1. Введение

В условиях стремительного развития городов технология бестраншейного восстановления труб на месте с УФ-отверждением получила широкое распространение. Она подходит для устранения дефектов труб любого типа, включая некруглые и изогнутые трубопроводы. Внутренняя оболочка имеет высокую прочность при малой толщине стенки, плотно прилегает к старой трубе и почти не снижает пропускную способность трубопровода после ремонта. Технология не требует земляных работ, минимально влияет на наземное движение, отличается высокой скоростью строительства и обеспечивает значительные экономические и социальные эффекты.

2. Принцип УФ-отверждаемого восстановления труб

Материалы для УФ-отверждения состоят из фотоинициатора, олигомеров, разбавителей и других вспомогательных компонентов. При воздействии интенсивного ультрафиолетового излучения фотоинициатор переходит из основного состояния в возбуждённое, подвергается химическому разложению с образованием активных фрагментов. Они инициируют полимеризацию активных мономеров и олигомеров, в результате чего система мгновенно переходит из жидкого в твёрдое состояние с образованием сплошного покрытия.

3. Пример инженерного применения — ремонт канализационной трубы на улице Пинъань города Сиань

Улица Пинъань в городе Сиань является шестиполосной дорогой с двусторонним движением и имеет интенсивный транспортный поток. Канализационный трубопровод выполнен из железобетонных труб диаметром DN800 и проложен преимущественно в зелёной полосе с западной стороны дороги. По результатам диагностики выявлено массовое повреждение существующей трубопроводной сети, на стыках труб наблюдаются значительные смещения и утечки, что требует срочного проведения ремонтных работ.

Этот проект ремонта сталкивается с трудностями из-за широкого распространения и большого количества дефектов. Участок 1090WHPW007–1090WHPW008 пересекает реку Цзяошань, имеет глубину залегания 4,1–4,9 м и длину 68,2 м. Результаты обследования показали, что этот участок трубопровода имеет такие дефекты, как протечки, повреждения и коррозия.Согласно Гражданскому процессуальному кодексу 181–2012 «Технические условия по проверке и оценке городских канализационных трубопроводов», расчетная плотность структурных дефектов и индекс ремонта трубопровода RL>7 классифицируют его как IV уровень, требующий немедленного ремонта.осле сравнительного анализа и технической демонстрации процессов ремонта для его проведения была выбрана технология ультрафиолетового отверждения.

4. Ремонт трубопроводов с помощью УФ-отверждения

Процесс ремонта с использованием УФ-отверждения и интегральной футеровки включает механическое натяжение для втягивания войлочной трубки, пропитанной фоточувствительной смолой [1], в ремонтируемую трубу, впрыскивание сжатого воздуха для обеспечения ее плотного прилегания к внутренней стенке трубы и использование УФ-излучения для отверждения смолы внутри трубы, образуя новую высокопрочную трубу с футеровкой из смолы для достижения цели ремонта.

4.1. Съемка толщины стенки

Согласно Гражданскому суду 181–2012 «Технические условия по проверке и оценке городских канализационных трубопроводов», была рассчитана плотность структурных дефектов и индекс ремонта трубопроводов [2]. Для проектирования был принят полуструктурный ремонт. Минимальная толщина стенки внутренней облицовки трубы рассчитывалась по формулам (1), (2) и (3). Толщина стенки материала принималась равной 8 мм.

(1)

(2)

(3)

(4)

Где: t — толщина стенки облицовки (мм); D0 — наружный диаметр облицовки (мм); K — коэффициент окружной опоры, рекомендуемое значение 7,0; EL — долговременный модуль упругости облицовки (МПа); C — коэффициент снижения эллиптичности; P — давление грунтовых вод в верхней части облицовки (МПа); N — коэффициент безопасности, принимаемый равным 2,0; μ — коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,3 для облицовки, отверждаемой на месте, и 0,45 для полиэтиленовой облицовки; q — эллиптичность исходного трубопровода (%), может приниматься равным 2 %; De — средний внутренний диаметр исходного трубопровода (мм); Dmin — минимальный внутренний диаметр исходного трубопровода (мм); Dmax — максимальный внутренний диаметр исходного трубопровода (мм).

4.2. Процесс строительства

Поскольку трубопровод расположен ниже русла реки, предварительная обработка проводилась после осушения через коффердам. Сначала был заблокирован отводной канал, затем внутренняя стенка трубопровода была очищена с помощью водяного пистолета высокого давления. Для осмотра состояния внутренней стенки трубопровода перед ремонтом использовался робот с видеонаблюдением. Наконец, повреждения были заделаны цементным раствором.

