非開挖翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯技術(shù)在燃?xì)夤艿佬迯?fù)的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了非開挖翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用狀況，分析了此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用條件，提出了應(yīng)注意的問題及需進(jìn)一步研究的課題。關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿佬迯?fù)；翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯；非開挖Applic
摘要：介紹了非開挖翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用狀況，分析了此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用條件，提出了應(yīng)注意的問題及需進(jìn)一步研究的課題。
關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿佬迯?fù)；翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯；非開挖
Application of CIPP Trenchless Technology in Rehabilitation of Gas Pioeline
DONG Jiwei，SUN Mingye，CAO Guoquan，ZHAI B0，GONG Ming
Abstract：The foreign application status of cured-in-place-pipe(CIPP)trenchless rehabilitation technology is introduced.The characteristics and application conditions of this technology are analyzed.Problems needing attention and topics needing further research are proposed.
Key words：rehabilitation of buried gas pipeline；CIPP；trenchless
1 研究背景
    隨著埋地管道使用年限的增長(zhǎng)，由于外防腐層的破壞、陰極保護(hù)的失效以及雜散電流的影響等因素而產(chǎn)生腐蝕，引發(fā)管道失效。非開挖修復(fù)管道已成為在役管道恢復(fù)輸配能力的主要手段之一，燃?xì)夤艿婪情_挖修復(fù)技術(shù)正處于快速發(fā)展的良好時(shí)期[1～3]。由北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司主編的CJJ/T 147—2010《城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿婪情_挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》已于2011年1月1日正式實(shí)施，CJJ/T 147—2010涉及的修復(fù)技術(shù)包括插入法、折疊管內(nèi)襯法、縮徑內(nèi)襯法、裂管法、翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法(Cured-In Place Pipe，以下簡(jiǎn)稱CIPP)。本文主要對(duì)CIPP技術(shù)進(jìn)行分析。
2 CIPP技術(shù)的應(yīng)用狀況
    根據(jù)相關(guān)資料，國(guó)外輸氣管道普遍有陰極保護(hù)系統(tǒng)，大約運(yùn)行40年左右才會(huì)出現(xiàn)較大的腐蝕損害，而國(guó)內(nèi)的埋地燃?xì)夤艿酪话氵\(yùn)行不超過20年就進(jìn)入了腐蝕泄漏的事故多發(fā)期。當(dāng)在役管道由于腐蝕泄漏而影響輸送效率或造成安全隱患時(shí)，修復(fù)原有管道或更換新管是解決問題常面臨的兩種選擇。在城市中，特別是在北京、天津、上海、廣州等大型城市，全線開挖更換新管的施工操作非常困難，并且由于局部的受損而廢棄更換整條管道明顯不符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家僅不足5%的待修復(fù)管道采用換管更新手段也反映了非開挖修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，運(yùn)用非開挖修復(fù)技術(shù)來(lái)恢復(fù)管道的輸送能力、消除原管道的安全隱患受到燃?xì)庑袠I(yè)越來(lái)越多的關(guān)注。
