RibLoc螺旋缠绕管技术工艺

1、Rib Loc 螺旋缠绕管技术 北京京城恒通管道维护有限公司 2007-11 目录 一、RIB LOC螺旋缠绕管技术简介 3 二、技术参数及设备 5 2.1 基本管道参数 5 2.2 现场要求 5 2.3 设备 6 三、缠绕技术实施过程 11 3.1. 管道清洗和检测 11 3.2. 水流改道 11 3.3. 扩张法（ EXPAND）A 管道成形过程 11 3.3.1. 管道的初步缠绕成形 11 3.3.2. 管道的扩张最后成形 12 34 固定口径法（RIBSTEEL管道成形过程 13 3.4.1. 管道的缠绕 13 3.4.2. 管道的灌浆 14 3.5. 管道缠绕成形时间和后续处理 14

2、 四、特点、优势及适用范围 16 4.1. RIB LOC 螺旋缠绕管技术主要有以下特点 16 4.2. 无法比拟的综合优势 20 4.3. 适用范围 22 五、RIB LOC螺旋缠绕管材料属性与测试 23 5.1. UPVC 基本材料 23 5.2. 型材测试 23 5.2.1. 抗化学性 23 5.2.2. 抗劳损性 24 5.2.3. 流体摩擦损失和表面粗糙度测试 25 六、RIB LOC螺旋缠绕管工艺属性、设计标准和测试 26 6.1. 缠绕管型材工艺指标 26 6.2. 缠绕管的施工设计标准 26 6.3. 缠绕管测试 26 6.3.1. 缠绕管变形试验 27 6.3.2. 缠绕管水

3、密性试验 28 七、RIB LOC螺旋缠绕管的维护30 一、Rib Loc螺旋缠绕管技术简介 Rib Loc螺旋缠绕管是一种快速、可靠、实用和完备的，专用于污水及雨水管管道更新和修复 的完全非开挖技术。这种技术主要有扩张法（Expanda）和固定口径法（Ribsteel ）两种工艺。 扩张法（Expanda）主要适用于口径为 150毫米到800毫米的管道。该工艺是利用现有的人孔进， 通过专用的缠绕机在原有的管道内将带状聚氯乙烯（PVC型材（见图1）螺旋缠绕成一条新管。所 用型材外表面布满 T形肋，以增加其结构强度。而新管内壁则光滑平整，以改善水流通过性。带状 型材两边各有两对公母锁扣，锁扣在螺

4、旋旋转中互锁，从而形成一条连续无缝的新管。当一段螺旋 管缠绕完毕后，通过拉动预埋的钢线，将次级锁扣拉断，使新管开始径向扩张，直到新管紧紧地贴 在原有管道的内壁上。 主鞭抓一级抑锁 图1典型的扩张工艺（Expa nda）施工示意图 固定口径法（Ribsteel ）主要适用于口径为 450毫米到2500毫米的管道。与扩张法（Expanda） 不同，该工艺是在原有的管道内，将带状型材（见图2）螺旋旋转缠绕成一条固定口径的新管，并 在新管和旧管之间的空隙灌入水泥浆。所用型材结构也与扩张法（Expanda）的相似，在缠绕中也是 通过公母锁扣的互锁来形成一条连续无缝的新管。 插入点 型的固定口径（Ribs

5、teel ）施工示意图 、技术参数及设备 2.1基本管道参数 采用Rib Loc螺旋缠绕管技术，一次性可更新管道的长度取决于机器的扭矩。理论上，如果扭 矩足够的话，可更新管道可以无限延长。目前一次更新的管道最长超过200米，且中间无任何接口。 更新管道口径从150mm到2500mm般情况下，由于型材的厚度的影响，原管道口径会缩小10% 但是，由于更新后管道内表面光滑，粗糙系数低，整体输送能力损失不大。 2.2现场要求 Rib Loc螺旋缠绕管技术的施工是从人孔井到人孔井，或通过其他适合的进口。因此，一般情 况下只需要移开人孔井盖即可。如果进口太小，缠绕笼也可以分拆开来放入井中，然后在井内组装。

