軟管內襯修復排水管道驗收標準初探

寧克遠 (北京海華通管道修復有限公司)

1、軟管內襯修復技術的一般原理

　　翻轉內襯修復技術在國際上是成熟的、最早建立ASTM標準的修復技術，該技術最初由一位英國工程師Eric Wood研發出來，并以拉丁文“In situs forma”的縮寫Insituform 為工藝命名，目前已發展成一支專業化的跨國集團公司，業務覆蓋全球四十多個國家和地區。隨后又有許多派生技術誕生，如美國的Inliner技術Superliner技術、比利時的 Nodiline技術、丹麥的 Multiling技術，德國的 AMEX 技術、Phoenix技術等等，國際不開挖協會將這類技術統稱CIPP技術即Cured―in―place Pipe，這些都說明了翻轉內襯修復技術的先進性和巨大生命力。
　　 翻轉內襯修復技術是具有彈性柔軟外敷防水膜的毛氈管,以熱固性樹脂浸泡潤濕后套入受損的原管中,利用水壓推進,使毛氈管向外翻轉,并使含樹脂的氈管貼住原管壁,經過加熱固化程序,在原管內形成一條堅固光滑的新管。它適用于不同材質管線(陶土、水泥、鑄鐵、鋼)、不同輸送介質(油、氣、水、化工原料)及不同幾何形狀管線的修復的需要。其內襯層的連續性徹底改變了污水管接口的存在，具有一定的優勢。
　　 上世紀九十年代初，這項技術在國內石油管道修復中首次得到應用，隨后在燃氣、供水管道上逐步推廣，近兩年來，雨污水管道修復中也陸續有應用報道。在國內,現階段的翻轉內襯修復技術在排水管道修復工程中應用時，從設計到施工都必須執行ASTM F1216標準，當然，國內的施工單位有必要建立相應的企業標準，但在指標上至少不應低于ASTM標準的規定，同時從設計到施工還存在一個如何適應中國排水管道實際情況的問題，所以參考ASTM標準建立我們自己的驗收規范已經成為當務之急。

2、ASTM F1216標準中排水管道軟管翻轉內襯的驗收規定

　　我們通過對比可以發現，現在執行的ASTM F1216標準與1996年版區別不大，都是建立在認定內襯材料已經達到基本的力學性能和防腐能力的基礎上的，如撓曲模量1724MPa、撓曲強度31MPa（如果相關的施工企業材料性能達不到這個水平，就沒有資格承攬相關工程）。壁厚設計時將舊有排水管道以“部分損壞管道”和“全部壞損管道”兩種情況加以區分。
　　所謂部分損壞管道通俗理解就是舊管結構強度尚存，修復后的舊管道能夠支撐地層土壤壓力和動荷載，相鄰的土壤提供足夠的側支撐。CIPP設計目標是阻止流體漏出和滲入，能夠支撐由于地下水造成的靜壓頭載荷，因為土壤和動荷載可由舊管道自身來承擔。承包方必須測量確定地下水位，CIPP襯層的設計厚度應足以承擔地下水的靜液壓力。下面的方程用來確定CIPP厚度

這里：P-------地下水壓力 PSi
K------強化因子 一般為7.0
E_L-----CIPP襯層的遠期彈性模量 PSi
υ----坡松比 一般為0.3
SDR---CIPP的標準尺寸
C-------圓度校正因子
q-------舊管的橢圓百分數
N-------安全系數

　　全部壞損管道通俗理解就是舊管道不具備結構完整性，不能支撐土壤壓力、靜液壓頭和動荷載，舊管道的某些區段已經缺失，或者由于流體、大氣、土壤和荷載的影響喪失了原來的形狀。修復后的襯管要能夠承擔外水壓、土壤和動荷載構成的壓力。壁厚從下式計算：

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

式中： Q_t---管道承受的全部外壓
　　R_w---水力漂浮因子
B′----彈性支撐系數
　　　　E′---- 地層應變模量
　　　　E_l---CIPP的遠期彈性模量
　　　　I----慣性矩
　　　　C----橢圓度衰減因子
　　　　N----安全系數
　　　　D----舊管道的實際內徑

國內施工企業應在測定內襯材料力學性能的基礎上根據上述計算公式給出內襯層厚度值。同樣性能要求的襯層，各企業需要的厚度是不一樣的，造成業主單位所要承擔的綜合費用也是不一樣的。

