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孙跃平:混凝土排水管道破损的原理分析及其修复对策
摘要:随着国家对水环境保护的重视,排水管道的建设总量不断增加,一部分管道设施开始进入老龄化,需要进行及时的养护和修复。本文从物理学、生物化学原理的角度,介绍不为人眼所见的混凝土排水管道的破损原理,提出了预防管道破损的措施以及修复的对策。关键词:排水管道破损原理局部修复整体修复资产管理一.前言  伴随着城市交通设施——道路、桥梁以及地下轨道交通等的建设,用于保护公共水域水质和城市公共环境的排水设施,近年也有了很大的发展,排水管道的建设总量也逐年增加。目前,一部分排水管道设施开始进入老龄化,需要进行必要的养护和修复。如何及时发现发生在排水管道的破损现象,并采取有效的措施进行及时修复,是摆在我们面前的一大课题。  本文从物理学、生物化学原理的角度,阐述不为人眼所见的埋设于地下的混凝土排水管道的破损原理,提出预防管道破损的措施以及修复的对策。二.钢筋混凝土排水管道破损的原理分析  钢筋混凝土排水管道具有很好的耐荷载能力和耐腐蚀性能,其使用寿命也很长,在较好的使用环境下可以达到50-100年,因此在市政排水管道的施工建设中,一直作为首选被广泛使用。但是,最近的科学研究发现,伴随着人类生活习惯和饮食结构的不断改变,大都市局部地区的污水中有机物含量增加,以及污水排水方式和排水设施构造不合理的原因,产生的有害气体使得管道出现混凝土被腐蚀和中性化的现象。另外,由于管道埋设时施工质量的问题及运输车辆重型化等的原因,对钢筋混凝土排水管道造成损伤的现象增多,需要采取必要的措施来减少这种现象的发生。2.1生物化学原因对管道腐蚀的分析  生活污水中含有大量的有机物质,这些有机物在污水输送的过程中,会受到厌氧细菌的作用,出现腐化现象而发出臭味。同时,会对排水管道和污水处理设施产生腐蚀。我们在进行排水管道养护工作中,经常嗅到的类似臭鸡蛋味道的物质是硫化氢,该物质在污水流动过程中,或者经过搅拌,即会挥发到空气中去,对管道产生危害。  排水管道受腐蚀的主要原因是硫化氢,其过程可以分为如下几个阶段。  第一阶段:好氧状态下的污水通过硫酸盐还原细菌的作用,将污水以及污泥中的硫酸盐生成硫化氢并挥发到空气中,其主要分子式如下:  SO42-+C+H20→HCO3-+H2S↑  第二阶段:通过硫磺细菌的作用,硫化氢和空气的接触过程中,生成对混凝土表面有严重腐蚀作用的亚硫酸和硫酸等,其主要分子式如下:  2H2S+O2→SO32-→SO42-+H20→H2SO4  第三阶段:硫酸分子溶解于因为温差而凝结在管道顶部的水滴中,与混凝土的主要成分进行化学反应,使得混凝土管道表面形成豆腐渣一样的水石膏层等物质,其主要分子式如下:  H2SO4+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O(二水石膏)  通过上述的几个阶段,原本属于碱性的混凝土管道的表面,由于受到酸性物质的影响,混凝土从碱性被逐渐中性化。伴随着这种现象的加剧,会出现管道表面粗糙,混凝土内的石子逐渐表露,严重时会出现钢筋外露等现象,从而使管道的承载能力下降,影响到管道的正常使用。  混凝土管道表面受腐蚀的原理见图-1所示。 图-1混凝土管道表面腐蚀的原理图 2.2外界的物理原因对管道损坏的情况分析  地下管道在建设和使用的过程中,管道本体会受到各种外来的载荷而被损坏。同时,管道和管道的连接处由于施工质量,地面车辆的震动以及联结处水封橡胶圈老化变形等,也会发生问题,引起排水管道出现严重的功能性问题。  这里,就由于外界的物理原因对管道损坏的现象分二种情况进行说明,指出发生的原因以及预防的措施。  (1)管体结构受到损坏的分析  钢筋混凝土排水管道具有很好的抗载荷性能,并具有一定的弹性。