6、 设备连接线和型材可以通过人孔井口送到井里的缠绕机（图3）。如果入口的地方可以停放车辆则更 好，这样装载设备和材料的卡车可以直接停放在人孔井边，也可以根据需要安置在地面上。一般情 况下要占用一条车道，长 10米左右（图4）。 图3图4 2.3设备 所有需要的设备可以安装在卡车上，并在卡车上操作，也可以根据现场需要移动和放置。这些 设备包括： 图5 1）电子自动控制设备 在采用Rib Loc螺旋缠绕管扩张工艺（Expanda）时，电子自动控制设备用来控制新管的扩张过 程。计算机系统可以通过不间断地监视，计算整个实施过程所需要的技术参数来确保Rib Loc缠绕 管完全扩张。 图6 2）在人孔井中制

7、作新管的特殊缠绕机 缠绕机通过连续缠绕不停输送进来的PVC型材，使型材上锁扣互锁，从而使缠绕成形的新管达 到密封的要求。并且，操作员可以通过控制缠绕机来控制缠绕管的速度。 23 图7 3）适用于不同口径的缠绕头 新管口径尺寸是通过缠绕头来实现的，缠绕头的选用要根据原管道内径的大小。在一定范围内, 缠绕头可以进行调节，同时它也可以分成两片，便于运输和放入人孔井。 图8 4）驱动缠绕机的液压动力装置 图9 5）提供动力和照明的发电机 图10 6）空气压缩机 图11 7）检查管道及辅助施工用的闭路电视检查装置（CCTV 图12 8）放置型材的滚筒和支架 图13 9）输送型材装置 图14 10）拉钢线

8、设备 图15 11）密封剂泵 图16 三、缠绕技术实施过程 3.1. 管道清洗和检测 通过高压水清洗可以清除管道内所有可能影响新管成形的污垢、垃圾、树根和其他物质。采用 闭路电视（CCTV检测技术可以清晰地观察、记录和定位管道内情况（如裂纹，水泥硬块，支管位 置等）。 32水流改道 通常情况下，Rib Loc 螺旋缠绕管技术可以带水作业（30%的满水位），施工中并不需要特别 泵水来改变水流。但当水流过大或过急影响工人安全，以及在业主要求下，需要进行水流改道或泵 水。水流改道的方法有多种，例如：可以在上游人孔井内用管塞将管道堵住或在必要情况下将水抽 到下游人孔井，坑道或其它调节系统。另外，Rib

9、 Loc螺旋缠绕管技术可以允许在施工过程中暂停， 让水流通过。 3.3. 扩张法（Expanda）管道成形过程 3.3.1. 管道的初步缠绕成形 在机器的驱动下，PVC型材被不断地卷入缠绕机，通过螺旋旋转，使型材两边的主次锁扣互锁， 从而形成一条比原管道小的、连续的无缝新管。当新管到达另一人孔井（接受井）后，缠绕停止。 （1）将润滑密封剂注入主锁的母扣中（这种润滑密封剂在缠管和扩张过程中起润滑作用，在扩 张结束衬管成形后起密圭寸作用）； （2）卷入高抗拉的预埋钢线。这条钢线被拉出时将割断次锁扣使新管能够扩张。但是在新管缠 绕成形过程中，钢线并不往外拉； （3）带状型材被卷成一条圆型衬管。 图1

10、8 3.3.2. 管道的扩张最后成形 缠绕初步成形完成后，缠绕机停止工作。然后在终点处新管上钻两个洞并插入钢筋以防止新管 在接下来的扩张中旋转。一切就绪后，启动拉钢线设备和缠绕机，随着预埋钢线的缓缓拉出，在缠 绕成形过程中互锁的次扣被割断，从而在缠绕机的驱动下使型材沿着的主锁的轨迹滑动并不断地沿 径向扩张，直到非固定端（缠绕机端）的新管也紧紧地贴在原管道管壁。通常，在新管扩张完成后, 对新管两端进行密封（密封材料通常是与新管材料相容的聚乙烯泡沫或聚胺脂）。 图19扩张法（Expanda）型材锁扣被拉断情形剖面示意图 图20缠绕管扩张情形 34 固定口径法（Ribsteel ）管道成形过程 3.