После предварительной обработки, в зависимости от условий на месте, шланг был протянут от скважины 1090WHPW007 к скважине 1090WHPW008. Внутренняя облицовочная труба и УФ-отверждаемое вещество были установлены на место. Была установленасолнцезащитная палатка, смонтированы направляющие шкивы, и заделаны узлы. Для обрезки корней деревьев внутри трубопровода использовался фрезерный робот, а к обоим концам узлов были привязаны водонепроницаемые прокладки [3].

Перед вставкой шланга внутрь существующей трубы следует уложить прокладочный слой, чтобы предотвратить трение внутреннего шланга о дно старой трубы во время вставки, тем самым защищая шланг от повреждений. Прокладочный слой должен быть закреплен на дне ремонтируемой трубы, покрывая более 1/3 окружности трубы [4–5], и должен достаточно выступать за длину ремонтируемой трубы с обоих концов. После того, как прокладочный слой будет растянут и сплющен, оба конца должны быть надежно зафиксированы.

Шланг, пропитанный смолой, следует втягивать в ремонтируемую трубу плавно и медленно, чтобы предотвратить истирание или царапины на шланге; после втягивания шланга в существующую трубу его следует сложить пополам и положить на мягкую подкладку из пленки [6].

После обвязки и закрепления концов ремонтного рукава последовательно запускают временный электрогенератор и нагнетатель высокого давления. После стабилизации работы компрессорного нагнетателя открывают выпускной клапан воздуховода высокого давления и подают сжатый воздух внутрь рукава. Регулируя расход воздуха через выпускной клапан, поддерживают постоянное давление внутри рукава в течение 40 минут.

После того, как ультрафиолетовая лампа попадет в шланг, накачайте его второй раз и продолжайте накачивание и поддержание давления в течение 40–50 минут. Одновременно подготовьтесь к ультрафиолетовой обработке. Перед повторным накачиванием шланга рекомендуется установить уплотнительную ленту между внешней стенкой шланга и внутренней стенкой старой трубы на расстоянии 0,2 м от отверстия трубы. На входном конце шланга устанавливается устройство для накачивания, оснащенное устройством для контроля и отображения давления сжатого воздуха [3]. Перед накачиванием убедитесь в герметичности всех соединений и установите на конце трубы регулирующий клапан для регулировки давления воздуха в трубе. Давление накачивания должно привести к полному расширению шланга и его плотному прилеганию к надуваемому шлангу. Отремонтируйте внутреннюю стенку трубы, не повреждая саму трубу или шланг; поместите держатель УФ-лампы внутрь шланга и протяните его к другому концу трубы, используя трос держателя лампы.

В завершение выполняют операции по включению ультрафиолетовых ламп, обратному вытягиванию ламповой рамы и проведению работ по отверждению. Скорость движения УФ-лампы следует разумно регулировать в зависимости от диаметра и толщины стенки внутренней облицовочной трубки. На начальном этапе отверждения скорость перемещения УФ-лампы должна составлять 0,20–0,30 м/мин. В процессе отверждения шланга необходимо следить за расстоянием перемещения держателя УФ-лампы, отображаемым на дисплее панели управления, и обращать внимание на маркировку кабеля. Когда держатель УФ-лампы находится на расстоянии 0,50 м от конечной точки, скорость перемещения УФ-лампы следует уменьшить. В процессе УФ-отверждения необходимо поддерживать определенное давление воздуха внутри внутренней облицовочной трубки для обеспечения плотного контакта между внутренней облицовочной трубкой и стенкой исходной трубки. Такие параметры, как давление внутри трубки, температура и крейсерская скорость генератора УФ-излучения, должны регистрироваться в режиме реального времени в процессе отверждения, а также необходимо собирать видеоданные с камер видеонаблюдения до и после отверждения. После отверждения шланга воздушный компрессор следует выключить, и давление внутри трубки следует медленно снижать. После того, как давление внутри трубки упадет до атмосферного, сначала можно снять ролик и шкив, затем воздухозаборную трубку и торцевую крышку, и, наконец, извлечь держатель УФ-лампы, а также отсоединить управляющий кабель и тяговый трос.

