程 江，鲍月全，吕永鹏，尹冠霖，谢 胜，莫祖澜

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092；2.上海城市排水系统工程技术研究中心，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世纪90年代起，我国开展了排水管道非开挖技术研究。1995年前只有钢套环、接口嵌补两种局部修复方法。近年来，随着国外技术引进和国内研究深入，采用非开挖技术进行排水管道预防性修复的比例逐年提高，目前已有近10种方法得到应用[1～3](见表1)，逐步缩小了与发达国家的差距。英国水研究中心(WRC)编制的《污水管道修复指南》(Sewerage Rehabilitation Manual)和美国材料与试验协会颁布的《采用翻转内衬技术修复管道和沟渠的标准方法》(ASTM F 1216-05)已成为国外排水管道修复的主要技术法则[1,2]，企业标准《翻转式原位固化法排水管道内衬修复工艺的技术规范》(QB/GLX002—2011)[3]、上海市水务局下发的《上海市城镇排水管道非开挖修复技术实施指南》（2013）[4]、行业标准《城镇排水管道非开挖更新工程技术规程》（CJJ/T 210-2014）[5]和上海市排水管理处发布的《上海市城镇排水管道非开挖修复工程预算定额（试行）》（2014年）[6]则是国内排水管道非开挖修复的主要技术参考。与传统开挖修复相比，非开挖修复技术具有在充分利用原有管道的基础上，避免因开挖管道对交通和周边居民、商业造成不利影响的显著特点，已在国外发展迅速，并被广泛采用。尽管采用某些非开挖技术修复管道的费用高于开挖修复，但这种费用的计算仅是就工程本身而言的，如果考虑社会的间接成本，非开挖修复的总成本则低于开挖修复。翻转法CIPP修复排水管道是国内外近年来应用较为广泛的一种非开挖修复方法。本文在总结其技术原理、内衬壁厚设计、施工流程、验收标准、常见质量问题分析的基础上，介绍了国内加固管径最大的上海北翟路DN1500污水管预防性加固案例，以期对国内城市排水管道非开挖修复技术的应用起到一定的参考和指导作用。

表1 国内已采用的排水管道非开挖修复方法一览表

1 翻转法CIPP工艺

1.1 技术原理

Cured in place pipe（CIPP）原位固化修复，是由英国1971年研制成功的一种排水管道非开挖修复方法。翻转法是其中一种施工技术，俗称袜筒法。翻转法CIPP首先需在加工厂或在现场按修复、加固管道的尺寸对内衬软管进行预制，内衬软管由化学纤维和高强度塑膜复合而成，然后对软管进行抽真空，并向软管中灌入环氧树脂和固化剂；其次，在需修复、加固管道所处检查井，将浸满热固性树脂的未成型树脂软管利用水压或气压翻转至已清理干净的待修复管道内，并使其紧贴于管道内部，然后利用树脂加热或遇光固化的原理，对管道内部利用循环热水、蒸汽、喷淋或紫外光等方法加热，使树脂在管道内部固化，随之在原有破损或待加固管道内部形成新的高强度内衬管，即“管中管”。其工艺原理如图1所示[4,7]。翻转法CIPP工艺适用范围广，可在100 mm～3000 mm的管径内安装使用，适用于任何管材的管道非开挖修复或加固，一次性可修复管道的最大长度为500 m，并可通过90°的弯头，修复后的设计管道使用年限要求 30 a～60 a。

图1 翻转法CIPP工艺原理图

1.2 内衬软管壁厚设计

CIPP内衬软管壁厚的设计有两种方法：第一种是经验法，根据管道的埋设情况、使用年限及检测结果，综合考虑采用原管道内径的1.5%并取整，例如Φ600、Φ1 000和Φ1 500的内衬软管壁厚分别取9 mm、15 mm和23 mm；第二种是公式法，主要应根据埋设管道的管径、埋深、残余强度、土质、地下水位、道路情况和施工条件等因素计算内衬软管壁厚，主要借鉴国外比较成熟的计算方法，美国材料和试验协会（ASTM）标准所的计算公式考虑因素较为全面，适用范围更为广泛和切合实际，公式如下[7]：

式中：t——内衬塑料管厚度，mm；

D——旧管内径，mm；

N——圆周支持率（采用环氧树脂时为7.0）；

C——旧管变形比，当没有变形时为1.0；

EL——长期抗弯曲弹性模量，MPa；

P——外水压力，MPa，如果有真空压力时需要一起考虑并进行计算；

Fs——安全系数（有注浆衬垫时为1.5，没有时为2.0）；

ν——泊松比，0.3。

1.3 修复后管道水力复合

修复后的重力流管道断面流速计算参照《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）（2014版）[8]：

