專利名稱：舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道的修復(fù)方法，具體涉及一種舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，并涉及到襯里材料的選擇、襯管制造方法、襯管安裝工法和施工工藝流程。屬于國(guó)際專利分類F16L55/00“管系中使用的相關(guān)設(shè)備及備件”技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
舊管道不開挖修復(fù)技術(shù)在中國(guó)歷經(jīng)十余年的引進(jìn)和開發(fā)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。已經(jīng)建立了有以下四大類工藝CIPP——軟管翻轉(zhuǎn)法；ModifiedSliplining——PE管穿插法；Inner Cure——管內(nèi)涂布固化法；爆管或脹管法(Pipe bursting)?？梢哉f，在修復(fù)技術(shù)種類和水平上已經(jīng)趕上了西方發(fā)達(dá)國(guó)家。但是，在實(shí)際舊管道的修復(fù)施工中，這些修復(fù)工藝并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各類管道的改造，最突出的就是我國(guó)公用系統(tǒng)使用最多的也是最需要重建的灰口鑄鐵管道。
按城鎮(zhèn)供水1990年統(tǒng)計(jì)年鑒資料，灰口鑄鐵管道在管網(wǎng)各類材質(zhì)中占有比率為88.56％(1990年以后灰口鑄鐵管道很少使用)。25年以上的運(yùn)行年限，再加上灰口鑄鐵管道，大多采用落后的連續(xù)鑄造工藝，造成灰鑄鐵管脆性大、強(qiáng)度低，殘余應(yīng)力大，在動(dòng)載負(fù)荷大或震動(dòng)大的地區(qū)容易受到損害等。已經(jīng)進(jìn)入事故多發(fā)期，管網(wǎng)搶修統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也給予了充分的說明。這些90年代前的管線，接口形式一般采用剛性接口，環(huán)空間隙采用浸油線麻、青鉛和水泥填充，成為供水管道爆管和暗漏的主要隱患，也是濕煤氣改輸干燥的天然氣后，燃?xì)夤芫W(wǎng)滲漏的原因。一旦發(fā)生事故，直接的和間接的經(jīng)濟(jì)損失巨大，對(duì)人民生活、環(huán)境保護(hù)等造成的社會(huì)效益的損失更是無法承受。市政部門已經(jīng)把鑄鐵管道的更新改造視為當(dāng)務(wù)之急。
灰口鑄鐵管道的修復(fù)，必須適應(yīng)管道的實(shí)際狀況和應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)灰口鑄鐵管道現(xiàn)狀的分析，可以得出不論采用哪一種工藝，鑄鐵管道的修復(fù)應(yīng)滿足三個(gè)突出的要求一是因?yàn)殍T鐵管道脆性大、接口隱患、地面沉降和溫度變化要求內(nèi)襯層必須具有足夠的彈韌性，保證襯層可跟隨金屬基材的膨脹收縮等形變；二是對(duì)供水用鑄鐵管道來說，一般每隔100米管段就有一個(gè)消防栓，分向供水支管非常多，對(duì)燃?xì)夤芫€來說，凝水缸、支管等也很多，這就要求所選修復(fù)技術(shù)能很好地保證這些設(shè)施的功能，必須使內(nèi)襯層與舊管內(nèi)壁能夠粘接牢固，否則流體在襯層與舊管內(nèi)壁的間隙形成竄通；三是要求在修復(fù)后的運(yùn)行期間接支管等作業(yè)不受內(nèi)襯層影響。
上文所述及的四大類工藝，均不能滿足這三個(gè)共同要求。
CIPP技術(shù)選用材料是有涂層的無紡布復(fù)合軟管浸漬熱固性樹脂，受水壓緊密脹貼在舊管內(nèi)壁上，固化后形成類玻璃鋼性質(zhì)的襯層。應(yīng)用于鑄鐵管線修復(fù)時(shí)，因?yàn)樵诔胁褰涌谔?通常有2-8厘米寬3-8厘米深的縫隙)內(nèi)襯層易成貧樹脂區(qū)而喪失性能；要達(dá)到良好的粘接，管內(nèi)表面清洗要求高，但對(duì)舊管道來說，達(dá)到防腐要求的Sa2.5是不可能的；固化后的內(nèi)襯層的剛性使得內(nèi)襯層不能跟隨舊管的形變；所以軟管翻轉(zhuǎn)法不能滿足修復(fù)鑄鐵管道。
