紫外固化非开挖修复技术及固化材料性能研究方法探析

紫外固化非开挖修复技术及固化材料性能研究方法探析

李毅涛

重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074

摘要：本课题基于ANSYS有限元分析待修复的原管道使用性能及其紫外固化非开挖修复技术要点以及紫外固化材料的性能，探究紫外光固化修复技术和材料性能研究的方法，为今后我国原位紫外固化非开挖修复技术提供参考依据。

关键词：紫外固化；道路管道；材料性能

中图分类号：[U4-9] 文献标志码：A

Research on UV curing trenchless repair technology and properties of solidified materials

LI Yitao1

(1. School of Traffic & Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P. R. China) Abstract：Based on ANSYS finite element analysis, this topic analyzes the service performance of the original pipeline to be repaired, the key points of UV curing trenchless repair technology and the performance of UV curing materials, and explores the research methods of UV curing repair technology and material properties, so as to provide a reference basis for in-situ UV curing Trenchless repair technology in China in the future.

Key words：UV curing; Road pipeline; Material properties

引言

随着我国城市建设规模的逐渐扩大，管道铺设长度越来越长，管道剩余使用寿命逐渐降低[1]，截至 2018年，根据《中国城市建设统计年鉴》的数据，大部分城市排水管网建设覆盖率达到 80%以上，部分城市达到95%。城市排水管道投入使用年限越久，出现的破损问题也越多[2]。由于目前地下管道存在各种不同程度的结构性缺陷和功能性缺陷从而影响正常使用，因此必须要对其修复，更好地满足实际使用需要。通过比较可知传统管道修复方式已无法满足现阶段的管道修复需求。因此，为了更好地满足管道修复方面需求，必须要注意施工工艺的改进，选择先进管道修复技术，取得理想修复效果。

1原管道使用性能研究

1.1 原管道基本概况分析

基于待修复管道竣工资料，利用CCTV管道机器人和其他检测设备获取清晰的管道现状资料，掌握原管道的管径大小、管材类型、管线纵坡、糙率、破损情况（包括结构性缺陷，如变形、腐蚀、错口、脱节、支管暗接、异物穿入等；功能性缺陷，如沉积、结垢、障碍物、残墙等）、管道淤积、管道暗接及管道转折等基本情况。

1.2 基于ANSYS有限元和原管道实际工况的可行性研究

以原管道基本概况为依据，用ANSYS[3]有限元法模拟长方形、椭圆形和组合变形、腐蚀缺陷对管道应力、应变的影响，根据第三强度准则，确定受损管道的剩余强度。最后通过加工与原管道实际工况相近的管道，由室内管道承压实验对模拟结果进行验证，保证其作为后期固化试验的原管道的可靠性。

2紫外固化修复技术适用性分析

2.1可行性分析

结合现场勘查结果得到的原管道基本概况及损坏状况（结构性缺陷和功能性缺陷），针对紫外固化修复技术是否适用于原管道修复进行可行性分析。

2.2内衬管壁厚设计

基于《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》等，了解内衬管壁厚度的设计方法及标准，根据原管道的基本概况，采用半结构性修复设计或结构性修复设计对内衬管最小壁厚进行设计，以选择合适规格的内衬管进行后期的施工固化。

3紫外固化施工技术研究

3.1施工材料研究

基于《城镇排水管道非开挖修复工程施工及验收规程》、《基于树脂浸渍玻璃纤维软管的拉入法管渠修复操作规程》等标准规范以及现场调查，对紫外固化内衬软管的制作工艺、结构形式、材料组成和材料特性进行分析。

3.2施工参数研究

总结影响施工工艺的参数[4]及参数变化对固化材料修复程度的影响情况。根据规范可知拉人长度、扩展压缩空气压力、软管固化温度和时间、紫外光灯的功率、巡航速度、内衬管冷却温度、时间、压力等施工工艺参数可能影响施工质量和施工效率，应对其进行研究分析。

3.3施工工艺分析

施工工艺流程包括施工前准备阶段、紫外固化阶段以及施工后验收阶段，在施工前准备阶段，需要利用气囊对管道上下游进行封堵导流、使用高压水枪管道清淤、采用管道机器人检测管道并进行局部预处理；紫外固化阶段，先铺设底膜，宽度大于原管道周长的三分之一以上，后软管拉入，严格控制牵拉速度，捆绑扎头并进行第一次充气保压，使软管胀贴于原管道内壁，最后拉入紫外光灯组进行紫外固化；施工后验收阶段则需要拆除扎头，对固化后内衬管端头处理，进行CCTV检测对固化后内衬管壁进行验收，观察是否有气泡，皱褶等问题，最后进行功能性验收，切割部分固化材料进行相应的性能试验。

4固化后材料性能研究

4.1内衬管性能研究

通过改变不同施工参数下所固化的内衬管性能进行研究分析，主要研究其力学性能和过流性能，主要进行的力学试验有耐内压性能试验、弯曲性能试验、拉伸性能试验、环刚度性能试验等，模拟修复后管道在受到内外力时，所能够承受的最大能力。

4.2复合管性能研究

复合管是由内衬管和原管道结合的管道，研究其拉伸性能和环刚度性能，可以更加全面的研究固化内衬管材料的性能，为紫外光固化法或其他管道修复方法的质量控制提供了参考。进一步优化了施工工艺参数，提高施工效率和质量，保证道路有足够的承载能力，避免路面塌陷脱空等事故的发生，满足规定交通量的需求。

5结论

通过对紫外固化非开挖修复技术及材料性能研究方法进行探究，既适应我国经济和物流运输的发展，道路交通量增大、车辆荷载增加、车速加快的特点，也满足工农业生产和人民日常生活的需要，并且在不开挖的前提下，保护了管道周边的环境，避免发生道路沉降等危害。利用ANSYS有限元软件对管道受损情况进行模拟，并通过室内管道试验对其结果进行验证，研制出了一种与原管道受损工况非常吻合的管道，解决了限制实验条件问题，更接近实际工况，模拟结果精确度和可信度更高。针对不同管径、管材、地质情况、缺陷类型、缺陷严重程度，总结城镇排水管道非开挖修复工程施工及验收方面的成熟实践经验和成果，探究出了一部科学合理且具有较强适用性和可操作性的研究方法，为我国今后的管道非开挖施工修复技术研究奠定了坚实的基础，也一定程度上解决了目前道路管道非开挖修复技术技术应用中的一些实际问题。

参考文献(References)：

[1]张鹏英.城市道路雨污水管道修复技术研究[J].智能城市,2019,5(12):136-137.DOI:10.19301/j.cnki.zncs.2019.12.073.

[2]周杨军,蒋仕兰,解铭,赵祥,孙子为.非开挖修复技术在城市排水管道维护中的应用[J].中国给水排水,2020,36(20):58-62.DOI:10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2020.20.009.

[3]王勇,李洋,孙世斌,张旭昀,徐子怡,毕凤琴.腐蚀缺陷管道剩余强度ANSYS有限元模拟可行性研究[J].兵器材料科学与工程,2014,37(03):12-16.DOI:10.14024/j.cnki.1004-244x.2014.03.016.

[4]廖宝勇. 排水管道UV-CIPP非开挖修复技术研究[D].中国地质大学,2018.