4.3. Последующая обработка

После завершения ремонта трубопровода и затвердевания внутренней облицовки, назначенный специалист с помощью режущего станка удалит излишки облицовочной трубы. В зазор между отверстием облицовочной трубы и ремонтируемым отверстием трубы будет нанесено быстротвердеющее гидроизоляционное средство, или будет установлена уплотнительная лента для предотвращения протечек между отремонтированной облицовочной трубой и боковой стенкой смотрового колодца.

После затвердевания шланга его охладят до комнатной температуры и давления, прежде чем рабочие войдут в смотровой колодец для удаления узлов. Излишки облицовочной трубы в начальном и конечном смотровых колодцах будут удалены с чистыми срезами, обеспечивающими выступание облицовочной трубы на 20 мм за пределы старого отверстия трубы с каждой стороны. Будет проверена адгезия между старой трубой и облицовочной трубой в месте ее установки, а кольцевые зазоры будут заполнены быстротвердеющим смоляным клеем для герметизации. После обработки двух концов отремонтированного участка трубы будет использован тяговый трос для извлечения облицовочной мембраны. Одновременно с этим назначенный сотрудник извлечет внутреннюю облицовочную мембрану шланга и очистит место проведения работ по отверждению.

5. Результаты проверки

Визуально внутренняя стенка трубы не имела расслоений или отслоений; внутренняя труба и отремонтированная труба были плотно прилегали друг к другу, без протечек воды в зазорах; на расстоянии 50 м от внутренней стенки трубы с внутренней облицовкой имелись четыре непрерывные складки, относительная высота которых составляла менее 2 % от внутреннего диаметра трубы; имелось одно локальное выпячивание, относительная высота которого не превышала 5 % от диаметра трубы, что соответствует всем требованиям.

После установки трубы с внутренней облицовкой она была охлаждена до температуры окружающего грунта, и было проведено испытание на герметичность. Испытание на водонепроницаемость соответствовало положениям GB 50268–2008 «Кодекс строительства и приемки водопроводных и канализационных трубопроводов». При данном ремонте видеоинспекция показала, что до ремонта стенка трубы была сильно повреждена и протекала, в то время как после ремонта стенка трубы стала гладкой и ровной, с приемлемым внешним видом. Испытание на герметичность после ремонта также было удовлетворительным. Конкретные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение характеристик трубопровода до и после ремонта

6. Заключение

На практике технология бестраншейного ремонта с использованием УФ-отверждения обладает следующими преимуществами:

1. Короткое время строительства. Скорость УФ-отверждения обычно составляет 0,5–0,9 м/мин, и её можно контролировать автоматически. При ремонте труб одинакового диаметра и длины процесс УФ-отверждения сокращает время строительства на 2/3 по сравнению с методом переворачивания.
2. Оборудование простое. Крупномасштабное оборудование требует только одного ультрафиолетового отвердительного оборудования, одного подъемного локомотива и одного компрессора, что уменьшает занятость строительной площадки и влияние на окружающую среду. короткое время затвердевания ультрафиолетового света снижает внутреннее напряжение при ремонте оригинального трубопровода.
3. После ремонта внутренняя стенка гладкая, внутренняя втулка имеет большую прочность, хорошую долговечность, небольшое влияние на внутренний диаметр оригинального трубопровода, меньшее изменение потока внутреннего диаметра трубопровода.

Литература:

1. Чжэн Жуй. Исследование ремонта внешней трубопроводной сети очистных сооружений Сянбань города Фучжоу [J]. Фуцзяньское строительство, 2018, № 3: 61–66.

2. Министерство жилищного строительства и городского и сельского строительства Китайской Народной Республики. Технический регламент по бесканальной реконструкции и обновлению городских дренажных трубопроводов CJJ/T 210–2014 [S]. Пекин: Издательство строительной промышленности Китая, 2014.

3. Сун Далэй, Линь Жун, Лю Айхуа. Применение технологии УФ-отверждения в работах по ремонту трубопроводов [J]. Исследования инженерной техники, 2020, т.5, № 1: 93–94.

4. Чэнь Сяолинь. Применение метода УФ-отверждения CIPP с затягиванием в комплексных работах по благоустройству водной среды [J]. Надзор в строительстве, 2021, № 8: 82–84.

5. Чжао Чжицзянь, Пан Чан. Применение бесканальной технологии ремонта УФ-отверждения (CIPP) при восстановлении повреждённых трубопроводных сетей [J]. Умный город, 2019, т.5, № 21: 83–84.

6. Линь Янань. Применение новых полиуретановых материалов при ремонте городских водопроводных трубопроводов [J]. Технический надзор в водном хозяйстве, 2022, № 7: 120–121, 148.