采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法（ASTMF1216—98）.doc

采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法（ASTMF121698）?24?防腐保温技术2005年第13卷第2期采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法(ASTMF121698)编译:米琪(北京燃气集团销售一分公司,北京朝阳,100029)StandardMethodofUsingOverturnInnerLiningTechniquetoRestoreOldPipelineandDitch(ASTMF12l698)Compiledby:MQi(FirstSaleCompanyofPekingGasGroup,Chaoyangdistrict,Peking,100029)1范围1.1本标准规范的是采用翻转法,利用水的静压或气压做翻转头将浸渍了树脂的柔性软管翻人已有的旧管道或沟渠(4108in的内径)内,重建一条管道或沟渠的施工程序.树脂是通过向软管内输入循环热水或导入蒸汽而固化,固化时的软管管子是连续并与管壁紧贴在一起的.这种重建管道的施工程序可用于各种重力管道和压力管道的施工,例如:生活污水管道,雨水管道,工艺管道,电力沟渠以及通风管道系统等.1.2所使用的数值的量纲是以in一1b为单位,括弧内所给出的数值仅供参考.1.3本标准并不能与所有和安全有关的概念相对应,在施工前,应先确立与本标准相适宜的安全和健康规则.对于特殊的预防手段,可参照7.4.2.2参考文献2.1ASTM(美国材料试验协会)标准D543塑料耐化学试剂性能的检测方法D638塑料的抗张强度的检测方法D790未增强的,增强的塑料和电绝缘材料的弯曲性能的检测方法D903粘结剂剥离强度的检测方法D1600关于塑料的缩写的术语D3839用于地下管道施工的玻纤管道(玻璃纤维加强的热固化树脂管道)推荐标准F412有关塑性管道体系的术语2.2AWwA(美国水工协会)标准M28水管道干管的清管和内衬手册2.3NASSCo标准用于污水集输管道系统修复的技术规程3术语3.1除非有另外的规定,术语的定义与F412的定义相一致,缩略语的定义与D1600的规定相符.3.2本标准的特殊用语的定义:描述这一标准的特殊词汇.3.2.1原位固化成型管道(CIPP)采用一种由无纺布,或编织布,或无纺布与编织布组成的中空的简状材料,这种材料被热固性树脂所浸渍,简状材料表面还必须涂敷一种塑性涂层.使这种筒状材料在已存在的管道内形成新的内管.因此,新的内管与旧管道形状相同并与旧管道紧贴在一起.3.2.2翻转(inversion)使用水压或气压将柔性软管浸透了树脂的一面,翻人管道与管道内壁相对的工艺过程.3.2.3空鼓(隆起)原位固化成型就位的内衬管的部分内衬管管体,与原管道壁之间互相剥离开来,并形成凸起.米琪:采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法(ASTMF121698)?254意义与用途7施工本规程用于规范使用翻转技术将浸透树脂的软管翻入已有的管道内的修复旧管道的设计人员,技术说明,管理机构,业主和检测组织.但任何规程都不是万能的,如果工作环境特殊,则可能需要修改规程的相关内容.5材料5.1软管软管必须是由一层或多层柔性编织物粘和在一起,编织物可以是无纺布,编织布,或无纺布与编织布组合在一起的材料组成,这种材料要能够携带树脂,且能承受施工的压力和固化的温度.