    CIPP技術(shù)是非開挖管道修復(fù)技術(shù)中的重要組成部分，最早由英國(guó)工程師于20世紀(jì)70年代為修復(fù)排水管道開發(fā)而來(lái)。隨著技術(shù)的成熟，逐步擴(kuò)展到包括燃?xì)夤艿涝趦?nèi)的多種地下管道修復(fù)領(lǐng)域，到20世紀(jì)80年代后期，該項(xiàng)技術(shù)已遍及歐洲、美洲、東南亞等40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展尤其迅速。據(jù)了解，德國(guó)柏林燃?xì)饧瘓F(tuán)在管道修復(fù)手段上只保留CIPP技術(shù)與聚乙烯管內(nèi)插技術(shù)。據(jù)其統(tǒng)計(jì)，CIPP技術(shù)修復(fù)管道里程累計(jì)達(dá)到594km，內(nèi)插法修復(fù)管道里程為11km，CIPP所占比例達(dá)到98%以上。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，德國(guó)某管道修復(fù)企業(yè)從開發(fā)到應(yīng)用并不斷改進(jìn)CIPP技術(shù)的20年間，在歐美國(guó)家(包括美國(guó)、德國(guó)、捷克、土耳其等)累計(jì)修復(fù)的燃?xì)夤艿览锍碳s700km(該數(shù)據(jù)截至2009年)。日本某公司2002—2007年的管道修復(fù)業(yè)務(wù)僅在歐洲的CIPP工程量就達(dá)144km，遍及西班牙、意大利、法國(guó)、德國(guó)、瑞士、奧地利、匈牙利、波蘭等國(guó)。
3 CIPP的主要技術(shù)特點(diǎn)
    CIPP技術(shù)是將熱凝的環(huán)氧樹脂膠浸透覆有密封涂層(熱塑性聚氨彈性體)的紡織纖維軟管作為管道的襯里材料，通過氣壓或水壓將軟管翻轉(zhuǎn)進(jìn)入埋地管道內(nèi)，使浸有熱凝環(huán)氧樹脂膠的一面粘貼在管道內(nèi)壁，并保持恒定的管內(nèi)壓力使樹脂膠固化，形成一個(gè)由原管道、環(huán)氧樹脂膠、紡織纖維與密封涂層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)[4]，從而修復(fù)原管道，恢復(fù)原管道的輸配能力，消除原管道的安全隱患。
    在埋地燃?xì)夤艿赖男迯?fù)技術(shù)中，CIPP技術(shù)具有以下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：
    ① 過彎能力強(qiáng)：現(xiàn)今的CIPP技術(shù)工藝水平可以達(dá)到一次性無(wú)褶皺通過2個(gè)曲率半徑大于1.5倍管道外徑的45°彎頭或1個(gè)曲率半徑大于3倍管道外徑的90°彎頭。過彎能力強(qiáng)可減少現(xiàn)場(chǎng)開挖工作坑的數(shù)量，提高了現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力。
    ② 施工占地面積小：施工僅需開挖所需工作坑的場(chǎng)地，與其他修復(fù)技術(shù)相比，CIPP技術(shù)不需要沿管道方向的拖管場(chǎng)地。
   ③ 適用范圍寬：現(xiàn)今的CIPP工藝水平可以達(dá)到完全覆蓋管道規(guī)格從DN 20mm直至DN 1200mm的燃?xì)夤艿?。與其他修復(fù)技術(shù)相比，CIPP技術(shù)在燃?xì)夤艿佬迯?fù)中適用范圍較寬。
   ④ 輸送能力適應(yīng)性強(qiáng)：內(nèi)襯材料外涂層的表面光滑連續(xù)，修復(fù)后管道截面積幾乎沒有減小，對(duì)原管道的輸配能力幾乎無(wú)影響。
   ⑤ 修復(fù)管道壽命長(zhǎng)：CIPP技術(shù)中的內(nèi)襯軟管屬熱塑性聚氨彈性體，其化學(xué)穩(wěn)定性極佳，可以避免或減少管道內(nèi)部腐蝕損傷。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 30658-1《地下鋪設(shè)的煤氣管道附加密封用薄膜軟管和織布軟管第一部分：對(duì)薄膜軟管和織布軟管的要求及測(cè)試》中具體敘述了測(cè)試修復(fù)小于50mm腐蝕孔洞內(nèi)襯材料壽命的方法，CIPP法修復(fù)后管道預(yù)測(cè)壽命為30年。在歐洲，獲得燃?xì)夤艿肋\(yùn)營(yíng)商認(rèn)可的修復(fù)后管道預(yù)測(cè)壽命標(biāo)準(zhǔn)是30年，因此，CIPP技術(shù)得到業(yè)主的認(rèn)可并在歐洲快速發(fā)展。
4 關(guān)于CIPP技術(shù)的思考
    ① CIPP技術(shù)修復(fù)后形成一個(gè)由原管道、環(huán)氧樹脂膠、紡織纖維與密封涂層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，除局部原管道的點(diǎn)腐蝕區(qū)域外，內(nèi)壓仍需由原管道承受，復(fù)合結(jié)構(gòu)的其他部分主要承擔(dān)氣密性修復(fù)的功能。因此，CIPP技術(shù)應(yīng)明確定義為氣密性修復(fù)的范疇，而不能將其視為可獨(dú)立承壓的結(jié)構(gòu)性修復(fù)。作為一種非結(jié)構(gòu)性修復(fù)技術(shù)，修復(fù)后管道的承壓運(yùn)行仍要依托于原管道結(jié)構(gòu)的完整性。除了由于局部腐蝕造成的裂紋泄漏，管壁連續(xù)減薄或強(qiáng)度已不滿足服役需要的焊縫所帶來(lái)的泄漏隱患這些缺陷點(diǎn)外，原管道在預(yù)期的綜合壽命時(shí)間段內(nèi)依然具有承壓能力，這是現(xiàn)階段運(yùn)用好CIPP技術(shù)的重要前提。