國(guó)外稱做Modified Sliplining的不縮徑塑料管穿插技術(shù)使穿插技術(shù)在近十年得到了快速發(fā)展。兩種常用的工法Rolldown的縮脹法，它是將PE管通過液壓滾輪機(jī)均勻縮徑，方便拉入舊管定位后，采用水壓或氣壓復(fù)原。fold-and-formed pipe“U”型法是將PE管通過壓制設(shè)備變成U型，使管徑縮小40％，拉入舊管定位后，采用水壓或氣壓復(fù)原。因?yàn)槌Ｓ玫木垡蚁┕懿呐c舊管不可能粘接，二者存在環(huán)空間隙；塑料與鑄鐵線脹系數(shù)差別在一個(gè)數(shù)量級(jí)，必須考慮溫度變化對(duì)管線功能的影響；待修復(fù)的管線必須相當(dāng)直；只能復(fù)原圓形截面的管道，原有管線的變形和偏移會(huì)對(duì)施工造成影響；修復(fù)后投入運(yùn)行的管線再接支管時(shí)存在密封困難；特別是供水管線上固定存在的消防栓的密封成為難題等，使得PE管穿插法也無法滿足鑄鐵管道修復(fù)的技術(shù)要求。
管內(nèi)涂布固化法多數(shù)工藝主要適用于結(jié)構(gòu)完好的管線的再防腐，對(duì)增加管線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高管線嚴(yán)密度益處不大。所以根本不適用于修復(fù)鑄鐵管道。
爆管或脹管法使用氣動(dòng)錘或液壓脹管器從舊管的內(nèi)部將其破碎，并用擴(kuò)張器將舊管的碎片壓入周圍的土層，同時(shí)將新管拉入。從根本上說屬換管的工藝，因我國(guó)管線縱橫交錯(cuò)，舊管埋深較淺等原因使之不可能大面積推廣。
所以，現(xiàn)有的舊管道修復(fù)技術(shù)無法滿足灰口鑄鐵管道技術(shù)改造的需要，國(guó)際上也沒有發(fā)現(xiàn)哪一項(xiàng)技術(shù)具備我國(guó)鑄鐵管道修復(fù)的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提出一項(xiàng)能夠滿足灰口鑄鐵管道改造、具有廣普性的不開挖修復(fù)技術(shù)，以恢復(fù)管線的功能，延長(zhǎng)運(yùn)行壽命。當(dāng)然，它還能夠滿足其它多種舊管道的重建。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，是一項(xiàng)能夠滿足灰口鑄鐵管道改造需要的不開挖修復(fù)技術(shù)，其內(nèi)襯層材料采用橡膠類材料。本項(xiàng)技術(shù)還能夠滿足其他多種舊管道的重建，包括各種管材、輸送不同介質(zhì)、不同級(jí)別壓力的各類管道。
所述的橡膠材料包括天然橡膠、合成橡膠、橡塑共混體、熱塑性橡膠、聚氨酯彈性體和似橡膠的粘彈聚合物。
所述的橡膠材料可以加入有機(jī)纖維、無機(jī)纖維或金屬纖維等加強(qiáng)材料，或可通過中空來提高剛度等。
灰口鑄鐵管道不開挖修復(fù)采用橡膠內(nèi)襯管，可通過擠出機(jī)械直接預(yù)制，同時(shí)也建立了粘接法、熱(熔)焊法。
橡膠內(nèi)襯層與鑄鐵(包括其它管材)的粘接可以選用符合要求的膠粘劑，熟橡膠可常溫或加溫粘合，生橡膠可常溫或高溫硫化。
襯管的安裝工法可以采用翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝和拉入膨脹工藝。
所述的翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝和拉入膨脹工藝可以采用水或空氣做動(dòng)力。
不開挖修復(fù)技術(shù)的施工工藝流程是開挖、斷管→舊管道內(nèi)壁的表面處理→涂底膠→橡膠襯管進(jìn)入舊管道→硫化或壓合→CCTV檢驗(yàn)→斷口密封及加固→壓力測(cè)試→短節(jié)連接、回填→驗(yàn)收、運(yùn)行。
橡膠內(nèi)襯層安裝完成后，對(duì)斷口處和管道內(nèi)部認(rèn)為薄弱的點(diǎn)位增加內(nèi)賬圈，以進(jìn)一步增加修復(fù)后管線的保險(xiǎn)系數(shù)。