式中：V——流速，m/s；

I——水力坡降；

R——水力半径，m；

n——粗糙系数。

修复后与修复前的管道流速比值按照下式计算：

式中：C——管道修复前后流速比；

ne——原有管道的粗糙系数；

nl——内衬管的粗糙系数；

Re——原有管道的水力半径，m；

Rl——内衬管管道的水力半径，m。

修复后与修复前的管道过流能力比值参照《上海市城镇排水管道非开挖修复技术实施指南》（试行）公式计算[4]：

式中：B——管道修复前后过流能力比；

De——原有管道的平均内径，mm；

Dl——内衬管管道的平均内径，mm。

1.4 施工流程

1.4.1 工程前期准备

（1）资料收集。翻转法CIPP施工前，需收集待修复管道和检查井的竣工跟踪测量测资料、上下游管道或泵站的运行水位和流量、降雨资料和道路交通流量等基础资料。

（2）现场踏勘。根据收集的基础资料，现场踏勘核实资料准确性，如有必要可进行现场测绘。

（3）安全确认。在进入待修复管道的检查井前，对管道内的有毒有害气体、可燃气体、氧气含量进行实时监测，并进行通风排气、检查和评估，确保井内工作环境安全。

（4）临时封堵和排水。根据施工需求，将上下游管道临时封堵，设置旁通管或其他排水设施进行临时排水。

（5）管道清洗。对待修复管道内的污泥、垃圾进行冲洗清淤，以管道内壁无尘、无颗粒、无油垢、无尖锐突出物为合格。

（6）管道检查。利用CCTV对管道清洗结果进行核查，并对需要变直径、转折的管道内部作全面检测，核实管内损坏及设计情况，适时调整排水管道非开发修复设计方案。

（7）管道局部修复。如管道内存在局部破裂、坍塌等结构性缺陷，需进行局部修复后再进行翻转法CIPP施工。

1.4.2 内衬软管加工、运输

（1）软管尺寸设计。根据软管材料横向伸长率和被修复管内径尺寸共同确定软管外径，根据“1.2内衬软管壁厚设计”计算软管壁厚。

（2）软管加工。软管的设计制作长度必须同时满足修复管段两检查井的中心距离、井深、两端部所需长度及施工静水压力所需高度，目前一次性施工最大长度超过200 m。软管必须具有与热固性树脂有良好的相溶性，同时需具有良好的耐久性、耐腐蚀、抗拉伸、抗裂性。

（3）预浸树脂。软管在小于等于18℃真空条件下预浸树脂，树脂体积应足够填充纤维软管名义厚度和按直径计算的全部空间。鉴于树脂的聚合作用及渗入待修复管道缝隙和连接部位的可能性，还需增加5%～15%的余量。预浸树脂后利用碾压设备进行定型碾压，需确保碾压后的软管材料厚度均匀、无褶皱。

（4）软管运输。预浸树脂后的软管在运输和置入待修复管道作业中面临的最大风险是树脂的提前硬化，软管应在小于等于25℃条件下运输，并且避免长时间受到直射及反射日光的照射，以防提前固化，尤其是在夏季高温季节，应采取必要的降温措施。

1.4.3 翻转置入

在检查井上部制作工作平台，内衬软管的一端固定于平台上方的翻转固定环上，将充满树脂的内衬软管一端通过翻转平台及悬吊于平台下方的翻转固定环翻转进入管道内。内衬软管在水压或气压的作用下，逐渐进入管道内，并从里面向外翻，使原先处于外表面的涂层将成为内表面，涂满树脂的织物支撑结构则与原管道内壁相贴。常用静水头压力法，预浸树脂纤维软管从检查井上方翻转置入排水管道内，在足够的静水头压力作用下，软管充分翻转至设计的下一个检查井或间断点。翻转工作的起始点应有足够的高度，以确保软管可从起点直达终点。为使软管与被修复（防腐）管内壁贴合，防止产生皱褶，应特别保护纤维软管，其压力不得超过材料的破坏应力。为降低软管翻转置入时的摩擦力，可加入适量润滑剂。加入的方法有两种：一种是直接将润滑剂施涂在软管上；另一种是将润滑剂倒入翻转用水中，润滑剂应是石油提炼物，不损坏纤维软管、锅炉、水泵等。