3、國內排水管道軟管內襯的驗收方法

　　在國內，軟管內襯技術應用于排水管道修復的實際工程還不太多，使用的時間也不長，基本上在近兩年才有應用報道，總量在5公里以內，包括境外如德國SAERTEX、日本湘南株式會社的少量演示工程，所以，在現階段執行ASTM標準驗收國內工程是完全正確且必要的。但蘇州市許誠先生在《中國給水排水》VOL22、No12報道的翻轉2次6毫米厚的襯層達到12毫米壁厚的工藝是極端錯誤的，因為ASTM標準規定的厚度是一次成型的，這家施工單位兩次翻轉疊加而成襯管的結果對性能的提高沒有作用，效果是增加了工程成本。
　　我們知道，ASTM標準中使用了彈性（撓曲）模量的技術指標，這項性能的檢測在國內執行起來難度比較大，至少能夠提供這種檢測服務的單位就很少，天津排水管理處在參考ASTM標準的基礎上引入了“環剛度”的概念，在國內可操作行強，是值得排水管理行業肯定的，對我們專業施工企業來說執行起來也非常方便，因為“環剛度”在排水管道設計和施工中是常用的，而且各地的檢測機構都能提供相關服務，更重要的是可以現場取樣檢驗，對保證施工質量更具說服力。
　　 這里，我們推導環剛度與彈性模量的換算關系。我們采用平行板外載法測量管材的環剛度執行國標GB/T5352，得出的初始管剛度值可以確認與S=EI/D3的數值具有等效性，其中S---環剛度 N/m ；
　　 E---材料的彈性模量 ； I---單位長度的環彎曲慣性矩 m4/m；D---管環的平均直徑 m。檢測結束給出了S---環剛度值就可以很容易地計算彈性模量了。

4、排水管理單位關心的幾個技術問題

　　在軟管內襯技術修復排水管道的推廣過程中，排水管理單位就軟管內襯技術修復排水管道可能遇到的技術問題表達了擔憂，其中頻率較高的幾個問題很具有代表性，如：
　　 排水管道一般來說敷設較深，為了保持地層結構不被擾動，能否利用現有窨井做到絕對免開挖（包括口徑大于DN700的），這對交通、環境和市民生活有益。
　　 排水管道滲漏非常嚴重，特別是那些有修復要求的管道，我們所提供的軟管內襯技術怎樣排除管內積水的影響。
　　 排水管道內壁要達到干燥要求是不現實的，我們所提供的熱固性樹脂配方能保證在水下固化或潮濕固化嗎？
　　 排水管道內壁腐蝕嚴重，有些水泥已經脫落鋼筋外露，內襯層能夠防止被鋼筋扎漏嗎？
　　 排水管道的后期養護要經常進行，要求內壁必須達到邵氏40D以上的表面硬度，我們能否作到？
　　 排水管道口徑都比較大，若采用水壓逆翻轉技術進行安裝，大量的用水和加熱的問題不容小視，處理不好可能影響施工的進行？
　　 ……
　　 這些問題的提出，都牽涉到我國排水管道自身的特點，如果我們不能妥善解決，足以否決這類技術在該行業的應用，同時我們也非常感謝他們的質詢，因為這給我們提出了技術進步的方向，只有克服了這些技術難關，才能應用于生產實踐，這才是應有的負責任的態度。

5、我公司軟管內襯工藝的技術突破

　　經過多年的研究和工程實踐，我公司已經建立了完善的軟管內襯修復技術，具有自主知識產權的浸漬樹脂配方、軟管制作方法和安裝工法，不僅能夠圓滿解決排水管理部門所關心的技術問題，而且還實現了如下技術突破：
　　 （1）完全意義上的不開挖工藝技術
　　 一般的排水管道都有窨井,口徑為φ600-700，有效地利用它來進行內修復作業意義重大。如果還要開挖作業坑會帶來一系列的問題，如造成已經脆弱的管體和豎井的破壞、地面需要恢復、交通受到影響等。
　　 本公司在采用CIPP軟管內襯修復管道時，完全利用窨井為作業孔，實現名副其實100%的不開挖。這對于貫徹市府政令不開挖修復在役管道提供了技術保障。
　　 （2）完全按照ASTM標準設計和驗收
　　 本公司具備完全按照ASTM標準設計和施工的能力。特別保證標準中未涉及但國內需要達到的內襯層表面硬度超過40D的指標。
　　 （3）先進的端口處理技術
　　 本公司的CIPP內襯層成型以后，在端口位置還要進行密封處理，采用Re-III專利技術完成，徹底摒棄了水泥密封等耐久性不良的落后手段，防止流體的環空竄通，確保CIPP內襯層與舊管的結構完整。
　　 （4）避免了水資源的浪費
　　 早期，軟管襯里貼緊在舊管道內壁采用的是水做加壓介質，對大口徑管道來說，動輒上百噸的自來水不僅造成水資源的浪費，甚至這些用水來自何處都會成為問題，而且將其加熱還會造成進一步的能源消耗。本公司改用空氣做動力源，成功地解決了這一問題。
　　 （5）提供適合的性價比。材料、技術的國產化在確保我們的工藝適用于我國排水管道現狀的同時更具價位優勢。