CN1699816A - 旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不开挖内衬管道修复技术。它创造性地采用橡胶做衬里材料，提出了橡胶衬管的制造方法、衬管安装工法和施工工艺流程。本发明的实施，可以使市政部门得以立即着手进行灰口铸铁管道的改造，从而避免灰口铸铁管道频繁爆管等运行事故的发生。使在役旧管道能迅速恢复输水能力，减少漏耗，提高水质，不再生水垢、水锈。大幅度延长管道的使用寿命，具有显著的社会效益和经济效益，并有着广阔的市场和应用前景。

Description

旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术

技术领域

本发明涉及管道的修复方法，具体涉及一种旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，并涉及到衬里材料的选择、衬管制造方法、衬管安装工法和施工工艺流程。属于国际专利分类F16L55/00“管系中使用的相关设备及备件”技术领域。

背景技术

旧管道不开挖修复技术在中国历经十余年的引进和开发，取得了长足的进步。已经建立了有以下四大类工艺：CIPP——软管翻转法；ModifiedSliplining——PE管穿插法；Inner Cure——管内涂布固化法；爆管或胀管法(Pipe bursting)。可以说，在修复技术种类和水平上已经赶上了西方发达国家。但是，在实际旧管道的修复施工中，这些修复工艺并不能实现对各类管道的改造，最突出的就是我国公用系统使用最多的也是最需要重建的灰口铸铁管道。

按城镇供水1990年统计年鉴资料，灰口铸铁管道在管网各类材质中占有比率为88.56％(1990年以后灰口铸铁管道很少使用)。25年以上的运行年限，再加上灰口铸铁管道，大多采用落后的连续铸造工艺，造成灰铸铁管脆性大、强度低，残余应力大，在动载负荷大或震动大的地区容易受到损害等。已经进入事故多发期，管网抢修统计数据也给予了充分的说明。这些90年代前的管线，接口形式一般采用刚性接口，环空间隙采用浸油线麻、青铅和水泥填充，成为供水管道爆管和暗漏的主要隐患，也是湿煤气改输干燥的天然气后，燃气管网渗漏的原因。一旦发生事故，直接的和间接的经济损失巨大，对人民生活、环境保护等造成的社会效益的损失更是无法承受。市政部门已经把铸铁管道的更新改造视为当务之急。

灰口铸铁管道的修复，必须适应管道的实际状况和应用领域。经过对国内灰口铸铁管道现状的分析，可以得出：不论采用哪一种工艺，铸铁管道的修复应满足三个突出的要求：一是因为铸铁管道脆性大、接口隐患、地面沉降和温度变化要求内衬层必须具有足够的弹韧性，保证衬层可跟随金属基材的膨胀收缩等形变；二是对供水用铸铁管道来说，一般每隔100米管段就有一个消防栓，分向供水支管非常多，对燃气管线来说，凝水缸、支管等也很多，这就要求所选修复技术能很好地保证这些设施的功能，必须使内衬层与旧管内壁能够粘接牢固，否则流体在衬层与旧管内壁的间隙形成窜通；三是要求在修复后的运行期间接支管等作业不受内衬层影响。

上文所述及的四大类工艺，均不能满足这三个共同要求。

CIPP技术选用材料是有涂层的无纺布复合软管浸渍热固性树脂，受水压紧密胀贴在旧管内壁上，固化后形成类玻璃钢性质的衬层。应用于铸铁管线修复时，因为在承插接口处(通常有2-8厘米宽3-8厘米深的缝隙)内衬层易成贫树脂区而丧失性能；要达到良好的粘接，管内表面清洗要求高，但对旧管道来说，达到防腐要求的Sa2.5是不可能的；固化后的内衬层的刚性使得内衬层不能跟随旧管的形变；所以软管翻转法不能满足修复铸铁管道。