11、4.1. 管道的缠绕 固定口径法（Ribsteel ）新管的缠绕过程与扩张法（Expanda）类似，也是当新管到达另一人孔 井后，缠绕成形过程停止。 图21美国加州施工现场 但是，用于 Rib Loc螺旋缠绕固定口径管的聚氯乙稀型材可以通过电熔机进行电熔对焊，这样 每次缠绕管的长度可以更长。 图22型材焊接装置 3.4.2. 管道的灌浆 按固定尺寸缠绕新管完成后，在母管和新管之间可能会留有一定的间隙（环面），如果必要的话, 这一间隙可以用水泥浆来填满。由于通过缠绕完成的新管已经设计好能承受所有的水流力、土壤、 交通载荷以及外部地下水压，因此水泥浆本身并不需要用来增强新管的强度，只是起到将荷载传

12、递 到衬管上的作用。 图23 3.5.管道缠绕成形时间和后续处理 根据以往的经验，如果所有的CCTV闭路电视检测和清洗工作已经完成，依管径、长度和施工现 场情况的不同，通常一个管段（约100米）的更新过程仅需约 3个小时，每天可以做 2-3段。其它 施工工序，如支管切割等可以在穿管后马上进行（如图例35所示）。 垃 了 士 1. 开始缠绕2.缠绕完成 3.扩张完成4.支管切割 图24 扩张法（Expanda ）施工顺序演示图 四、特点、优势及适用范围 4.1. Rib Loc螺旋缠绕管技术主要有以下特点 1）一般情况下无需开挖，只需利用现有人孔井; 图25 2）所需设备可固定在卡车上，便于移动

13、，施工快； 图26 3）适合于在地理位置复杂的地方施工； 4）占用路面少; 图27 图28 5）管内有部分水流（最高达30%）亦可继续施工； 图29 6）无养护过程，用户支管可在施工后立即打通； 图30 7）在损坏严重的管道内能穿过断管处和接头断开处; 图31 8）柔韧度好，即使在地层运动的情况下新管也能正常工作; 图32 9）完全不依赖原管道的独立承载性，设计使用寿命达50年; 图33 （外面管道遇到洪水后被损坏，但里面的新管却能独立运行） 10）内表面十分光滑，曼宁系数n=0.009，能提高水流能力； 图34 11）施工安静，安全（施工中没有加热过程或化学反应过程），无噪音，对周围环境环境

14、没有污 染和损害； 图35 12）抗化学腐蚀能力，材料的属性和质量不受环境影响（详见材料属性和测试）。 4.2. 与传统开挖方式相比，Rib-Loc螺旋缠绕管技术还具有以下无法比拟的综合优势： 1、施工工期极短； 2、施工对交通的影响很小； 3、施工对周边环境的影响小； 4、能解决繁忙的市区道路根本无法开挖的情况； 5、能在不影响原管道正常使用的情况下进行施工（带水作业）； 6、间歇式的施工方式等等。 Rib-Loc螺旋缠绕管技术的这些优势，有些是无法用单一的经济数字来衡量，例如第2和第4 项。为了更加直观的进行各项指标的对比，我们借用一个案例，分别以传统开挖方式和Rib-Loc 螺 旋缠绕管

15、技术作为施工工艺，进行比较： 案例分析 工程状况：管径 800mm埋深5-6m，管长30m 比较项目 传统开挖方式 Rib-Loc缠绕工艺 工程间接费用 1. 管道堵水分流 2. 交通管制 3. 兴修交通临时通道 4. 交通设施的暂时迁移和复原 无 施工工期 开挖及拆除旧管： 3天 换管：1天 道路回填和路面修复：2天 总工期：6天 管道冲洗：3 小时 设备现场调试： 2 小时 管道修复施工：1 小时 总工期：6小时 施工区域 以需更换的管道为中心，进行55m （长）X 12 m （宽）的区域围闭， 而且在施工工期内围闭不能拆除和 移动。 以需更换管道的工作井为中心， 进行15 m （长）X

16、4 m （宽）的区 域做交通隔离，而且可以随时根 据路面交通需要移动隔离栏。 对交通的影响 很大，对路段繁华，路面较窄的区 域，还需进行交通管制或兴修临时 通道，费用庞大。 很小，而且时间很短。对路段繁 华，路面较窄的区域，可选择在 深夜施工，白天恢复交通。 对路面破坏 很大 利用原管道工作井，无需进行任 何路面的破坏。 对周边环境影 很大 微小，噪音源主要来自小功率的 响（环保、噪音 等） 发电机。 对原管道运行 状况影响 必须对原管道进行堵水分流或暂停 使用。 可选择在管道低水位时带水作 业，对系统运行无影响。 施工的连续性 需连续性施工，直至工程完工。 可根据具体要求进行间歇式施 工，可