软管材料必须与树脂体系相融合,并且要能够伸展开与部分不规则的管道的部位相适宜以及通过管道的弯曲部位.软管的外表面必须有一层塑性涂层,这种塑性材料应能与所使用的树脂体系性融合.软管必须作成与待修复的管道具有相同的长度.并且其直径的大小要能恰好与旧管道的内壁紧贴在一起.必须有预留头用于翻转工艺时软管沿旧管的延伸就位.5.2树脂一般采用非饱和的,苯乙烯基的热固化树脂和催化剂体系或者是一种环氧树脂和固化剂,树脂的选取应与所采用的翻转工艺相匹配.树脂必须在有水的环境下能够固化,并且初始的固化温度必须为82.2C.CIPP工艺过程后的系统结构应能满足表1所给出的最小的强度和结构性能.这些物理性能的强度应按照第8条给出的参数确定.表1cIPP初始结构物理性能表6设计应考虑的因素一般原则:CIPP工艺软管的设计厚度很大程度上取决于原有管道的技术状况和具有的强度.设计时的计算公式与细节在附录x1中给出.7.1清管和检测7.1.1在进入施工的区域例如人孑L,完成检测或清管工艺之前,必须按当地,州,或联邦的安全法规的规定着手对管道内的空气中是否存在有毒介质,可燃性气体或是否缺乏氧进行评估.7.1.2管道的清洗管道内的所有碎片等杂物都必须从管内清理出去.重力管道必须使用带有高速喷射清洗头的高压水清洗设备,或者使用机械清洗设备清洗(可参看NAssCo用于污水集输管道系统修复的技术规程).压力管道则应使用与钢丝绳相连的清洗头清洗管道或者是如同在AwwA(美国水工协会)标准M28水管道干管的清管和内衬手册中介绍的液流驱动装置清洗管道.7.1.3管道的检测管道的检测应由有经验的人员来完成,这些检测人员应经过培训.利用与电视信号相连的电子检测装置或者进入管道来对管道的损伤,障碍部位定位.管道的内部必须认真检测以确定有可能影响浸渍了树脂的软管施工质量的任何不良因素,如凸起处,倒塌或管子碾碎部位.以及已存在某些部位截面积已减少4O以上的管道等.必须重视这样的一些部位并采取弥补措施来保证施工质量.7.1.4管道线路上的障碍物管道内原始的一些障碍物必须清除,例如:一些固体颗粒,焊接处的焊瘤,凸起部位,已有的压碎或倒塌的管道部位,或者管道内存在某些部位的截面积已减少4O9/6以上的管道,这些因素都会影响树脂软管的就位和成型后的管道的质量.如果检测已揭示了存在这些障碍,但使用常规的清洗设备又无法清除,则应采取在障碍点处开挖,将障碍因素去除,修复的手段.7.2树脂浸渍软管必须在抽真空状态下浸渍树脂,真空状态要能使软管材料的所有厚度和径向分布的空间都浸透树脂.由于树脂会流进原有管道内的裂缝和连接处,应调整浸渍时的真空度,使聚合所需的树脂的体积增加510.7.3旁通管如果指定要修复的管道需要有旁通,则应在管道的上游一点将管道堵塞住,并在此点附近接出旁?26?防腐保温技术2005年第13卷第2期通管,然后用泵将管道内的介质沿旁通管接到管道的下游一点,并调整体系.泵和旁通管应能调整到使管网体系正常运转的容量,使待修复的管段处于暂时停止运行服务状态.公开的咨询服务机构需要通知所有的与支线管道服务相关的部门,停止水的使用直到管道恢复服务.7.4翻转7.4.1使用水压翻转头浸渍过后的软管应通过挖好的人孔或其它通道,利用水压翻转头,采用翻转工艺过程使内衬软管在旧管道内就位,软管里的水应有足够的量以保证软管的翻转头到达待修复管道的另一端的人孔处或管段的终点.软管必须先经过一垂直的立式翻转装置被引入,并使具有防渗塑性薄膜的一面翻转(到与管内水介质相接触状态).在立式翻转装置的下端部,软管的内表面应被翻转出来.翻转头应保持足够的高度以使浸渍软管能翻转到管道的另一终点,并使软管与管壁紧贴在一起,在连接处导致波纹的产生.应特别小心在翻转时不要超过纤维的张力.