国外称做Modified Sliplining的不缩径塑料管穿插技术使穿插技术在近十年得到了快速发展。两种常用的工法：Rolldown的缩胀法，它是将PE管通过液压滚轮机均匀缩径，方便拉入旧管定位后，采用水压或气压复原。fold-and-formed pipe“U”型法是将PE管通过压制设备变成U型，使管径缩小40％，拉入旧管定位后，采用水压或气压复原。因为常用的聚乙烯管材与旧管不可能粘接，二者存在环空间隙；塑料与铸铁线胀系数差别在一个数量级，必须考虑温度变化对管线功能的影响；待修复的管线必须相当直；只能复原圆形截面的管道，原有管线的变形和偏移会对施工造成影响；修复后投入运行的管线再接支管时存在密封困难；特别是供水管线上固定存在的消防栓的密封成为难题等，使得PE管穿插法也无法满足铸铁管道修复的技术要求。

管内涂布固化法多数工艺主要适用于结构完好的管线的再防腐，对增加管线的结构强度、提高管线严密度益处不大。所以根本不适用于修复铸铁管道。

爆管或胀管法使用气动锤或液压胀管器从旧管的内部将其破碎，并用扩张器将旧管的碎片压入周围的土层，同时将新管拉入。从根本上说属换管的工艺，因我国管线纵横交错，旧管埋深较浅等原因使之不可能大面积推广。

所以，现有的旧管道修复技术无法满足灰口铸铁管道技术改造的需要，国际上也没有发现哪一项技术具备我国铸铁管道修复的技术要求。

发明内容

本发明的目的，在于提出一项能够满足灰口铸铁管道改造、具有广普性的不开挖修复技术，以恢复管线的功能，延长运行寿命。当然，它还能够满足其它多种旧管道的重建。

本发明的技术方案如下。

旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，是一项能够满足灰口铸铁管道改造需要的不开挖修复技术，其内衬层材料采用橡胶类材料。本项技术还能够满足其他多种旧管道的重建，包括各种管材、输送不同介质、不同级别压力的各类管道。

所述的橡胶材料包括天然橡胶、合成橡胶、橡塑共混体、热塑性橡胶、聚氨酯弹性体和似橡胶的粘弹聚合物。

所述的橡胶材料可以加入有机纤维、无机纤维或金属纤维等加强材料，或可通过中空来提高刚度等。

灰口铸铁管道不开挖修复采用橡胶内衬管，可通过挤出机械直接预制，同时也建立了粘接法、热(熔)焊法。

橡胶内衬层与铸铁(包括其它管材)的粘接可以选用符合要求的胶粘剂，熟橡胶可常温或加温粘合，生橡胶可常温或高温硫化。

衬管的安装工法可以采用翻转内衬工艺和拉入膨胀工艺。

所述的翻转内衬工艺和拉入膨胀工艺可以采用水或空气做动力。

不开挖修复技术的施工工艺流程是：开挖、断管→旧管道内壁的表面处理→涂底胶→橡胶衬管进入旧管道→硫化或压合→CCTV检验→断口密封及加固→压力测试→短节连接、回填→验收、运行。

橡胶内衬层安装完成后，对断口处和管道内部认为薄弱的点位增加内账圈，以进一步增加修复后管线的保险系数。

本发明以管道内衬作为基本出发点，从选择内衬材料入手，改进内衬管的制造加工工艺，创立适宜的、可操作性强的安装方法，使修复后的管线成为有机—无机复合管，保证内衬层与旧管内壁的良好粘接并能提供给灰口铸铁管道一定的韧性，杜绝渗漏的发生，降低管线对地层变动、温度变化甚至地震的敏感，实现管线再服役30-50年的目标。此项技术为国内国际首创，达到国际领先水平。

首先，本发明确定以在旧管道内加入衬里作为技术路线的基本出发点。为满足铸铁管线修复的基本要求，内衬层材料的选择是基础。所选取的内衬层材料，在确保实现与旧管内壁的良好粘接的同时，还必须提供相匹配的弹性、韧性和刚度。我们看到，聚乙烯塑料管弹性和刚度很好，但与金属管很难粘接，热固性树脂复合材料刚度有余而韧性不足，橡胶类材料综合性能介于二者之间，做整段管道修复的衬里基材，尽管在国内外尚无应用先例，且还存在加工等方面的诸多问题，仍成为本技术创新的始点，修复后的管道包括了“旧管+胶粘剂+橡胶层”的复合结构。这类材料包括天然橡胶、合成橡胶、橡塑共混体、热塑性橡胶、聚氨酯弹性体和似橡胶的粘弹聚合物。

