用翻衬工艺实现旧管线的更新改造

深圳市自来水（集团）有限公司
韩德宏 杨印臣 姜洪涛

　　深圳市自来水（集团）有限公司现有供配水管网2000s多公里,s其中DN300以上的干管800公里。由于历史原因,1990年前埋设的金属管道大多没有采取内防腐措施,经调查，此类管道长约120KM。为保护管网水质，减少漏耗，公司决定有计划有步骤地对这些管道进行更新改造。
由于城市政的急速发展，这些敷设于80年代的管道主要位于人口稠密、商业繁荣的罗湖、上步，部分管线或在其上方骑压着建筑物，或在其周边充塞着污水、石油气、热力、电缆等其他管道和设施,更有甚者，由于交通干道拓宽，部分管段已完全被压在道路下方，使管道的更新改造相当困难。如采用传统的”大开挖”作业方式,会对周围环境和人们的日常生活产生极大的干扰,并需为恢复地表付出高昂的代价,各种辅助工作量和费用将超过工程本身，对处于其他市政管网及道路和建筑物下方的部分管段,“大开挖”简直不可能。
　　针对这种现状,我们计划对不具备开挖条件更新的管道采用免开挖技术。98年公司初次接触了解有关免开挖更新技术，于99年5月派出工程技术人员先后到北京、天津、上海等地进行了走访调查,并通过国际互联网对免开挖技术的最新进展和应用情况进行了仔细查询。2000年，又派出工程技术人员赴天津、沈阳、大连、中原油田学习、考察。结合公司的实际情况,我们原则确定采用翻衬工艺实现旧管线的更新改造，99年开展了试验阶段的工作，不久将采用此项技术更新一条DN400的管道，长约1KM。
　　本文简要介绍一下我们所收集到的资料及目前所开展的工作。

　　一. 工艺原理及特点

　　翻衬工艺的基本原理是,使用带隔水膜的浸透热固性树脂的纤维增强软管作为新管道的成型材料，将旧管道作为新管的翻转通道和成型模板。采用水压将此软管翻转并送入旧管道内,使软管的树脂面贴附在旧管道内壁,隔水膜成为新管的内壁。加热管内的水使衬管所含树脂固化,形成坚硬的刚性管道,从而取代旧管道,实现地下管道免开挖原位更新。旧管道成为新管的外保护层，新旧管道共同承压，其性能和使用寿命都较“大开挖”更换新钢管提高50%以上。同时工程费用和扰民程度都明显降低。

　　据资料介绍，与传统的“大开挖”更换工艺相比,翻衬工艺在经济和社会效益上都具有显著的优势。

　　二．施工过程

　　1． 工作坑开挖
　　根据管道埋深、口径、弯头、管件等情况，结合沿线地表、其他市政管网和设施的分布，确定工作坑的数量和具体位置。每两个工作坑之间为一个工作段，工作段内可以有三通和大于3D的弯头，但不能有变径和阀门，每个工作段长度通常不宜超过400M。
　　工作坑选址时应尽量选在阀门或三通等管件处，不要使弯头集中在同一工作段内，避开其他市政管网交汇处和人口稠密区，避开交通干道，地表开阔便于施工机具进出和展开。
　　工作坑选址确定后，就可以组织开挖和断管。
　　2． 工作段清理
　　工作段清理包含两部分工作内容，其一是去除旧管内壁上的垢层、腐蚀产物和沉积物，以保持尽可能大的过水截面，其二是平整旧管内壁上的尖锐凸出物，如焊瘤及尖角棱边等。相比而言后者更为重要，衬管固化前很软，这些凸出点会压入衬管，使该部位减薄甚至被穿透，严重影响衬管的质量和完整性。采用各种有效手段将这些部位处理平滑是必须的，对早期敷设的直缝焊管尤其如此。
　　管道清理有机械、化学和电磁等多种方法，适合本工艺的主要有机械刮削和高压水射流两种方式。通常采用机械刮削，对柔性垢层则用高压水将之从内壁上剥离后用机械刮削把污垢拖出工作段。较大的焊瘤和毛刺的去除采用砂轮机打磨，打磨下的废渣必须完全清除出工作段。
　　3． 翻衬准备
　　在入口工作坑搭建脚手架，固定翻衬导入管。导入管下端对准工作段入口，上端位于脚手架中部，脚手架顶部与软管输送平台相衔接。
　　在工作段两端焊接法兰，分别连接导向端头。
　　4． 翻衬管制备
　　翻衬管为复合软管，其材料结构如图所示。

　　制备时先将软管材料按旧管口径和工作段长度预制成筒状，隔水层向外。而后将混合好的树脂灌入其中，经碾压机具擀平。往返折叠放置在冷冻箱内，运送到施工现场。
　　5． 翻衬作业
　　衬管首端经输送平台和脚手架上端的定位辊垂直穿过导入管，在导入管出口处将首端外翻，用卡箍固定在导入管出口外壁上。经检查无误后开启注水阀门，向导入管中注水。控制流量和衬管输送速度使水位液面恒定，衬管就会匀速地经导向端头进入工作段，并沿工作段边外翻边前进。翻转使衬管饱含树脂的无纺毡面向外，朝向旧管内壁。
　　当衬管翻转到工作段的一半时，其尾端将进入导入管。此时用收尾卡箍将尾端紧紧锁死，并在卡箍上扎一条粗缆绳，用以控制衬管输送速度。最终衬管尾端自出口坑内的导向端头引回地面。
　　6． 加热固化
　　靠缆绳牵引，将接在车载锅炉上的加热管穿过工作段，其出口位于出口工作坑处，回水管则位于导入管出口。开启循环水泵，加热工作段中的水，使之达到65～75℃，在此温度下保温6～7小时，衬管中的树脂就会固化，使衬管成为刚性承压管道。
　　停止加热，待管中的水自然冷却到30～45℃左右，用泵抽出放掉。
　　7．端头处理拆除导向端头
　　沿工作段两端法兰外缘切掉多余的衬管，用快速密封胶封闭衬管和旧管内壁的结合面。．验收
　　用内窥仪器检查衬管质量并录象，在工作段两端连接测压盲板，进行承压测试。