    ② 文獻(xiàn)[5]研究了適用于CIPP管道修復(fù)的管狀紡織復(fù)合材料的強(qiáng)度計(jì)算方法，得出管狀紡織復(fù)合材料受內(nèi)壓時(shí)環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的2倍，材料的破壞容易出現(xiàn)在環(huán)向的結(jié)論。但CIPP復(fù)合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算方法仍有待深入研究。
    ③ CIPP技術(shù)可修復(fù)管道的腐蝕泄漏并消除泄漏隱患。德國(guó)燃?xì)馀c水工業(yè)協(xié)會(huì)(簡(jiǎn)稱DVGW)標(biāo)準(zhǔn)DVGW VP404((應(yīng)用編織軟管(壓力范圍4巴～30巴)對(duì)燃?xì)飧邏汗艿赖男迯?fù)》中將舊管道的腐蝕孔洞直徑50mm作為修復(fù)控制指標(biāo)，即舊管道因腐蝕等原因存在的孔洞直徑小于50mm時(shí)可采用CIPP技術(shù)修復(fù)。CIPP技術(shù)定位為非結(jié)構(gòu)性修復(fù)，如需要修復(fù)后復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較高的承壓能力，則更需要全面評(píng)估在役管道腐蝕程度。就國(guó)內(nèi)現(xiàn)有條件而言，對(duì)在役管道腐蝕程度的評(píng)估仍是個(gè)難題。
    ④ 在恢復(fù)燃?xì)夤艿赖臍饷苄院?，為了防止管道外壁的腐蝕繼續(xù)惡化，需要在修復(fù)后的復(fù)合管道上安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)。CIPP技術(shù)修復(fù)后管道的服役壽命是由修復(fù)管道與陰極保護(hù)系統(tǒng)共同決定的。一般情況下使用CIPP技術(shù)進(jìn)行修復(fù)的管道多為長(zhǎng)期沒有使用或者未充分進(jìn)行陰極保護(hù)而導(dǎo)致出現(xiàn)腐蝕損傷的舊管道，只要對(duì)舊管道的腐蝕評(píng)估準(zhǔn)確恰當(dāng)，通過CIPP技術(shù)以及配套加裝陰極保護(hù)的方式進(jìn)行系統(tǒng)修復(fù)，維持管道現(xiàn)有的腐蝕狀態(tài)，修復(fù)后管道延長(zhǎng)30年的服役壽命是可能的。但同時(shí)應(yīng)考慮用于CIPP的陰極保護(hù)系統(tǒng)與常規(guī)設(shè)計(jì)的差異，特別是加大陰極保護(hù)電流對(duì)原管道防腐層的不利影響。
5 結(jié)語(yǔ)
    CIPP修復(fù)技術(shù)作為管道非開挖修復(fù)技術(shù)的一種，實(shí)現(xiàn)了僅需開挖工作坑就可在原位使舊管道得到翻新的目標(biāo)。隨著CIPP技術(shù)的不斷發(fā)展，德國(guó)已成功解決了0.4MPa以上的次高壓及高壓燃?xì)夤艿赖男迯?fù)問題，根據(jù)DVGW資料，已知的最高修復(fù)壓力達(dá)3.0MPa。隨著國(guó)內(nèi)燃?xì)夤艿肋\(yùn)行年限的不斷增加，燃?xì)夤艿婪情_挖修復(fù)需求將不斷增多，應(yīng)用在燃?xì)夤艿郎系姆情_挖CIPP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)潛力將日益凸顯，繼續(xù)深入研究CIPP技術(shù)并使之國(guó)產(chǎn)化，其應(yīng)用前景將無(wú)比廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1] 牛松山，章寅國(guó)，王飛.非開挖技術(shù)在大口徑燃?xì)夤艿婪笤O(shè)中的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2003，23(1)：38-40.
[2] 梁莉嘉，陳榮清.埋地燃?xì)夤艿婪栏C合評(píng)價(jià)與修復(fù)技術(shù)分析[J].煤氣與熱力，2009，29(6)：B39-B41.
[3] 董久樟，馮軍.翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法在舊燃?xì)夤艿佬迯?fù)中的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2001，21(1)：55-57.
[4] 張淑潔，王瑞，高艷章，等.管道非開挖紡織內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2007(2)：48-50.
[5] 張淑潔，王瑞，王歡.管道修復(fù)用管狀紡織復(fù)合材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原理[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2008(4)：161-165.
 
(本文作者：董薊偉1 孫明燁2 曹國(guó)權(quán)3 翟博3 龔明2 1.北京燃?xì)饧瘓F(tuán)高壓管網(wǎng)分公司 北京100011；2.北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100032；3.北京天環(huán)燃?xì)庥邢薰?北京 100025)