橡胶类材料具有保护金属或其他基体免受各种介质侵蚀的能力，耐受酸、碱、无机盐及多种有机物的腐蚀。并有无毒性和良好的弹性、耐磨性、抗冲击性及与金属和其他基体的粘合性能。它的抗弯曲强度及弯曲模量几近为零，保证了这类材料能够跟随金属基材的形变。

橡胶类材料种类繁多，经过改性和配方调整，提供了对各种管线修复的选材空间。我们可以依据管道所输送介质的腐蚀特性、温度、压力等条件，选择适宜的胶种或复合胶种制成衬管。例如：因为要满足食品级卫生检验检疫，可选用天然橡胶、三元乙丙橡胶；因为优良的耐石油烃、非极性溶剂和极优的气密性，丁基橡胶可用于燃气管道修复。

在选择橡胶衬里和进行衬层设计的时候，需要首先考虑具体的使用要求，因此，获得近可能详细的资料是非常重要的。这些资料大致应该包括：管输介质及其化学腐蚀性；使用的最高及最低温度、平均温度和可能发生的温度变化；磨损：湿或干磨损，粒子的大小，速度，冲击距离。如果经验证明某局部地区总是有过分的磨损，在该区应增加衬里的厚度；使用压力：内部工作压力大小及真空度；其他苛刻要求。

整段旧管道的修复不同于局部修补，需预制相应长度的橡胶衬管。一直以来，因为没有橡胶衬管的应用市场，相关行业没有制造长橡胶衬管(＞1000mm)的机械设备甚至经历，我们必须根据橡胶材料的固有性质提出所需橡胶衬管的加工工艺。本发明首次建立了薄壁橡胶衬管的直接挤出法，它是通过对已有挤出设备的改进而试制成功的，直接挤出法生产的衬管经过生产线预制，没有接缝，性能稳定可靠，在压力管道修复施工中是必须的；可以根据个案工程的需要制成所要求的直径、长度和厚度。

另外，我们也建立了粘接法、热(熔)焊法，这两种方法应在重力管道修复中使用，其中热(熔)焊法只对部分橡胶材料可实施，如聚异丁烯橡胶、丁基橡胶等；粘接法我们在储罐的橡胶衬里中有应用，这时应根据输送介质的需要选择质量可靠的胶粘剂，以保证粘接质量。接缝的质量要求主要有两点：一是粘接牢度应接近甚至达到本体强度，二是耐受输送介质长期浸泡和温度冲击。

要保证橡胶衬管与旧管内壁的粘接，本发明通过胶粘剂来实现的。胶粘剂的选择范围很广，应根据胶种的不同和粘接工艺来选取。若采用生胶，就须配套热水硫化、预硫化、常压(低压)蒸汽硫化胶粘剂，使生胶硫化的同时完成粘接作业；若采用熟胶，可配套自硫化及其他种类的胶粘剂，不必再顾及橡胶材料的硫化。本发明提出橡胶衬管与旧管内壁的粘接的技术指标为：橡胶与金属的粘接强度：＞5MPa。

本发明还提出了橡胶衬管内壁(或外壁)涂相应的胶粘剂的步骤。为了保证橡胶衬层与旧管内壁的粘接强度，可以在橡胶衬管内壁(或外壁)涂相应的胶粘剂，与旧管内壁的胶粘剂配合使用，提高橡胶衬层与旧管内壁的粘接强度。

橡胶衬管进入旧管道，本发明提出两种工艺：

l、翻转内衬法：将按照设计预制好的橡胶衬管的一端与翻转弯头连接并绑紧密封，利用水(或空气)做翻转动力，随着水的不断加入推挤着橡胶层反翻向前进入并通过管道，在前进中，橡胶层的里层翻转到外面与旧管内壁粘接，而橡胶层的表层则成为新管道的内表面，将来与管输介质接触。一旦内衬层沿管线翻转展开并定位后，再根据设计需要采用加温加压硫化或加压常温粘合等工艺确保橡胶层与旧管形成紧密粘接。