但是,当受到外界载荷尤其是冲击载荷的作用,管道的变性超过其允许的范围时,管道会发生破损现象,一般会在管道的顶部,底部以及左右两侧出现裂纹。  对于出现裂纹的管道,如果埋设在地下水位较高,周围的泥土又是比较松散的流沙土的情况下,会按如下的阶段发生管道破损,引起路面的坍塌。具体的变化如图-2所示。  第一阶段:管道出现轻度裂缝,管道周围泥沙随地下水渗入管道内部。  第二阶段:由于管道两侧的泥土减少,阻止管道变形的支撑力减弱,管道裂缝加剧,地下水和泥沙的流入加剧,路面开始出现沉降。  第三阶段:伴随着管道上下左右泥土的流失,周围出现较大空洞,管道被严重损坏。此时路面会出现坍塌现象。  如上所述,对于在电视检测中发现已经出现裂缝的排水管道,需要及时地采取必要的修理措施,及时阻止地下水的渗漏,达到阻止管道体系损坏进一步恶化的目的,把问题解决在摇篮之中。  (2)管道体系受到损坏的分析  钢筋混凝土排水管道具有很好的抗载荷性能,但是,当两节管道的连接处受到外力的作用而受到损坏,或接口处的止水橡胶圈出现质量问题及老化时,整个管道系统会受到严重影响,最终会造成整个管道体系严重破损的现象。  对于出现管接口破损的管道,如果埋设在地下水位较高,周围的泥土又是比较松散的流沙土的情况下,会按如下的阶段发生管道体系的破损,引起路面的坍塌。  具体的变化如图-3所示。  第一阶段:管道接口出现轻度渗水,管道周围泥沙随地下水渗入管道内部。  第二阶段:由于管道接口处的泥土减少,阻止管道变形的支撑力减弱,出现管体位移,地下水和泥沙的流入加剧,路面开始出现沉降。  第三阶段:伴随着管体上下左右泥土的流失,周围出现较大空洞,管体位移加剧。此时路面会出现坍塌现象。  如上所述,对于在电视检测中发现接口处已经出现渗漏的排水管道,需要及时的采取必要的修理措施,以阻止地下水的渗漏,达到阻止管道体系损坏进一步恶化的目的。三.排水管道的非开挖修复方法  为了及时修复损坏的排水管道,确保污水排放以及道路的交通安全,需要采用合理有效地修复方法,对排水管道进行及时修复。根据管道的损坏情况以及管道的重要性,目前的使用年数等各种情况进行综合分析,制定出经济合理的修复方案是十分必要的。从目前所开发并已经被采用的技术来看,可以分为管道整体修复技术和点状修复二大类。从上述分析可以看到,对由于生物化学原因造成严重腐蚀的管道,可以采用整体修复,而对于管道接口处有初期破损的管道,则可以采用局部修复技术对管道及进行修复。3.1管道整体修复技术  整体修复通常是指对两座检查井之间的管道进行整体加固、修复的做法。采用整体修复可以达到防腐、防渗、增加结构强度的目的。整体修复是管道非开挖修复的主流,而应用最多的整体修复方法是在旧管道内加装一道内衬管。  按修复后管道内的内衬管和原有旧管之间的结构不同进行分类,可以分为自立管、复合管、双层构造管的三个种类。具体的分类如图-4所示。  (1)自立管:不考虑旧管的强度,内衬管自身可以承受外部的压力,具有和新管同等以上的耐负载能力和持久性能。是按开槽埋管时管道所承受的载荷来进行内衬管结构设计的管道。  (2)复合管:内衬管和旧管形成一体后共同承受外部的载荷,两者合成一体后具有和新管同等以上的耐负载能力和持久性能。这种管道需要在旧管和内衬管之间的缝隙内注浆,以达到复合的目的。  (3)双层构造管:考虑旧管可以承受外部荷载,地下水压的载荷由内衬管承担。旧管和内衬管以双层构造的方式共同承受外部的载荷,具有和新管同等以上的耐负载能力和持久性能,这样的内衬管比较薄,具有很好的经济性和施工性。  参考国外管道非开挖修复的统计资料得到,目前使用最为广泛的是翻转法内衬技术和UV紫外光固化内衬修复技术,又称原位固化CIPP(CuredInPlacePipe)内衬技术。其主要的技术原理和特点如下说明。 图-4管道修复技术的分类图 3.1.1翻转法原位固化内衬技术  翻转法即把灌浸有热硬化性树脂的软管材料运到工地现场,利用水和空气的压力把材料翻转送至管道并使其紧贴于管道内壁,通过热水,蒸气,喷淋或紫外线加热的方法使树脂材料固化,在旧管内形成一根高强度的内衬树脂新管的方法。  