施工的另一种替代的方法是顶部翻转.在这种情况下软管与一顶部的环相连接,在翻转时软管自己形成一个立式翻转筒,或者是工程上可采用的另一种方法.7.4.2使用气压翻转浸渍过后的软管应通过挖好的人孔或其它通道,利用气压,采用翻转工艺过程使内衬软管在旧管道内,就位的软管内的气压应足以能保证软管的翻转头到达待修复管道的另一端的人孑L处或管段的终点.软管应与引导槽装置的上部相连,构成一防漏密封,并使具有防渗塑性薄膜的一面翻转(到与管内气体相接触状态).但软管进入引导槽装置时,软管的内表面应被翻转出来.翻转的气压应时刻调整并保持足够的大,以使浸渍软管能产生翻转,到达管道的另一终点,并使软管与管壁紧贴在一起,在连接处导致波纹的产生.应特别小心在翻转时不要使无纺布纤维或编织纤维过载.7.4.3所需的压力在开始翻转前,软管的制造者应提供将软管嵌入旧管道内,就位所需的最小压力和最大允许压力,以保证管子不受损坏.一旦翻转开始,就必须将翻转压力维持在最大和最小压力之间,一直到翻转工艺完成.务必使翻转压力不要偏移其最大和最小的允许压力,否则会使管子的翻转就位发生偏差.7.5润滑剂在翻转工艺过程中,推荐使用润滑剂以减少摩擦力.这种润滑剂可以倒入立管的翻转水介质中,或者直接加到软管内.所使用的润滑剂必须是无毒,油基产品,对管子,锅炉和泵系统等均不产生不良效果,同时不会孳生细菌,对流体的传动不会产生相反作用.7.6固化7.6.1使用循环加热的水翻转完成后,需要一种热源和水的再流通设备,将软管里流动的水进行循环加热.这一设备应具有足够的容量,能均匀释放热水,并使软管内的水的温度升高到树脂固化的温度以上.在固化周期内,水的温度应遵从树脂的制造厂家推荐.7.6.1.1热源应配有适宜的监控器来计量供水锅炉流进和流出的水的温度.在浸渍软管和管道的翻转端头之间也应进行测温,以监控在固化期间的温度.7.6.1.2在水的温度被加热升高到即将开始固化时加热就完成了,这时暴露在外面的新的内衬软管会变硬,用间接的温度传感器的探测表明会有大量的热放出,这说明树脂的固化是一个放热的反应.当达到了树脂的初始的固化温度后,温度必然会升高到树脂厂家推荐的二次固化的温度,应掌握好二次固化的温度,在这一期间,应通过水的再流通和锅炉的水的循环维持这一温度.CIPP固化工艺必须考虑到原有的管道的材质,树脂体系和土壤环境(土壤温度,湿度水平,和土壤的热传导性).7.6.2使用蒸汽在翻转完成后,需要适宜的蒸气发生设备通过管子将蒸汽散布到软管的空间内.这一设备应具有足够的容量,使产生的蒸汽将软管里的气体的温度上升到树脂固化的温度,在固化期间的温度应遵从树脂厂家的推荐温度.7.6.2.1蒸汽发生器的设备应具有适宜的监控器以精确测量蒸汽的温度.固化的树脂的温度应通过放置在浸渍软管和已有的旧管道间的计量器来控制.7.6.2.2当蒸汽的温度被加热升高到即将开始固化时加热就完成了,这时暴露在外面的新的内衬软管会变硬,用间接的温度传感器的探测表明会有大量的热放出,这说明树脂的固化是一个放热的反应.米琪:采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法(ASTMF121698)?27?当达到了树脂的初始的固化温度后,温度必然会升高到树脂厂家推荐的二次固化的温度,应掌握好二次固化的温度,在这一期间,应通过控制蒸汽的散布量来维持这一温度.CIPP固化工艺必须考虑到原有的管道的材质,树脂体系和土壤环境(土壤温度,湿度水平,和土壤的热传导性).7.6.3所需的压力在固化开始前,应掌握将柔性管嵌入已有的旧管道内并与管道紧贴在一起的工艺过程所需要的压力,此值应由软管的制造商提供.一旦固化开始且横向的凹痕已完成,所需要的压力就应维持不变,一直到固化完成.