　　三. 工艺发展概况及施工实例

　　翻衬工艺最早由英国工程师Eric Wood于1973年开发的，以拉丁文”In situs form”的缩写”Insituform”命名。以此技术为基础成立的Insituform公司经过二十多年的发展，目前已成为专业化的跨国企业集团，仅该公司迄今就已更新各类管线1万余公里，口径100mm～1200mm,最大运行压力超过1MPa。该技术已通过ISO9000国际认证，并派生出许多相关技术，如美国的Inliner和Superliner,比利时的Nordline,丹麦的Multiling,德国的AMEXR等，国际免开挖协会将此类技术统称为CIPP（即Curd-in-place Pipe）。目前该技术已在世界40多个国家和地区得到广泛的应用,尤其在日、英、法、德等工业国家应用更为普及。
　　我国最早开发该项技术是石油部门，1994年在中原油田小口径输油管线上首次应用，取得了理想的结果，之后在油田、燃汽、污水管道更新上逐步推广应用，1995年开始在供水管线上使用，天津自来水公司更新了位于马家口的穿海河给水管线，该管因腐蚀穿孔使管内充水，内壁结有30mm厚针状和蘑菇状碳酸钙垢体，口径760mm,长116m高差11m,管线上有45°和55°弯头各2个。m。

　　四．管道更新试验

　　1． 试验条件和操作过程
　　试验管段总长20.04米，口径DN400，材质为A3。为充分考察翻衬工艺在不同管况下的效果，管段由9个不同短管节组焊而成。这些管节上焊道极多（共16个，加上8个组焊口，总计24个）。（见表）

　　管节上焊道间距60～1640mm不等，且焊道错口严重，最大达10mm之多。各管节腐蚀和防护情况相差很大，投用时间有85年前的，也有尚未用过的。可以说，这些管节基本囊括了深圳自来水管道的各种工况。
　　组焊口均采用间断焊，在焊口处形成的条状通缝模拟地下管道的腐蚀孔。孔宽5mm,长100mm左右，共12个，沿圆周随机均布。另外在管道两端用气割开了两个试压天窗，分别为50X100mm的方孔和直径50mm的圆孔。管段中部有两个45°自制虾米弯头正反串接。（见图）

　　试验设备有：清管机具1套，翻转装置1套，燃油锅炉1台，试压泵及附件1套。
　　试验于1999年10月8日下午～9日下午进行，地点在公司基地露天庭院内，管段被固定在地面上。试验时气温为32℃，天气为多云间晴，偏北风3～4级，相对湿度60%～85%，8日有9914号台风的一号风球。树脂混配时下了约10分钟零星小雨，随后即放晴，直至试验结束。
　　准备工作耗时75分钟，翻转作业耗时6～7分钟，点火准备耗时20分钟，加热耗时65分钟（水温从30℃升到75℃），恒温6小时（水温65～75℃）后停止加热和循环。约16小时后（气温为24～30℃），水温自然降至44℃开始放水。端口处理耗时1小时，装上盲板和试压泵进行试压。
　　2． 试验结果
　　● 经清管机具刮削，管内表面浮锈、腐蚀瘤及残留混凝土衬层均得到较好清理，清出的杂质有最大粒径20mm的混凝土块、粒径8mm以下的焊渣及浮锈粉末，清理后内表面达到St2～St3级。
　　●衬管树脂浸渍均匀、饱满、充实，无空白区。
　　●翻转装置安装简便，燃油锅炉升温迅速，控温可靠。
　　●复合软管均匀光滑地贴在钢管内壁，直管段无任何皱折，在错口处形成圆滑过度。虾米弯头内侧皱折均匀分布在约100mm范围内，最高处约10mm，外侧无减薄或破裂。
　　● 隔水膜及其接缝严密可靠，无漏水现象。
　　● 对管段进行承压、密封性及渗水量测试。承压1.1Mpa(自来水公司对钢质管道的规定为1.1Mpa)。密封性测试，恒压30分钟压降未超过0.5Mpa(自来水公司对钢质管道的规定为10分钟),渗水量测试也完全符合自来水公司对钢质管道的规定。
　　● 取衬管样片进行浸渍水质化验，结果表明，试验所采用的无纺毡材料对个别水质指标有一定影响。
　　3． 试验结论
　　● 翻衬工艺的实质为更换，对旧管内壁的清理无须苛求，只要清理掉浮锈和大而尖锐的凸起物即可。
　　●腐蚀孔在翻衬过程中会被树脂所填塞，自然形成补强，无须事先另加处理。
　　●翻衬软管的长度剪裁要准确，太短无法完成整个管段的更新，太长则造成加热管出口距尾端太远而影响尾端加热固化。
　　● 翻衬软管的口径可等于或略小于旧管，这样在翻衬压力的作用下，软管被延展贴附在旧管内壁。而如果略大，则可能产生大量皱折，从而影响过流截面，增加输送阻力。