由于翻转的动力是空气和水,只要材料加工上没有问题,一次施工的距离可以非常长。据资料记载,在日本北海道的工地上有过对φ600mm的污水管道一次性施工长度为500m的记录。在世界上具有代表性的翻转法技术为Insituform工法,还有一些在该工法的基础上进行改良的技术,如德国的InPipe工法,日本的Turnyoung工法,ICPBreathe工法等,这些工法在材料强度,施工技术等方面各有特色,活跃在管道非开挖修复施工最前线。翻转法原位固化法内衬技术的示意如图-5所示。图-5CIPP翻转内衬法的示意图   翻转法技术在大中小口径(φ250mm~φ1800mm)管道的修复上得到广泛的应用,其特点如下:  (1)施工时间短:內衬材料在工厂加工后运至工地,现场的施工从准备,翻转,加热,固化一般只需约8个小时,可以十分方便地解决施工时的临时排水问题。  (2)设备占地面积小:CIPP施工法只需小型的锅炉和热水循环泵等设备,施工时占用道路面积小(在检查井边的位置,宽约2.5m,长约15m),噪音低,对道路交通造成的影响不大。  (3)内衬管耐久实用:内衬材具有耐腐蚀,耐磨损的优点,材料强度大,耐久性根据设计要求最大可达50年,对管的地下水渗入问题彻底解决,一劳永逸。管的断面积损失小,表面光滑,水流摩擦下降(摩擦系数由0.013降为0.010),提高了管道的流量能力。  (4)保护环境,节省资源:不开挖路面,不产生垃圾,不堵塞交通,使管道修复施工的形象大为改观。总体的社会效益和经济效益较好。  由于该技术具有良好的施工性和较高的社会和经济效益,在发达国家被广泛采用,据不完全统计,每年世界上有1000公里以上的各类管道,采用翻转法原位固化内衬技术进行修复。 图-6CIPP翻转法内衬法修复前后示意图 3.1.2紫外光原位固化内衬技术  CIPP紫外光固化法非开挖修复工艺来源于德国,目前在世界各地得到广泛使用,作为CIPP非开挖修复技术的一种,它采用拉入的方式把浸渍光敏树脂的玻璃纤维软管置入待修的旧管道中,用气压臌胀,紫外光照射使内衬软管固化。相比翻转式热水固化,省去了搭架、翻转、用水等环节,实现环保、节约、低成本的优越性,此工艺在欧美国家,已得到广大客户的认可和使用。紫外光原位固化法内衬技术工艺流程如下所示。    紫外光原位固化法内衬技术的示意如图-7所示。目前在德国主要的紫外线光固化技术有瑞莱技术(RelineAlphaLiner),萨泰克斯技术(SAERTEXLiner)和英普雷格技术(IMPREGLiner)等,这些工法在材料强度,施工技术等方面各有特色,活跃在管道非开挖修复施工最前线。德国主要CIPP原位固化法内衬技术质量检测结果表如表-1所示。 图-7紫外光原位固化法内衬技术示意图 表-1德国原位固化法质量检测表   虽然紫外光固化技术在欧美发达国家已经非常成熟,但在国内排水管道修复中的应用还刚起步,相关的工程设计、施工规范和工程质量验收标准等其它环节也比较欠缺。需要专业人员进一步研究并完善适应国内管道修复的标准和规范,使本技术的应用更加规范化、标准化、科学化。  其次,对于紫外光固化这项技术来说,现场操作人员的技术水平直接影响管道的施工质量。他们的技术水平高低,对施工设备的有效运行、施工流程的有序进行,施工工艺的准确执行都将产生直接关系到内衬管道的质量。由于目前国内技术工人的水平良莠不齐,特别是对新技术新工艺的掌握不够透彻,需要相关部门开展紫外光固化施工技术培训,使之能够熟练掌握光固化施工技术,保证内衬修复施工质量,使光固化修复技术能够快速推广。  紫外光原位固化法内衬技术修复前后的示意如图-8所示。 图-8CIPP紫外光固化法修复示意图 3.2管道局部修复技术  局部修复也称为点状修复,通常指只对管道接口等损坏点进行防渗堵漏修理的一种做法。如果两座检查井之间的管道只有少量接口损坏并且管材结构完好,对这类管道采用点状修理显然有其合理性。点状修理的特点是针对性强,哪里坏就修哪里,这样就可以降低修理费用。  局部修复的缺点是无法提高管道的整体结构强度。有些方法(如嵌补注浆法)的质量稳定性较差,施工操作费工费时。有些方法(指套环法