务必使压力保持在所需压力的偏差范围内(2.3in的水(1psi),使软管被嵌入到旧管道内.如果业主需要,在固化期间应维持连续的压力测量.7.7冷却7.7.1使用热水后利用冷却水冷却在将翻转立管的固定头放水之前,新的内管必须冷却到38C以下.冷却过程可以通过向翻转立管内导入冷却水来完成,用导入的冷却水来置换出管道下游末端的小孔里的水.在排水时务必小心,不要形成真空以免使新成型的管道受损.7.7.2蒸汽固化后使用冷却水冷却在将新的内管的内压释放之前,新的内管的温度必须冷却到45C以下.可采用导入冷却水的方法冷却,导入的冷却水用于置换新管内的从下游末端小孔内释放出的将要被排出的空气和蒸汽的混合物.务必注意在释放气压时,不要形成真空以免使新的成型的内管受损.7.8工艺质量翻转工艺完成后的管道在整个翻转段应是连续的和光滑的,没有污点,空鼓和分层现象.如果存在上述问题,则应将CIPP工艺的这些部位的管子去除并替代合格的新的CIPP管道.如果CIPP成型的内管在其端头部位不能与原来的旧管道紧密贴合,两管道之间的环行空间内必须用一种树脂密封,这种树脂应与CIPP工艺的树脂相溶和.7.9维护连接新管道在旧管道原位固化成型后,就应完成修复管道与未修复管段的连接.就没有人进入管道而言,可不通过开挖管道来实现,可以从管子内部借助于电视取像或一个间接的控制切割装置.8检测程序8.1对于每个由业主在合同条文或购买协议中设计的翻转的管道长度内,都要准备2个CIPP样品,按下述两种方法中的一种做检测.8.1.1样品必须从CIPP固化工艺管道的居中的人孔的位置切取,或者在翻转的末端,采用适当的加热槽例如沙包等已就位的管子上截取.8.1.2制作样品的材料应从管子上切取,且使用的固化体系就是管子的树脂/催化剂体系.当使用水加热时,样品应当在循环加热的热水的下游以夹具浇注的位置上截取;当使用蒸汽固化时,应当在消音器内切取.8.1.3以上情况下的每个样品都应足够的大,如果适用,则样品应能提供一种用于弯曲试验的3个最小的样品和标准中推荐的5个用于抗张强度的样品.当样品固化并从管体上剥离下来后应按下面的检测程序检测.8.1.3.1短期弯曲性能对重力管道和压力管道应按照ASTMD790规定的检测方法检测其初始的弹性膜量和弯曲应力,并且其结果应满足表1的规定.8.1.3.2抗张性能对压力管道应按照ASTMD638的方法的规定,测量样品的抗张强度,其结果必须符合表1的规定.8.2重力管道的泄露检测如果业主在施工合同或购买协议中要求,则对重力管道必须使用一逐渐渗漏检测法检测CIPP管道,检测时CIPP管道的两端都堵塞住并在CIPP管道内充满水.此检测应在CIPP管子冷却到环境温度时进行,而且此检测局限于管子的长度内不能有支线,并且管道的直径小于36in.对于任何长度的管子的允许的泄露量,在两端头之间每天每英里管道内不能超过50gal/in的量,如果使用气体则所有的气体将被稀释.在做渐泄露检测时,在最低端管道的最大内压不能超过10ft(3.0m)高的水压,或者翻转立管内的水的平面要比地下管道的管顶高出于2ft(0.6m)或者比地下水高出于2ft.泄露的量可通过一暂时在翻转内衬管的上游安装有塞子的立管内,通过水平面的升降来计量.检测必须持续最短lh.8.3压力管道检测如果业主在施工合同或购买协议中要求,则对?28?防腐保温技术2005年第13卷第2期压力管道必须做静压检测,所推荐的压力和泄露检测应两倍于管道体系的工作压力,或者在工作压力的基础上再加50psi,且保持体系在这种压力下持续23h来检测CIPP管道的稳定性.稳定性试验后,再开始压力检测lh.