1.4.4 加热固化

待内衬软管到达检查井末端后并露出约0.5 m的长度时或预定位置时，将其末端固定，对管道内部利用循环热水、蒸汽、喷淋或紫外光等方法加热，使树脂在管道内部固化，随之在原有破损或待加固管道内部形成新的高强度内衬管，常用循环热水固化。加热固化分两阶段进行：第一阶段加热温度控制在70℃左右，固化发生在温度开始升高时，当软管的表面开始固化，初步固化即结束。第二阶段加热温度控制在80℃左右，初步固化结束后，温度升高至树脂的后固化温度80℃左右，供热设施应持续工作10 h左右，以确保整个软管的固化。两阶段的加热时间控制在2 h～3 h，每阶段的加热时间按管径、材料厚度、工作段长度、地下水温度、气温、使用的蒸汽锅炉功率，以及空气压缩机的流动速率而定。

1.4.5 冷却

在环氧树脂固化后、静水头压力或空气压力释放前，停止加热改用冷水降温，直到内衬管内的温度冷却至38℃以下。冷却过程通过冷水置换原用于固化的循环热水来实现。内衬管要逐渐降温，以免使内衬管发生裂缝。同时在压力释放过程中，应特别小心，以免扩大管的真空度，破坏刚修复的管道。

1.4.6 管道末端处理

内衬软管固化后，利用特殊机械切除管端多余内衬材料，管口端部采用专业密封胶和不锈钢压环加强处理，保证管口端部不渗水。

1.5 工程验收

1.5.1 外观检测

（1）外观检测。施工结束后，用CCTV检测设备对内衬管道进行外观检测。对φ800 mm以上的管道，也可拍照片或者人员入管检测。

（2）内衬管表面。已修复的内衬新管内壁表面连续、无剥落、无裂纹、无凹凸、无鼓胀、无未固化现象，不得有严重的褶皱与纵向棱纹。

1.5.2 厚度检测

（1）检测位置。固化后内衬管道的厚度检测位置应尽量避免在固化管道的接缝处，检测点为内衬新管圆周均等四点（45°、135°、225°和 315°），取其平均值进行判断。

（2）允许误差。内衬新管的设计厚度为t≤9mm时，厚度误差允许在0%～+20%；设计厚度为t≥9mm时，厚度误差允许在0%～+25%。

1.5.3 试件制作

（1）采样数量。采样数量以每一个工程取一组试块，每组3～5块。单位工程量小于200 m时，根据委托方的要求进行。

（2）采样位置。试块一般在施工现场直接从内衬新管的端部截取。受现场条件限制无法截取时，可以采用和施工条件同等的环境下制作的试块。

（3）试件尺寸。试件应有足够大，满足测试需要。

1.5.4 性能检测

（1）检测方法。根据GB/T2567，委托具有相应检测资质的第三方进行检测。

（2）强度要求。管道内衬材料物理性能检测结果需要符合表2要求。

表2 管道内衬材料强度检测要求一览表

1.5.5 闭水试验

除业主特别要求，否则一般不进行闭水试验。

1.5.6 资料验收

翻转法CIPP完工后，应提交完整的全套技术资料，包括软管材料和树脂材料的质量保证书、内衬软管壁厚计算书、内衬施工前后的管内CCTV检测录相资料、固化管材检测数据及施工作业照片集等，用于存档备查。

2 常见质量问题分析

翻转法CIPP施工常见的质量问题包括：气泡、起皱、隆起、开裂、软弱带等。现分析其种种原因。

2.1 起泡

在施工过程中，固化温度过高或防渗膜与化学纤维粘连不牢，可能出现气泡现象，从而影响施工质量，降低管道使用寿命。

2.2 起皱

在翻转法CIPP工程中可能出现轴向和环向两类起皱现象。轴向皱褶产生原因主要是老管内径测量不准确，内衬管直径偏大引起；环向皱褶产生的原因主要是翻转压力不够、旧管道存在严重接口错位所致。

2.3 隆起

管道内垃圾清除不干净或老管道接口错位，都可能引起内衬管隆起。

2.4 开裂

开裂的主要原因是内衬管固化后冷却过快引起强烈收缩所致。

2.5 软弱带

在施工中，如未严格按工艺要求实施，例如，加热温度不够、固化时间不足等，可能导致内衬固化不彻底而出现软弱带。局部软弱带可切除后局部修复，严重的应重新返工。

为避免发生上述质量问题，在施工过程中应针对可能出现的质量隐患，及早采取预防措施，严格按施工工艺和材料性能参数的要求组织施工，确保施工质量。

3 案例

3.1 工程背景

上海市北翟路外环西河桥工程2013年启动，该工程施工范围内有DN1500污水管道一根，涉及管段为W30-W31段。该段污水管属于钢筋混凝土顶管，长度180 m，已建成使用十余年。周边北翟路高架桥、地铁二号线等市政设施均晚于该污水管建成。北翟路外环西河桥工程对北翟路DN1500污水管的影响主要有以下几点：