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孙跃平:污水生物处理系统运行数据统计分析的研究
摘要:本文结合污水处理厂的运行管理数据,采用数理统计理论中的方差分析法,进行单元素和双元素影响效果的分析,把握控制因素MLSS浓度和MLDO浓度对观测因素处理水COD浓度的影响程度。分析不同污水处理厂各自的运行特征,找出影响处理效果的关键因素,为选择最佳运行条件提供可靠的依据。关键词:方差分析污水处理观测因素控制因素最佳运行效果一、引言  以改善居住环境、排除内涝和保护公共水体的水质为目标的城市排水系统,是重要的城市基础设施之一,近年伴随着海绵城市建设和城市水环境整治工作的不断深入,对污水处理厂处理效果的管理得到了更多的关注。以生物处理系统为主体的城市污水厂的处理水水质受天气,季节,原水水质以及曝气量等多种因素的影响。本论文对国内采用生物处理系统的Q污水处理厂的运行管理数据,采用数理统计理论中的方差分析法对最佳运行条件进行分析研究,为改善生物处理系统的处理水水质提供依据。以下,将就该污水处理厂的运行状况进行分析,并利用方差分析法就生物处理系统中的控制因素(MLSS浓度和MLDO浓度)对处理结果即观测因素处理水COD浓度所产生的影响进行分析。最后,与日本横滨市T污水处理厂的运行情况进行比较,指出互相之间的共同点和不同点,并提出运行管理中的改善对策。二、污水厂生物处理系统的运行状况  本次用于分析的Q污水处理厂建设于二十世纪80年代初,处理规模不大,设计日处理能力为5万m³/日,设计流入污水BOD为200mg/L,流入污水SS为240mg/L,一沉池和二沉池为直径25米的圆形放射流式沉淀池,是采用阶段式曝气的活性污泥生物处理系统。在污水厂的运行管理中,每天对反映运行情况的15个指标进行记录,作为月报进行归纳整理。这些指标分别为:1)处理水量(m³/日),2)流入污水BOD(mg/L),3)曝气池入口BOD(mg/L),4)处理水BOD(mg/L),5)流入污水COD(mg/L),6)曝气池入口COD(mg/L),7)处理水COD(mg/L),8)曝气池入口SS(mg/L),9)曝气池入口SVI(mg/L),10)曝气池出口SVI(mg/L),11)曝气池出口PH值,12)曝气池入口MLSS(mg/L),13)曝气池出口MLSS(mg/L),14)曝气池入口MLDO(mg/L),15)曝气池出口MLDO(mg/L)。  这里,利用该污水处理厂某一年的运行管理数据进行分析,对每个数据制作出日变化曲线图。结果发现基本都是不规则的变化,不存在随季节变化的因素。上述15个指标中的1)处理水量(m³/日),5)流入污水COD(mg/L)和12)曝气池入口MLSS(mg/L)的日变化曲线如图-1至图-3所示。  同时,对处理水量采用统计分析理论中基本统计量的平均和标准偏差进行计算,求出这一年中各月的基本统计量。从表示各月平均和标准偏差的图-4中得到,处理水量的月平均值有很大的变化,且看不出有明显的季节变动。但从标准偏差值可以察知,在7月至9月的汛期中的标准偏差相对较大,处理水量还是受到了降雨的影响。另外,相对于设计处理能力,实际的处理水量为2.04万m³/日,根据调查得知该污水厂有二列污水处理设施,其中一列正处于大修期间,所以造成了水量偏少的现象。  三.方差分析法对生物处理系统的运行分析3.1观测变量和控制变量的选择  如何选择分析的特性值即观测因素与分析的目的相关联,依靠分析者的判断来决定。影响观测变量的原因在本次分析中称为因素。因素一般有控制因素,标示因素,辅助因素,模糊因素和误差因素共五类,因素的各种状态称为水平,水平又可以分为定性的和定量的。