi)表面，涂滿樹脂的織物支撐結(jié)構(gòu)則與原管道內(nèi)壁相貼。常用靜水頭壓力法，預(yù)浸樹脂纖維軟管從檢查井上方翻轉(zhuǎn)置入排水管道內(nèi)，在足夠的靜水頭壓力作用下，軟管充分翻轉(zhuǎn)至設(shè)計的下一個檢查井或間斷點。翻轉(zhuǎn)工作的起始點應(yīng)有足夠的高度，以確保軟管可從起點直達終點。為使軟管與被修復(fù)（防腐）管內(nèi)壁貼合，防止產(chǎn)生皺褶，應(yīng)特別保護纖維軟管，其壓力不得超過材料的破壞應(yīng)力。為降低軟管翻轉(zhuǎn)置入時的摩擦力，可加入適量潤滑劑。加入的方法有兩種：一種是直接將潤滑劑施涂在軟管上；另一種是將潤滑劑倒入翻轉(zhuǎn)用水中，潤滑劑應(yīng)是石油提煉物，不損壞纖維軟管、鍋爐、水泵等。

1.4.4 加熱固化

待內(nèi)襯軟管到達檢查井末端后并露出約0.5 m的長度時或預(yù)定位置時，將其末端固定，對管道內(nèi)部利用循環(huán)熱水、蒸汽、噴淋或紫外光等方法加熱，使樹脂在管道內(nèi)部固化，隨之在原有破損或待加固管道內(nèi)部形成新的高強度內(nèi)襯管，常用循環(huán)熱水固化。加熱固化分兩階段進行：第一階段加熱溫度控制在70℃左右，固化發(fā)生在溫度開始升高時，當(dāng)軟管的表面開始固化，初步固化即結(jié)束。第二階段加熱溫度控制在80℃左右，初步固化結(jié)束后，溫度升高至樹脂的后固化溫度80℃左右，供熱設(shè)施應(yīng)持續(xù)工作10 h左右，以確保整個軟管的固化。兩階段的加熱時間控制在2 h～3 h，每階段的加熱時間按管徑、材料厚度、工作段長度、地下水溫度、氣溫、使用的蒸汽鍋爐功率，以及空氣壓縮機的流動速率而定。

1.4.5 冷卻

在環(huán)氧樹脂固化后、靜水頭壓力或空氣壓力釋放前，停止加熱改用冷水降溫，直到內(nèi)襯管內(nèi)的溫度冷卻至38℃以下。冷卻過程通過冷水置換原用于固化的循環(huán)熱水來實現(xiàn)。內(nèi)襯管要逐漸降溫，以免使內(nèi)襯管發(fā)生裂縫。同時在壓力釋放過程中，應(yīng)特別小心，以免擴大管的真空度，破壞剛修復(fù)的管道。

1.4.6 管道末端處理

內(nèi)襯軟管固化后，利用特殊機械切除管端多余內(nèi)襯材料，管口端部采用專業(yè)密封膠和不銹鋼壓環(huán)加強處理，保證管口端部不滲水。

1.5 工程驗收

1.5.1 外觀檢測

（1）外觀檢測。施工結(jié)束后，用CCTV檢測設(shè)備對內(nèi)襯管道進行外觀檢測。對φ800 mm以上的管道，也可拍照片或者人員入管檢測。

（2）內(nèi)襯管表面。已修復(fù)的內(nèi)襯新管內(nèi)壁表面連續(xù)、無剝落、無裂紋、無凹凸、無鼓脹、無未固化現(xiàn)象，不得有嚴(yán)重的褶皺與縱向棱紋。

1.5.2 厚度檢測

（1）檢測位置。固化后內(nèi)襯管道的厚度檢測位置應(yīng)盡量避免在固化管道的接縫處，檢測點為內(nèi)襯新管圓周均等四點（45°、135°、225°和 315°），取其平均值進行判斷。

（2）允許誤差。內(nèi)襯新管的設(shè)計厚度為t≤9mm時，厚度誤差允許在0%～+20%；設(shè)計厚度為t≥9mm時，厚度誤差允許在0%～+25%。

1.5.3 試件制作

（1）采樣數(shù)量。采樣數(shù)量以每一個工程取一組試塊，每組3～5塊。單位工程量小于200 m時，根據(jù)委托方的要求進行。

（2）采樣位置。試塊一般在施工現(xiàn)場直接從內(nèi)襯新管的端部截取。受現(xiàn)場條件限制無法截取時，可以采用和施工條件同等的環(huán)境下制作的試塊。