2、牵入膨胀法：将按照设计预制好的橡胶衬管轴向折叠后，拉着一端进入旧管直至全部内衬层都进入管线内，再向折叠好的橡胶衬管内注入水压(或气压)，直至内衬层全部账贴在旧管内壁上，最后再根据设计需要采用加温加压硫化或加压常温粘合等工艺确保橡胶层与旧管形成紧密粘接。

具体实施方式

采用本发明提供的原材料，按本发明的安装工法、施工工艺流程，与公知的管道行业的通行操作规范结合起来，即可实施本发明。

本发明提供了一般工艺流程：

1、开挖、断管

2、旧管道内壁的表面处理

3、涂底胶

4、橡胶衬管进入旧管道

5、硫化或压合

6、CCTV检验

7、断口密封及加固

8、压力测试

9、短节连接、回填

10、验收、运行

其中，断口密封及加固是采用专利ZL 00231126.7和ZL 03242033.1所提供的技术进行，对断口处和管道内部认为薄弱的点位增加内账圈，以进一步增加修复后管线的保险系数。

橡胶内衬技术的优势

本发明涉及整体管道的修复，除了具有不开挖管道修复技术的共性优势。如：对环境、市政交通和居民生活影响小；在确保管线严密度的同时，增加了旧管道的承压能力；降低了流体磨阻，明显提高管输能力等。与已有的四种工法比起来具有重大突破，主要表现在对国内修复量极大且又需尽快实施的灰口铸铁管道的修复上。

(1)橡胶作为内衬层可以与铸铁管实现良好持久的粘接，是一体结构，完全不必担心环空窜流的问题，在此基础上完全可以实现对像消防栓、支管等管件的密封处理。

(2)橡胶内衬层具有足够的弹韧性，弥补了铸铁管道脆性大、接口隐患、地面沉降和温度变化引发的一系列问题。完全杜绝了渗漏，而且，即使铸铁管发生爆裂，橡胶内衬层可以至少膨胀3倍而不漏水(气)，此时路面已经变形，我们已在事故发生前看出来并解决之。更何况铸铁管道压力较低，橡胶内衬层本体强度已经能够满足运行要求。

(3)橡胶与铸铁的持久粘接，使得管线修复后的运行期间接支管等作业成为可能，不必担心支管密封不严造成环空窜流甚至泄漏的问题。

Claims (9)

1、一种旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，系一项适用于灰口铸铁管道及其它各类管道改造的不开挖修复技术，其特征在于：其内衬层材料采用橡胶类材料。

2、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：所述橡胶材料包括天然橡胶、合成橡胶、橡塑共混体、热塑性橡胶、聚氨酯弹性体和似橡胶的粘弹聚合物。

3、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：所述的橡胶材料可以加入有机纤维、无机纤维或金属纤维加强材料，或可通过中空来提高刚度。

4、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：灰口铸铁管道不开挖修复采用橡胶内衬管，可通过挤出机械进行直接预制，还可采用粘接及热熔焊方法。

5、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：橡胶内衬层与铸铁或其它管材料的粘接，应选用符合要求的胶粘剂，熟橡胶可常温或加温粘合，生橡胶可常温或高温硫化。

6、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：其衬管的安装工法可以采用翻转内衬工艺和拉入膨胀工艺。

7、根据权利要求1、6所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：上述翻转内衬工艺和拉入膨胀工艺可以采用水或空气做动力。

8、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：其施工工艺流程为：开挖、断管→旧管道内壁的表面处理→涂底胶→橡胶衬管进入旧管道→硫化或压合→CCTV检验→断口密封及加固→压力测试→短节连接、回填→验收、运行。

9、根据权利要求1所述的旧管道不开挖修复用橡胶内衬技术，其特征在于：在橡胶内衬层安装完成后，为进一步增加修复后管线的保险系数，对断口处和管道内部认为薄弱的点位增加内胀圈。