因素的效果以及所产生的影响可以从特性值的变化中进行推测。  采用活性污泥法的污水处理厂,是通过生物进行污染物分解的生物处理系统。为了确保生物的正常活动,必须正常地控制BOD-SS负荷和溶解氧浓度。在污水处理厂的实际运行管理中,BOD-SS负荷的调节是依靠MLSS浓度来实施的。根据流入有机物的浓度变化,经常调节回流的活性污泥量,以提供给微生物最适量的营养物质。同时,溶解氧以MLDO浓度来进行表示,通过鼓风设施的供氧量来进行调节。为了解该污水处理厂的运行管理状态,本次分析中的观测变量即观测因素选择表示污水厂处理结果的处理水COD浓度,而控制变量即控制因素选择反应活性污泥回流量的MLSS浓度和鼓风机送养量的MLDO浓度。  分析时使用该污水处理厂如表-1所示7月~9月的运行数据,首先应用单因素方差分析法就曝气池入口MLSS浓度对处理水COD浓度的影响进行分析。然后应用双因素方差分析法就曝气池入口MLSS浓度和MLDO浓度对处理水COD浓度的影响进行解析。  表-1Q污水处理厂7月~9月运行数据 3.2单因素方差分析法的分析  污水处理厂的处理水COD是表示处理效果的数值,这个值受流入污水COD的变动、季节的变化以及控制系统的操作等多个因素的影响。这里,以处理水COD浓度数据的平均值为中心,从低浓度到高浓度分成5个水平,分别如下。水平1:6F(ΦA,ΦE;α)。根据方差分析法的原理,当Fo>F时可得知观测因素处理水COD浓度,在控制因素MLSS浓度的不同水平之间存在着一定的差异。  为了更进一步了解各水平的数据母集团和整体数据母集团中有无存在偏差,即为了检验某一水平的数据是否同属全体母集团,对5个水平的数据采用如上(5)的计算公式进行鉴定计算,得到to值如表-3所示。根据这个计算结果,来判断不同水平的数据母集团是否属于全体数据的母集团中。确定有意水平为1%,自由度ΦE=87时,查单元素方差分析法的t表得到t(87,0.01)=2.641,如果某一水平的to≥t(ΦE;α)的情况下,表示该水平不属于整体母集团之中。从表-3可以发现,水平1中MLSS浓度的to值为2.988大于2.641,该水平中的数据在有意水平为1%时属于整体母数据的假定被推翻,水平1的MLSS浓度不属于平均的控制变量数据,可以推测对观测变量有着显著的影响。经过对Q处理厂运行情况的分析,该污水处理厂的回流污泥采用螺旋泵提升后送入曝气池入口,其流量基本不能进行调节。所以,当流入污水COD浓度较低时也有相同量的回流活性污泥送入曝气池,结果得到了良好的出水水质。由此可以得到,可以通过改善回流污泥设备,管理好曝气池入口MLSS浓度的变化,来达到降低处理水COD浓度,保持较好的处理水水质。  表-2单因素试验方差分析表方差来源平方和S自由度Φ分散V分散比Fo水平间A 8.344×10648.344×1064.431偏差E40.962×106870.471×106 合计49.306×10691   表-3各个水平的to结果计算表水平水平1水平2水平3水平4水平5to值2.9881.7950.7951.5860.644  3.3双因素方差分析法的分析  双因素方差分析法,在研究有二个控制因素A和B的不同水平的组合(Ai,Bj)对观测因素的影响效果时使用。一般地说,观测因素Xij在分别接受二个不同因素单独影响的同时,还会受A和B两个因素组合后交互作用的影响。在本次的分析中,采用不考虑交互作用影响的双因素方差分析法。也就是说,观测因素Xij的数据为如下的结构。  Xij =μ+ai+bj+eij  其中,μ为一般平均值,ai为A因素的效果,bj为B因素的效果,  eij为偏差。  有关分析的顺序,与单因素方差分析法基本相同,在分散分析的结果中由于有二个因素产生的效果,不同水平间变动SA,SB,自由度ΦA,ΦB以及分散VA,VB在方差分析表中归纳好即可。接下来就MLSS浓度和MLDO浓度分别对处理水COD浓度的影响效果进行比较。