（3）試件尺寸。試件應(yīng)有足夠大，滿足測試需要。

1.5.4 性能檢測

（1）檢測方法。根據(jù)GB/T2567，委托具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的第三方進行檢測。

（2）強度要求。管道內(nèi)襯材料物理性能檢測結(jié)果需要符合表2要求。

表2 管道內(nèi)襯材料強度檢測要求一覽表

1.5.5 閉水試驗

除業(yè)主特別要求，否則一般不進行閉水試驗。

1.5.6 資料驗收

翻轉(zhuǎn)法CIPP完工后，應(yīng)提交完整的全套技術(shù)資料，包括軟管材料和樹脂材料的質(zhì)量保證書、內(nèi)襯軟管壁厚計算書、內(nèi)襯施工前后的管內(nèi)CCTV檢測錄相資料、固化管材檢測數(shù)據(jù)及施工作業(yè)照片集等，用于存檔備查。

2 常見質(zhì)量問題分析

翻轉(zhuǎn)法CIPP施工常見的質(zhì)量問題包括：氣泡、起皺、隆起、開裂、軟弱帶等?，F(xiàn)分析其種種原因。

2.1 起泡

在施工過程中，固化溫度過高或防滲膜與化學(xué)纖維粘連不牢，可能出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象，從而影響施工質(zhì)量，降低管道使用壽命。

2.2 起皺

在翻轉(zhuǎn)法CIPP工程中可能出現(xiàn)軸向和環(huán)向兩類起皺現(xiàn)象。軸向皺褶產(chǎn)生原因主要是老管內(nèi)徑測量不準(zhǔn)確，內(nèi)襯管直徑偏大引起；環(huán)向皺褶產(chǎn)生的原因主要是翻轉(zhuǎn)壓力不夠、舊管道存在嚴(yán)重接口錯位所致。

2.3 隆起

管道內(nèi)垃圾清除不干凈或老管道接口錯位，都可能引起內(nèi)襯管隆起。

2.4 開裂

開裂的主要原因是內(nèi)襯管固化后冷卻過快引起強烈收縮所致。

2.5 軟弱帶

在施工中，如未嚴(yán)格按工藝要求實施，例如，加熱溫度不夠、固化時間不足等，可能導(dǎo)致內(nèi)襯固化不徹底而出現(xiàn)軟弱帶。局部軟弱帶可切除后局部修復(fù)，嚴(yán)重的應(yīng)重新返工。

為避免發(fā)生上述質(zhì)量問題，在施工過程中應(yīng)針對可能出現(xiàn)的質(zhì)量隱患，及早采取預(yù)防措施，嚴(yán)格按施工工藝和材料性能參數(shù)的要求組織施工，確保施工質(zhì)量。

3 案例

3.1 工程背景

上海市北翟路外環(huán)西河橋工程2013年啟動，該工程施工范圍內(nèi)有DN1500污水管道一根，涉及管段為W30-W31段。該段污水管屬于鋼筋混凝土頂管，長度180 m，已建成使用十余年。周邊北翟路高架橋、地鐵二號線等市政設(shè)施均晚于該污水管建成。北翟路外環(huán)西河橋工程對北翟路DN1500污水管的影響主要有以下幾點：

（1）施工影響：外環(huán)西河橋的跨徑和平面位置已經(jīng)確定，樁基位置與污水管相沖突。但由于地鐵2號線制約，以及地下管線眾多，施工區(qū)域附近道路交通繁忙等諸多原因，改排污水管道困難重重，規(guī)劃部門出具意見是不具備管道搬遷的可能性，只能采取橋梁墩臺騎跨污水管方案即污水管保護方案，而原管位部分處于擬建設(shè)的橋梁沉臺之下，最近距離僅1.2 m，施工過程中將對污水管的安全運行造成較大的影響。

（2）荷載增加：橋梁建成之后的部分道路設(shè)計地面高度將比現(xiàn)狀道路抬升約80 cm左右，地表荷載有一定的增加。

（3）地面震動：橋梁引橋部分與橋梁本體之間存在的不均勻沉降而導(dǎo)致的車輛行駛中的震動，也將對污水管造成一定的損傷。

（4）后續(xù)維護困難：外環(huán)西河橋工程建成后，由于污水管道位于墩臺和機動車道路下，后續(xù)管道維護工作將因無工作空間無法正常開展。

綜合上述因素，排水公司提出在外環(huán)西河橋工程建設(shè)前，對該段管道開展預(yù)防性加固保護工程，加強該段管道的整體性強度，提高管道的抗沉降能力。

