翻转内衬（CIPP）工艺在矩形管道修复中的技术探讨
田培培 李晓
（天津开发区新新管道修复工程有限公司 天津 300457）
摘要：城市地下管道的材质与形状的多样性决定了管道修复技术的多样化，因此，寻求一种能够适用于各类异形管道内衬的修复方法，是管道修复界共同的目标。本文论述了翻转内衬修复技术工艺，并向大家展示了一个将翻转内衬修复工艺应用在矩形管道中的成功案例，并指出了翻转内衬（CIPP）工艺的经济效益和社会效益，进一步拓展了应用范围，为管道修复界提供了一种适用性更为广泛的新技术。
关键词：翻转内衬，修复，矩形管道，意义
问题的提出
城市地下管网（包括给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业等管道），是城市赖以生存和发展的基础设施，是城市的“生命线”。这些“生命线”根据其用途不同，其材质和形状也各异。就管道材质而言，主要有铸铁管、钢管、预应力混凝土管和非金属管；就管道的形状而言，有圆形管、矩形管、椭圆形管等。
随着我国城市化的迅速发展，城市人口的快速增多，管线的负载日益增加，修复任务也越来越重，目前，地下管道非开挖修复领域中发展比较成熟的方法有：翻转内衬法、PE管穿插法、不锈钢衬里修复法、爆管法、缠绕法等。
在管道界存在不少的异型管道，用常规的修复技术始终不够理想，而利用翻转内衬修复技术可恰到好处的解决这一问题，使得矩形等异形管道的修复有了更加科学合理的办法。
翻转内衬工艺简介
翻转内衬施工工艺是在80年代初，由英、美、日等国兴起的高新技术产业。应用这一技术可有效对直径100mm—3000mm范围内的埋地管道进行非开挖整体内衬修复。一次施工作业长度视管径和作业条件而定，一般为200-500米为佳。
采用非开挖翻转内衬技术修复重力排放的污水管道，可直接利用原窨井和检测井分段施工。该工艺少开挖甚至免开挖，施工速度快，无污染，对道路交通和地面设施影响小，不扰民。简化了城市地下管线维修的各种限制条件，降低了施工成本，同时强化了管线功能，如承压、减阻、阻垢、耐腐蚀，提高了管线的整体密封性。经内衬后的管线使用寿命可延长30—50年。
其技术原理是：将具有防渗透耐腐蚀保护膜的纤维增强复合软管作为载体，经浸渍环氧基聚合物及合成树脂后，在水压或气压的作用下，使复合软管从待修管线的一端翻衬进入已清洗后的待修管道中，直至另一端。由于复合软管的柔韧性极强，因此，无论待修管道的形状如何，内衬管在压力作用下，都能与待修管线内壁紧密粘合，经固化后使待修管线形成整体性很强的复合管。其工艺流程如下:
确定作业段、断管——TV内窥检测——管线清洗——TV内窥检测——翻衬作业——固化作业——管端口处理、TV内窥检测——闭水试验及验收——原井恢复、作业坑回填、路面恢复。
翻转内衬工艺（CIPP）在矩形管道修复中的应用
齐鲁石化公司排海管线老区支线建设投产于1987年7月，采用现浇钢筋混凝土建设，该管道为宽1000mm、高800mm的矩形管道。设计最大排水量3200m3/h。该管道的管底、管壁厚200mm，管顶厚150mm，管道位于人行道下，距车行道1米，管道周边为居民区和农田。
齐鲁石化公司在实施管线普查过程中，根据该管线上下游水量的统计分析及取点检查，断定70%管道的底部严重腐蚀并泄露，亟待修复。项目立项后施工方对管线全线进行了TV内窥检测，结果大部分管道底部混凝土经腐蚀已裸露钢筋。（如图）：
修复前矩形管道内腐蚀状况图
一、管道修复施工方案的确定 （一）施工工艺的比较与筛选：
通过对该工程具体地理位置及腐蚀情况等条件的分析初步拟定方案为： 一、非开挖HDPE管穿插内衬法或缠绕内衬法。 二、非开挖不锈钢板内衬法。 三、非开挖翻转内衬法。
在这三种方案中，HDPE管穿插内衬法或缠绕内衬法仅适用于圆管，用于矩形管内衬后管道过流断面至少要损失37%左右；采用不锈钢衬里法，不仅工程造价高，而且内衬安装困难。若采用翻转内衬法对该矩形管道进行修复施工，除该工艺具有的一般优点外，它还具备其它修复工艺无法企及的优势：1、最大可能的减小了过流断面的损失；2、内衬管与原管壁紧密粘合，提高了管线的整体密封性，修复效果明显；3、纤维增强型环氧基聚合物内衬软管的物化性能优良，可以满足化工污水管线的使用要求；4、在温度高达150℃的高浓度化学介质中也不会被腐蚀。5、可根据原管的形状及排量的要求设计内衬管形状，满足流动性能稳定及介质内的杂质不易沉淀的要求。
（二）翻转内衬法在矩形管道修复中的设计思路及其理论依据
1、待修管线的特点
齐鲁化工排海管线老区支线有两个特点：① 管道为矩形钢筋混凝土排水管；② 管线腐蚀破损严重、介质成分复杂，对内衬材料要求高。
2、设计思路
①经翻衬作业后，由于复合纤维增强软管与混凝土矩形管内壁相互粘结，构成整体性很强的钢筋混凝土加内衬的复合管道。内衬复合软管不仅可以对原管进行内表面防护，而且浸渍的环氧基聚合物还可对原管线已形成的破损缺陷进行较好的修复，有效延长了原管的使用寿命，这点是其他修复工艺无法做到的。
②根据流体力学原理,在同等截面积下，矩形管的切应力沿管道内壁分布并不均匀，到矩形的直角处达到最大，且直角处易形成涡流，因此极易囤积固态物质，这不仅会增加水流阻力，而且还减少了过流断面的面积；断面形状为圆形或接近于圆形的管道流动性能比矩形管道好，不易囤积固态物质。
因此，该工程最终将矩形过流断面的四角处设计为圆滑弧线，这样，尽管断面面积略有减少，但弧线的设计却大大降低了涡流的形成几率，减小了流体的沿程阻力，提高了排水量。 （三）管线附加功能创意的形成
许多发达国家很早就认识到地下空间集约化管理的重要性及实用性，如何让排水管道形成多功能的作用，更是他们多年来研究的课题，比如①在地下设置共同沟，将多种管线埋设在该共同沟内，将来改扩建时就非常方便；②在市政排水管网敷设或修复时在管道断面周边预留出一定的管线敷设空间，为将来其他线路的铺设做准备，既经济，又实用。该创意不仅适用于矩形管道，还适用于卵形或圆形等管道等。
基于此理念，最终决定设计断面形状如下：
其中：①、②是为将来敷设电缆、光缆等预留的过线管。
二、翻转内衬法施工流程
过流断面确定以后，在①、②位置预设过线管并固定，同时原矩形管底部与两侧全线采用混凝土恢复，待混凝土充分凝固后过线管就被固定在矩形管的上部，经内壁TV内窥检测合格后，开始翻衬作业（作业长度视现场具体情况而定）、固化作业、闭水实验及验收等工序。
具体流程如下：