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紫外光固化技术在过河倒虹压力污水管修复中的应用
杨后军孙大为孙跃平(上海管丽建设工程有限公司,上海闵行201108)  摘要:紫外光固化技术应用在国内排水管道修复中已经比较广泛,但是在过河倒虹压力管的修复施工方面的应用比较少。本文对上海市随塘河倒虹污水压力总管修复工程的实际案例进行了详细介绍,阐述了施工过程中的要点、主要技术参数和验收方法,对CIPP紫外光固化技术在过河压力倒虹管修复中的应用具有重要意义。  关键词:倒虹压力管;紫外光固化;非开挖;管道修复;质量验收前言  随着科技的发展和国家对水环境保护投资的增加,用于管道修复的技术也在不断地开发和引进。例如CIPP翻转法热水固化技术在管道修复中应用已经十分普遍。近几年,CIPP紫外光固化技术、3S模块拼装内衬技术及喷涂修复技术等也开始实际应用。本文将以随塘河污水总管抢修工程为例,详细介绍CIPP紫外光固化技术在过河倒虹压力管修复中的应用。  1、工程概况  奉贤区随塘河河道管理部门在日常巡查时,发现海农路人民塘东路附近河面上有黑色水泡冒出,造成河水黑臭污染。经查,冒泡点水面下方河底埋设有双排DN1000压力倒虹管,钢筋混凝土管材,因管道破裂与接口脱节导致管内污水外溢冒泡,进而引起河水水质黑臭污染,需要对该倒虹管道进行紧急修复。倒虹管示意图,如图-1所示。   图-1倒虹管示意图  2、修复方法的比较和选定  该双排倒虹压力管道的埋设深度约为8.0米,管道长度46.5米,管道横跨随塘河,管道东侧10米为农工商路,北侧为人民塘东路,周边竖有200KV高压电线杆。如果实施大开挖修复,全面更换新管,需要河道上下游围堰断流,且开挖深基坑施工会对海农路及随塘河东路路基产生影响,工程量大且施工工期长,尤其是开挖带来的河提和道路的破坏、环境的污染、交通的堵塞、地下管线的保护与搬迁以及由此带来的重复投资都是百姓及社会各方面难以接受的。另外,由于本次的待修复管道是污水主干线,每天有25000~28000立方的污水需要排放,上游泵站的最大连续停泵时间约8小时,大开挖施工工期较长,因此临时排水设施运行长,将产生高昂费用。  为了减少路面开挖和最大程度减少对交通与社会的影响,增强管道的抗荷载性能,修复该管道的使用功能,同时综合社会、经济成本进行比较,决定采用施工时间短、效率高的非开挖修复技术。基于以上工况,通过对CIPP热水固化技术,CIPP紫外光固化技术及3S模块拼装技术的综合比较(见表-1),最终确定采用施工速度快、材料强度高的CIPP紫外光固化技术实施修复。表-1修复方法分析比较表施工方法CIPP紫外光固化技术CIPP热水固化技术3S模块拼装技术施工方式材料拉入,紫外光固化材料翻转置入,热水循环固化3S模块井口吊入,人工进管拼装适用管径DN150mm-DN1800mmDN150mm-DN2000mmDN800mm-DN5000mm材料厚度修复前DN1000mm,修复后DN989mm,厚度11.0mm修复前DN1000mm,修复后DN983.5mm,厚度16.5mm修复前DN1000mm,修复后DN915mm注浆情况管道无需注浆,管口注浆密封管道无需注浆,管口注浆密封老管新管缝隙内需注浆交通影响占一条车道,交通影响小占一条车道,交通影响小占一条车道,无大型机械,交通影响最小停水时间单次最少连续停水15小时单次最少连续停水30小时最少连续停水8小时临排情况需要架设临排需要架设临排分段施工,无需临排施工工期不考虑临排架设约2天不考虑临排架设约6天约12天社会经济效益施工时停水时间短,施工效率高。综合成本较低,整体社会经济效益高 可随时暂停施工,停水时间灵活,可带少量水作业,无需临排,但施工周期长,材料完全进口,费用较高,整体社会经济效益一般  3、紫外线光固化修复技术  3.1紫外线光固化修复技术原理  CIPP紫外线光固化管道修复技术起源于德国,该技术在欧美等发达国家已得到广泛应用。