3.2 工程參數(shù)

采用翻轉(zhuǎn)法CIPP工藝（見圖2），設(shè)計最大臨排污水流量1.1 m3/s，利用“1.2內(nèi)襯壁厚設(shè)計”方法（二）計算的內(nèi)襯壁厚為21mm，預(yù)防性加固180m的DN1500污水干管，工期20 d，于2014年6月完成，管道加固后的水力復(fù)合結(jié)果顯示管道流速增加13.4%，過流能力增加4.3%。工程完工后監(jiān)理單位分別對管道兩端取樣，每段分別采樣1組，每組5塊樣品，共10塊，送上海同濟建設(shè)工程質(zhì)量檢測站檢測彎曲強度、彎曲彈性模量和第一裂縫時彎曲應(yīng)力，檢測結(jié)果分別為：69.2 MPa、3.71 GPa和69.2 MPa，符合要求。管道預(yù)防性加固后可確保管道正常使用30 a以上。

圖2 北翟路翻轉(zhuǎn)法CIPP工藝圖

3.3 工程創(chuàng)新

工程一次性修復(fù)180 m的DN1500污水干管，長度和口徑在翻轉(zhuǎn)法CIPP工程上屬于超長超大，創(chuàng)下了目前國內(nèi)相同管徑排水管道修復(fù)加固工程的最長紀(jì)錄。

由于施工期間氣溫較高，且翻轉(zhuǎn)材料對溫度條件要求高，為了確保材料質(zhì)量，采取了如下創(chuàng)新措施：

（1）在材料制作環(huán)節(jié)中，針對現(xiàn)場的運輸距離、時間、溫度等各方面因素改進了固化劑的配比，使固化時間能與施工現(xiàn)場的實際情況相互配合，并依據(jù)天氣預(yù)報選擇氣溫最低的時間段進行施工。

（2）在運輸過程中，為保證材料不起化學(xué)反應(yīng)，首先對管材制作廠到施工工地現(xiàn)場的路線進行了仔細選擇并進行了試驗，得出了運輸?shù)木唧w時間；其次在運輸過程中在材料中加入大量冰塊，保證溫度不會上升，確保了材料質(zhì)量。

4 結(jié)語

城市化進程的加劇、排水管道巡檢、養(yǎng)護和使用壽命的限制，導(dǎo)致排水管道各類損壞現(xiàn)象頻發(fā)，亟待修復(fù)。排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的開挖修復(fù)相比，具有較明顯的優(yōu)勢，國內(nèi)已逐步采用。隨著國家陸續(xù)出臺了《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》、《關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》、《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》和《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》等政策性文件，對排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來了契機。本文結(jié)合國內(nèi)目前創(chuàng)紀(jì)錄的上海北翟路DN1500污水管預(yù)防性加固案例，總結(jié)的排水管道翻轉(zhuǎn)法CIPP的技術(shù)原理、內(nèi)襯壁厚設(shè)計、施工流程、驗收標(biāo)準(zhǔn)、常見質(zhì)量問題分析，將對國內(nèi)城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用發(fā)揮一定的參考和指導(dǎo)作用。

[1]唐建國,朱保羅.排水管道非開挖修理技術(shù)的分類和選擇[J].給水排水,2005,31(6)：83-90.

[2]程江,潘煒,丁敏.上海中心城區(qū)市政排水系統(tǒng)雨水排水的管理與實踐[J].中國給水排水,2012,28(20)：9-13.

[3]QB/GLX002—2011,翻轉(zhuǎn)式原位固化法排水管道內(nèi)襯修復(fù)工藝的技術(shù)規(guī)范[S].

[4]上海市水務(wù)局.《上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)實施指南》（試行）[R].上海：2013.

[5]CJJ/T 210-2014,城鎮(zhèn)排水管道非開挖更新工程技術(shù)規(guī)程[S].

[6]上海市排水管理處.上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)工程預(yù)算定額（試行）[R].上海：2014.

[7]張維文.CIPP翻轉(zhuǎn)法在川沙路下水管道修復(fù)中的應(yīng)用技術(shù)探討[J].城市道橋與防洪,2014,（3）：91-94.

[8]GB 50014-2006,室外排水設(shè)計規(guī)范（2014版）[S].