17、将对外界的影响降至最低。 工艺的选择 在管线错综复杂的区域，特别是在 开挖区域内有较多其它性质的管线 存在时，此工艺可供选择性减小或 不适用。 越复杂的路段，越复杂的管线， 此工艺的优势越明显，综合造价 越低，社会效益越突出。 安全隐患 对交通及周边的管线都存在安全隐 患。 对交通的安全隐患可降至最低， 对周边管线无任何影响。 表1传统开挖与Rib Loc缠绕管技术的比较 综上所述，如果综合考虑到各种因素在内，采用Rib - Loc缠绕工艺具有无法比拟的经济和社会 效益。 43 正是由于以上诸多优点，Rib Loc螺旋缠绕管技术可以应付各种管道损坏情况，包括： 1）因地质因素（泥土松动，地表移

18、动等）引起的管道结构性损坏（沉降，接头错位和开裂等）； 2）因交通或地面建筑物引起的管道承载超重造成的管道破损； 3）污水中的各种化学物质和废气引起的管道腐蚀； 4）流体中的硬块磨擦管壁造成的管道磨损； 5）通过接头或裂缝挤进入管道的树根造成的损害或堵塞； 6）因地下水渗透而造成管道输送能力下降或污水泄漏对土壤的污染； 7）差强人意的管材和施工质量，以及管道的正常老化。 根据原有管道的损坏情况和运行要求，通过Rib Loc螺旋缠绕技术成形的管道可以依靠设计满 足三类结构要求： （1）非结构管：当原有管道还有足够强度时，新管可以设计成只防范进一步腐蚀； （2）半结构管：当管道渗漏是主要问题时，可

19、以采用连续防水的扩张管来承受地下水压力； （3）全新结构管：当原有管道丧失所有功能时，可以采用独立承重的缠绕管来代替原有管道。 五、Rib Loc螺旋缠绕管材料属性与测试 5.1. UPVC基本材料 用于生产Rib Loc螺旋缠绕管带状型材的原材料是非塑性聚氯乙烯（ uPVC ,与用于生产普通雨 污水管道的聚氯乙烯材料基本相似。其颗粒符合美国ASTM51784标准中的第13354条。型材的生产 和制作也严格遵循美国 ASTMF 1697标准：用于污水管道更新的机制螺旋缠绕衬管的聚氯乙烯带状 型材标准。 5.2. 型材测试 所有用于Rib Loc缠绕管成形的聚氯乙烯型材样品均被送往以下四间独立的

20、权威检测中心进行 抗化学性、抗磨损性和测试。 1 ）澳大利亚皇家墨尔本科技大学（RMIT）聚合物技术中心 2 ）德国多特蒙德州北莱因威斯特伐利亚材料测试中心 3）澳大利亚国家测试协会成员之一的邓肯检测中心 4 ）南澳大利亚大学 5.2.1. 抗化学性 RMIT聚合物技 为了确定型材材料的抗化学性能，样品被送到澳大利亚皇家墨尔本科技大学（ 术中心，严格按照美国 ASTM D543标准：有关塑料材料抗化学介质标准进行了测试。测试方法 是在23 C的温度下将型材样品连续浸泡在8种介质中7天（见下表1 ）。7天后，所有样品经检验 后证实其各种物理化学性能都没有改变。 介质 图36测试现场 浓度 自来水

21、 海水 硝酸 磷酸 硫酸 植物油 100% 100% 5% 10% 10% 100% 0.1% 0.1% 清洁剂 肥皂液 表2测试介质及浓度 5.2.2. 抗劳损性 德国多特蒙德州北莱因威斯特伐利亚材料测试中心 为了证明Rib Loc螺旋缠绕管型材的抗磨损性及抗冲击性，2000年在德国多特蒙德州北莱因威斯特 伐利亚材料测试中心进行了一系列试验，其中有关抗劳损性的三个试验如下： 1）根据德国测试标准 DIN 1320第2部分，采用达姆施塔特法（ Darmstadt Method ）用重力冲 击进行测试。测试结果证明Rib Loc螺旋缠绕管型材的抗磨损性同普通聚氯乙稀管相似，甚至比混 凝土还强。