压力检测期间,每天每英里管道内,管道所允许的泄露应在20gal/in范围内,且在检测前,应将管道内的所有气体都应抽走,并且CIPP管道应被冷却到环境温度.8.4分层检测如果业主在施工合同或购买协议中要求,每个翻转长度的管子都应做分层试验.CIPP管道的样品应按照8.1.2条的规定准备,除非管子上的某些部位材料已经与树脂隔离开了可直接用于管子分层的检测(更进一步的信息可与软管的制造商资询).分层检测应按照ASTMD930规定的方法进行,下面的情况除外.8.4.1启动功率的速率为25ram/rain.8.4.2每个翻转管段检测5个样品.8.4.3检测样品的厚度应按最小值确定,但必须能满足CIPP管道非均质材料的分层检测的需要.8.5CIPP管道薄层间的任何非均质层间的剥落或剥离强度应最小为l78.60g/mm,对典型的CIPP管道的宽度.8.6检测和承诺施工的质量可以被直观检测;或者如果直观检测不能进行,也可以采用闭路电视.软管的结构和级别的变化是必然的,因为原有管道的环境是千差万别的.不能有地下水的渗透产生.所有的服务人口都应经过计算和说明,并且是无障碍的.附录x1设计应考虑的因素x1.1术语x1.1.1局部损坏的管道原有的管道仍能支撑土壤和超额载荷,一直到管道的全部的设计寿命期间.管道临近的土壤可对管道提供足够的支撑.管道可能有纵向开裂并管道的直径存在有10.0以内的变形.如果管道直径的变形大于10.0%,所需要的设计方法可选择其中的一个(参看注).x1.1.2全部老化损坏管道原有的管道不仅看起来在结构上已不能支撑土壤和其上的负载,而且也不可能使被修复的管道在该环境下能达到其设计的寿命.很明显,由于流体,大气,土壤或所施加的负载的作用或者管道已腐蚀掉了,或者原有的管道已失去了原来的形状,即原来的管道已不见了.X1.2重力管道X1.2.1局部损坏的重力管道由于土壤和多余的负载可由原有的管道承载,CIPP管道仅用于支撑地下水的静压.应由甲方提供地下水的水位,并且CIPP管道的厚度应能足以支撑这一水的静压而不致使管道塌落.下面的方程式可用于确定管道的壁厚:P一2KEI/(1一)?l/(SDR1).?C/N(X1.1)式中P地下水压力,psi(MPa);K土壤和与新管道相邻的已存管道的增强因子,一般取7(当完全支撑已有的管道时,推荐其最小值取7);ECIPP管道的长期的弹性膜量,psi(MPa)(参看注X1.1);u箔松比,(平均为0.3);SDR一一CIPP管道的标准尺寸比;c一一椭圆变形因子一(1-q/100/1+q/loo3).;q原有管道的椭圆百分比一100(平均内径一最小内径)/平均内径,或者是100(最大内径一平均内径)/平均内径;N一安全系数.注:x1.1一E数值的选择(来源于制造商的文献)将取决于与所设计的结构的寿命有关的持续作用的负载,P.例如,如果估计的寿命是5o年,所施加的负载无论是连续施加的还是断断续续施加的,E数值的选择,都将采用适当的保守的原则,即选择整个结构在5O年时间内的所可能遭受到的地下水的最大的连续负载或流体温度,以保证可达到5O年以上的寿命;x1.2一如果翻转的管道上面没有地下水,则CIPP管道的必须具有一个最大的SDR比,为100,由设计环境决定.X1.2.1.1如果原来的管道是椭圆的,从方程X1.1所得到的CIPP管道将具有按下面的公式所计算的最小的厚度:米琪:采用翻转内衬技术修复旧管道和沟渠的标准方法(ASTMF121698)?29?1.5q/lOO(1+q/100)SDR一0.5(1+q/100)SDROLCIPP管的长期的弯曲强度,psi(MPa)一OL/PN(X1.2)(参看注x1.5).