它是将浸有光敏树脂的玻纤树脂软管拉入原管道,经紫外光照射固化形成内衬新管的技术。该技术采用气压膨胀,不受现场水源限制,节约水资源;采用紫外光固化,不使用锅炉,大幅节约能源,无废气排放,保护环境;设备高度智能集成化,占地面积少,交通影响小;内衬管固化时间短,节约成本。  3.2内衬管厚度设计  CCTV检测发现该双排倒虹管道的主要缺陷为接口渗漏及管节环向破裂,从结构情况来判断,管道整体还具有承受河底载荷的能力,所以采用半结构管道实施修复。管道内压约7.5米,但管道不存在真空压力及水锤压力。  a.材料厚度的计算(外压计算):  根据住建部发布的《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》,采用半结构修复时,内衬管最小壁厚计算公式如下:    式中t——内衬管壁厚(mm);  Do——内衬管管道外径(mm),本工程取1000mm;  K——圆周支持率,取值宜为7.0;  EL——内衬管的长期抗弯曲弹性模量(MPa),宜取短期模量的50%,  本工程使用材料的短期弹性模量为12000MPa,长期弹性模量取6000MPa计算;  C——椭圆度折减系数,计算值为0.836;  P——内衬管管顶地下水压力(MPa),本工程内衬管管顶外水压受河道水位影响,河道最高水位约管底向上6米,因此,内衬管管顶外水压取0.048Mp;  N——安全系数,可取2.0;  μ——泊松比,原位固化法内衬管取0.3;  q——原有管道的椭圆度(%),可取2%;  当考虑外压作用时,采用上述外压计算公式,计算得出DN1000内衬管的厚度为10.654mm。  b.材料厚度的计算(内压计算):  内水压的设计采用美国水道材料协会(ASTM规格1216)所规定的设计方法进行。其设计公式如下∶    式中:t——内衬管壁厚(mm);  Do——内衬管外径(mm),本工程取1000mm;  Pn——原有管道公称压力(MPa),本工程管道需承受7.5米内压,取0.075MPa;  N0——安全系数(推荐取值为1.25);本工程取2;  σTL——内衬管的长期抗拉强度(MPa),取短期抗拉强度的50%,本工程取31MPa。  当考虑内压作用时,采用上述内压计算公式,计算得出DN1000内衬管的厚度为2.414mm。  c.材料厚度的计算结果  根据上述计算结果,材料厚度取内压或者外压计算结果的大值,得到DN1000内衬管使用年数为30年的材料厚度值为t=10.654mm。本工程所用内衬管设计厚度为11.0mm,满足设计要求。  4.现场施工及其措施  4.1施工临排措施  2号井为本次施工井,在施工井上游新增1号压力井,并设置调蓄池,将污水引入调蓄池,在调蓄池架泵将污水引入4号井。本次临时排水采用2台75千瓦强吸泵,一用一备配置,满负荷运转36000立方/天,满足排水要求。临排示意图,如图-2所示。  图-2临排示意图  4.2管道预处理  管道预处理的好坏会直接影响到管道的修复效果,因此,它是非开挖修复技术中至关重要的一个步骤。首先对管道内壁采用高压冲洗,清除底部淤泥,潜水员人工清除石块等垃圾。然后对管道进行堵漏预处理,对渗漏缝进行开槽,槽宽3公分,深5公分,采用油麻丝塞实,并预埋注浆管,采用双块水泥封堵抹平,待水泥强度达到注浆要求时,注聚氨酯堵漏,注浆压力0.3Mpa。  4.3施工前检测  对预处理后的管道进行CCTV电视检测并录像,确保内衬施工可以正常进行并保存资料。  4.4光固化内衬修复施工  1)拉入垫膜:垫膜起保护软管的作用,防止软管在拉入过程中被管壁等划伤。  2)拉入内衬软管:将滑动滚轮放置到适当位置,紧接着将软管从检查井拉至待修管内,并在软管两端安装扎头。  3)软管膨胀及紫外灯安装:将空压机与软管扎头通过气管连接,给内衬软管充气,使内衬软管膨胀。