22、2）在0 C冷水冲击压力下的表现。 3）在外部超水压下的表现（短期荷载和长期荷载）。 所有测试结果显示 Rib Loc螺旋缠绕管符合在不同机械力下的抗劳损要求。 澳大利亚国家测试协会成员之一的邓肯检测中心 为了进一步证明Rib Loc螺旋缠绕管的聚氯乙稀型材在实际使用中的表现（污水管道环境下） 我们于1999年8月从一条1990年安装的DN300 口径的缠绕管上截取了两段样品。当时之所以选择 这条管道做缠绕管，是由于该管周围是流沙土，地下水渗漏严重，泥沙不断进入管中，严重影响了 管道的正常运行。目前该管道的上游管道还存在渗漏，因此管道内有大量的泥沙流过。 我们在该缠绕管的顶部和底部各取一个样品

23、。通过对样品的厚度进行测试和比较，来确定它的 磨损情况。样品被送到澳大利亚国家测试协会成员之一的邓肯检测中心进行一系列的检测。检测结 果显示样品的主要厚度的差别不超过0.003毫米或0.1%。由于测量的误差允许值是0.004毫米，因 此测试结论为该缠绕管没有磨损。 5.2.3. 流体摩擦损失和表面粗糙度测试 由于Rib Loc螺旋缠绕管的内壁十分光滑， 可以大大提高了流体的流量。 为了得到科学的论证, 我们于1994年将缠绕管样品送到南澳大利亚大学进行测试，经过测试得到该材料的流体摩擦损失系 数和管壁粗糙度参数如下： 有关系数 数值 Colebrook-White K=0.015 Haze n

24、-Williams C=140 曼宁 n=0.009 表3流体摩擦损失及表面粗糙度参数 通过与一些常用管道材料的曼宁系数进行比较，结果显示缠绕管内表面曼宁系数优于普通混凝 土管的n=0.012，据此粗略计算可提高流量约33%如同腐蚀严重的钢管相比（假设曼宁系数n=0.015）， 可提高流量约67% 六、Rib Loc螺旋缠绕管工艺属性、设计标准和测试 6.1. 缠绕管型材工艺指标 用于Rib Loc螺旋缠绕技术的带状型材均是根据美国ASTM F 1697标准：用于污水管道更新的 机制螺旋缠绕衬管的聚氯乙烯带状型材标准进行生产和测试的。所有出厂的产品都要经过严格的 检验以确保质量，同时产品样品还

25、要根据美国ASTMD2152标准用丙酮浸润来测试压延聚氯乙稀的抗 化学侵蚀性。缠绕管扩张工艺用型材主要有5种型号，而缠绕管固定口径工艺用型材主要有2种型 号。 6.2. 缠绕管的施工设计标准 Rib Loc螺旋缠绕管的施工设计是根据美国ASTM F1741标准：用于污水管道更新的机制聚氯 乙烯螺旋缠绕衬管的制作标准，该标准提供了原管道在半损坏或全部损坏情况下的计算公式。同时 我们在设计时，还结合了柔性埋设管的理念。 根据相关标准，Rib Loc螺旋缠绕管需要根据管道口径，埋深及地下水位等情况，通过计算来 检查型材的环形强度以选择不同的缠绕管型材。计算时选用的所有材料的属性值都是长期值，以保 证

26、其设计使用寿命为 50年。 除以上设计标准外，Rib Loc螺旋缠绕管技术还满足各种国际专业组织的标准要求： 1）美国材料和测试协会： ASTM F1697 ASTM F1741 2）美国公共工程协会（APW）公共工程施工标准（SSPWC “绿皮书” 3）英国水资源研究中心（ WRC-UK：污水管网更新手册（Sewerage RehabilitationHandbook） 4）国际标准化组织（ISO）:用于污水管道更新的塑料管及管件标准（TR11295标准） 6.3. 缠绕管测试 为了证明Rib Loc螺旋缠绕管的各种性能，除了对所用型材进行各种测试外，我们还对成形后 的缠绕管进行了不同的试验。 6.3.1. 缠绕管变形试验缠绕管变形试验 前面描述的有关材料抗化学性能的测试都是在严格的实验室环境下进行的，没有考虑外界因素 的影响。但是 Rib Loc螺旋缠绕管的工作介质是污水，而且地下水有时会含有很多化学成分，加上 污水本身的侵蚀性，以及外界压力的影响，构成了管道恶劣的工作环境。因此有必要针对实际的工 作环