式中x1.2.1.2典型的设计计算可参看表x1.1表X1.1部分损坏的中立管道环境下的最大地下水负载直径(原有管道的内直径)/inCIPP管的公称直径/mmCIPP管的厚度t/in允许的最大地下水负载(在翻转管道之上)ftmA假定K一7.0,E一125000psi(862MPa)(50年的5虽度),V=0.30,C一0.64(5的椭l虽l度),并且,N一2.0x1.2.2全部损坏的重力管道所设计的CIPPEI/D.一E/12(SDR).管道应能支撑水压,土壤和活动的负载.地下水的水0.093(inIb)位,土壤的类型和深度,以及活动的负载都应由甲方(X1.4)(合同方)确定,下面的方程是用来计算当支撑这些或负载,而又使管道不发生大损坏时所需要的CIPP管E/12(SDR).0.00064(SI)的厚度.式中E初始弹性膜量,psi(MPa).q一C/N-32RwBEs(ELI/D.)(X1.3)注:X1.3用于非圆形管道设计的可选择的式中q管道上所受的总外压,psi(MPa);有限兀分析法;Rw水的浮力tT-(o.67min)一10.33(X?对土壤作用模量的定义可参看标准W/u,.D3839的规定.x1.2.2.2全部损坏的环境下的CIPP管的最小Hw管顶上部水的高度,f(m)厚度的设计,应能满足方程x1.1和X1.2.H管顶上部土壤的高度,ft(m)X1.3压力管道B弹性支撑系数一1/(1+4eo.065H)inX1.3.1在部分损坏的管道环境下施加在已有poIbund,(1/(1+4e州)SI单位的地下管道内的CIPP管的设计应能支撑管道外部利的静荷载,这些静荷载是由地下水产生或者是需承ICIPP管的转动惯量,in/in(ram/ram)载穿过原有管道的管壁的任何孔洞的内压.方程x/l;1.1的结果对应于方程x1.6或x1.7,并直接由方tCIPP管的厚度,in(ram);程x1.5得出,并且是选择的CIPP管的最大的壁C椭圆减少因子(参看x1.2.1);厚.在地面以上情况下设计时CIPP管应能设计成仅N安全系数;能承载由方程x1.5X1.7所计算出的内压即可.Es土壤反作用系数,psi(MPa)(参看注如果原有管道的管壁上的空洞与原有的管道的X1.4);直径之比不超过方程x1.5的大小,则CIPP管被假ECIPP管的长期弹性模量,psi(MPa);定为一固定在孔洞边缘的圆形的平板,仅遭受到横D原有管道的平均内径,in(ram).向的压力.在这种情况下可用方程x1.6设计.对于x1.2.2.1由方程x1.3进行CIPP管的设计必d/D之比大于方程x1.5之值的孔洞,内衬管不能须有一最小厚度值,可通过下式进行计算:认为是平面的负载,而是一种环状或环绕的应力,应2151555951良良O151585851OO1O17121O42121212126664422119333557799O2223344557OOOOOOOOOO000?3O?防腐保温技术2005年第13卷第2期使用方程x1.7来计算:d/D1.83(t/D)(X1.5)式中d原有管道管壁上破损小孔的直径,in(mm);D原有管道的平均内径,in(mm);tCIPP管的厚度,in(mm).P=5.33/(SDR一1)(D/d),/N(x1.6)式中SDR为CIPP管的标准尺寸比;D原有管道的平均内径,in(mm);d原有管道管壁上破损4,1L的或开孔直径,in(mm);CIPP管的长期的弯曲强度,psi(MPa)(参看注x1.5);N安全系数.注:X1.5中.一数值的选择(来源于制造商的文献)将取决于与所设计的结构的寿命有关的持续作用的负载,P.例如,如果估计的寿命是5O年,所施加的负载无论是连续施加的还是断断续续施加的,o一数值的选择,都将采用适当的保守的原则,即选择整个结构在5O年时间内的所可