拉入紫外线灯,调试紫外灯链的运行,加压过程中应防止玻璃纤维软管内压不足出现褶皱或过度膨胀。  4)紫外光固化:设定紫外灯链的拉行速度及软管内温度的控制参数,并结合灯链端部CCTV监测情况,及时调整光固化参数,使软管处于设定的硬化条件下,管内紫外灯行走速度约为0.6米/分钟。开启紫外灯并按设定速度移动,玻璃纤维内衬管硬化后便会贴合在旧管道内壁上。  5)端部切割:固化后切除多余的内衬管,拆除扎头,取出灯链,抽出软管内膜。  4.5管端口渗漏处理  内衬管与旧管道间密封用预先设置的可吸水膨胀的止水橡胶做止水圈。采用钻孔注浆的方式对井室内旧管道与井墙的间隙渗漏进行处理,注入聚氨酯堵漏剂,利用灌注机产生的压力,将堵漏剂送到封堵部位中部并向四周扩散,堵漏剂遇水快速反应硬化后,将渗水缝隙堵住。最后用双快水泥对管口做包封处理。管口处理示意图如图-3所示,管口处理后情况如图-4所示。   图-3、4管口处理示意图、管口处理后情况  5、质量验收检测  5.1内衬管外观检测  修复施工后应对内衬管的外观进行确认,采用CCTV检测并存储影像资料。内衬新管表面应光洁、平整,无局部划伤、裂纹、磨损、孔洞、气泡、干斑、褶皱、拉伸变形和软弱带等影响管道结构、使用功能的损伤和缺陷。根据检测,本次施工管道达到了外观的质量要求。内衬施工前后管内情况,如图-5,6所示。  图-5、6内衬施工前管内情况、内衬施工后管内情况  5.2内衬管厚度检测  施工后对管壁的厚度进行测量,在管道两侧端口进行取点测量。对内衬管0度、60度、120度、180度、240度、300度这6个点进行厚度检测,其平均值应符合设计要求,且测出的最小壁厚应满足允许的最低壁厚要求。本次施工的厚度实测结果平均厚度为11.3mm,最小壁厚为11.1mm,达到了设计规定的厚度要求。  5.3固化管强度测试  根据行业标准CJJ/T210-2014的规定,需对内衬管材进行强度性能测试。样品需在现场制取,并送第三方检测单位进行相关检测。本次工程的材料强度检测委托上海同济建设工程质量检测站进行,检测结果如下表-2所示,经判定,材料强度满足设计强度要求。表-2含玻璃纤维材料的原位固化法内衬管的短期力学性能要求及测试结果检验项目技术指标检验结果单项判定测试标准弯曲强度(MPa)>45313合格GB/T1449-2005弯曲模量(MPa)>650013500合格GB/T1449-2005弯拉强度(MPa)>62147合格GB/T1040.4-2006  6、结语  采用非开挖技术进行地下管道的修复是今后管道修复的一个发展趋势。CIPP紫外光固化内衬修复技术具有非开挖、施工快速、节能环保、质量可靠等优势,在国内排水管道的修复领域中正在被逐渐应用和推广。我们需要在实践之中不断积累经验,让光固化技术更好的为市政排水管道修复施工服务,为城市发展服务。  参考文献:  [1]张勇刘杰邱鹏.软衬法(CIPP)在城市排水管道修复中的应用[J].中国给水排水,2014(4):115-117.  [2]尹季平.低聚合物含量聚苯板粘结剂配比及性能研究[D].吉林建筑工程学院,2014.  [3]白勇.高压注浆技术在车站地道渗水部位的应用[J].黑龙江科技信息,2012(10):309-309.  [4]张志川.目前国内各种非开挖修复技术对比分析[J].城市燃气,2008(12):4-10.  [5]张维文.CIPP翻转法在川沙路下水管道修复中的应用技术探讨[J].城市道桥与防洪,2014(3):9-10.  [6]王刚赵志宾.带水内衬修复技术在排水管道非开挖工程中的应用[J].中国给水排水,2014(16):145-147.  [7]喻靖.紫外光固化全内衬管道非开挖修复技术在污水旧干管改造工程中的应用[J].中国新技术新产品,2014(4):17-18.
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