（1）施工影响：外环西河桥的跨径和平面位置已经确定，桩基位置与污水管相冲突。但由于地铁2号线制约，以及地下管线众多，施工区域附近道路交通繁忙等诸多原因，改排污水管道困难重重，规划部门出具意见是不具备管道搬迁的可能性，只能采取桥梁墩台骑跨污水管方案即污水管保护方案，而原管位部分处于拟建设的桥梁沉台之下，最近距离仅1.2 m，施工过程中将对污水管的安全运行造成较大的影响。

（2）荷载增加：桥梁建成之后的部分道路设计地面高度将比现状道路抬升约80 cm左右，地表荷载有一定的增加。

（3）地面震动：桥梁引桥部分与桥梁本体之间存在的不均匀沉降而导致的车辆行驶中的震动，也将对污水管造成一定的损伤。

（4）后续维护困难：外环西河桥工程建成后，由于污水管道位于墩台和机动车道路下，后续管道维护工作将因无工作空间无法正常开展。

综合上述因素，排水公司提出在外环西河桥工程建设前，对该段管道开展预防性加固保护工程，加强该段管道的整体性强度，提高管道的抗沉降能力。

3.2 工程参数

采用翻转法CIPP工艺（见图2），设计最大临排污水流量1.1 m3/s，利用“1.2内衬壁厚设计”方法（二）计算的内衬壁厚为21mm，预防性加固180m的DN1500污水干管，工期20 d，于2014年6月完成，管道加固后的水力复合结果显示管道流速增加13.4%，过流能力增加4.3%。工程完工后监理单位分别对管道两端取样，每段分别采样1组，每组5块样品，共10块，送上海同济建设工程质量检测站检测弯曲强度、弯曲弹性模量和第一裂缝时弯曲应力，检测结果分别为：69.2 MPa、3.71 GPa和69.2 MPa，符合要求。管道预防性加固后可确保管道正常使用30 a以上。

图2 北翟路翻转法CIPP工艺图

3.3 工程创新

工程一次性修复180 m的DN1500污水干管，长度和口径在翻转法CIPP工程上属于超长超大，创下了目前国内相同管径排水管道修复加固工程的最长纪录。

由于施工期间气温较高，且翻转材料对温度条件要求高，为了确保材料质量，采取了如下创新措施：

（1）在材料制作环节中，针对现场的运输距离、时间、温度等各方面因素改进了固化剂的配比，使固化时间能与施工现场的实际情况相互配合，并依据天气预报选择气温最低的时间段进行施工。

（2）在运输过程中，为保证材料不起化学反应，首先对管材制作厂到施工工地现场的路线进行了仔细选择并进行了试验，得出了运输的具体时间；其次在运输过程中在材料中加入大量冰块，保证温度不会上升，确保了材料质量。

4 结语

城市化进程的加剧、排水管道巡检、养护和使用寿命的限制，导致排水管道各类损坏现象频发，亟待修复。排水管道非开挖修复技术与传统的开挖修复相比，具有较明显的优势，国内已逐步采用。随着国家陆续出台了《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》、《关于加强城市基础设施建设的意见》、《城镇排水与污水处理条例》和《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》等政策性文件，对排水管道非开挖修复技术的推广应用带来了契机。本文结合国内目前创纪录的上海北翟路DN1500污水管预防性加固案例，总结的排水管道翻转法CIPP的技术原理、内衬壁厚设计、施工流程、验收标准、常见质量问题分析，将对国内城市排水管道非开挖修复技术应用发挥一定的参考和指导作用。

[1]唐建国,朱保罗.排水管道非开挖修理技术的分类和选择[J].给水排水,2005,31(6)：83-90.

[2]程江,潘炜,丁敏.上海中心城区市政排水系统雨水排水的管理与实践[J].中国给水排水,2012,28(20)：9-13.

[3]QB/GLX002—2011,翻转式原位固化法排水管道内衬修复工艺的技术规范[S].

[4]上海市水务局.《上海市城镇排水管道非开挖修复技术实施指南》（试行）[R].上海：2013.

[5]CJJ/T 210-2014,城镇排水管道非开挖更新工程技术规程[S].

[6]上海市排水管理处.上海市城镇排水管道非开挖修复工程预算定额（试行）[R].上海：2014.

[7]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）：91-94.

[8]GB 50014-2006,室外排水设计规范（2014版）[S].