本發(fā)明以管道內(nèi)襯作為基本出發(fā)點(diǎn)，從選擇內(nèi)襯材料入手，改進(jìn)內(nèi)襯管的制造加工工藝，創(chuàng)立適宜的、可操作性強(qiáng)的安裝方法，使修復(fù)后的管線成為有機(jī)—無機(jī)復(fù)合管，保證內(nèi)襯層與舊管內(nèi)壁的良好粘接并能提供給灰口鑄鐵管道一定的韌性，杜絕滲漏的發(fā)生，降低管線對(duì)地層變動(dòng)、溫度變化甚至地震的敏感，實(shí)現(xiàn)管線再服役30-50年的目標(biāo)。此項(xiàng)技術(shù)為國(guó)內(nèi)國(guó)際首創(chuàng)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
首先，本發(fā)明確定以在舊管道內(nèi)加入襯里作為技術(shù)路線的基本出發(fā)點(diǎn)。為滿足鑄鐵管線修復(fù)的基本要求，內(nèi)襯層材料的選擇是基礎(chǔ)。所選取的內(nèi)襯層材料，在確保實(shí)現(xiàn)與舊管內(nèi)壁的良好粘接的同時(shí)，還必須提供相匹配的彈性、韌性和剛度。我們看到，聚乙烯塑料管彈性和剛度很好，但與金屬管很難粘接，熱固性樹脂復(fù)合材料剛度有余而韌性不足，橡膠類材料綜合性能介于二者之間，做整段管道修復(fù)的襯里基材，盡管在國(guó)內(nèi)外尚無應(yīng)用先例，且還存在加工等方面的諸多問題，仍成為本技術(shù)創(chuàng)新的始點(diǎn)，修復(fù)后的管道包括了“舊管+膠粘劑+橡膠層”的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這類材料包括天然橡膠、合成橡膠、橡塑共混體、熱塑性橡膠、聚氨酯彈性體和似橡膠的粘彈聚合物。
橡膠類材料具有保護(hù)金屬或其他基體免受各種介質(zhì)侵蝕的能力，耐受酸、堿、無機(jī)鹽及多種有機(jī)物的腐蝕。并有無毒性和良好的彈性、耐磨性、抗沖擊性及與金屬和其他基體的粘合性能。它的抗彎曲強(qiáng)度及彎曲模量幾近為零，保證了這類材料能夠跟隨金屬基材的形變。
橡膠類材料種類繁多，經(jīng)過改性和配方調(diào)整，提供了對(duì)各種管線修復(fù)的選材空間。我們可以依據(jù)管道所輸送介質(zhì)的腐蝕特性、溫度、壓力等條件，選擇適宜的膠種或復(fù)合膠種制成襯管。例如因?yàn)橐獫M足食品級(jí)衛(wèi)生檢驗(yàn)檢疫，可選用天然橡膠、三元乙丙橡膠；因?yàn)閮?yōu)良的耐石油烴、非極性溶劑和極優(yōu)的氣密性，丁基橡膠可用于燃?xì)夤艿佬迯?fù)。
在選擇橡膠襯里和進(jìn)行襯層設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要首先考慮具體的使用要求，因此，獲得近可能詳細(xì)的資料是非常重要的。這些資料大致應(yīng)該包括管輸介質(zhì)及其化學(xué)腐蝕性；使用的最高及最低溫度、平均溫度和可能發(fā)生的溫度變化；磨損濕或干磨損，粒子的大小，速度，沖擊距離。如果經(jīng)驗(yàn)證明某局部地區(qū)總是有過分的磨損，在該區(qū)應(yīng)增加襯里的厚度；使用壓力內(nèi)部工作壓力大小及真空度；其他苛刻要求。
整段舊管道的修復(fù)不同于局部修補(bǔ)，需預(yù)制相應(yīng)長(zhǎng)度的橡膠襯管。一直以來，因?yàn)闆]有橡膠襯管的應(yīng)用市場(chǎng)，相關(guān)行業(yè)沒有制造長(zhǎng)橡膠襯管(＞1000mm)的機(jī)械設(shè)備甚至經(jīng)歷，我們必須根據(jù)橡膠材料的固有性質(zhì)提出所需橡膠襯管的加工工藝。本發(fā)明首次建立了薄壁橡膠襯管的直接擠出法，它是通過對(duì)已有擠出設(shè)備的改進(jìn)而試制成功的，直接擠出法生產(chǎn)的襯管經(jīng)過生產(chǎn)線預(yù)制，沒有接縫，性能穩(wěn)定可靠，在壓力管道修復(fù)施工中是必須的；可以根據(jù)個(gè)案工程的需要制成所要求的直徑、長(zhǎng)度和厚度。
另外，我們也建立了粘接法、熱(熔)焊法，這兩種方法應(yīng)在重力管道修復(fù)中使用，其中熱(熔)焊法只對(duì)部分橡膠材料可實(shí)施，如聚異丁烯橡膠、丁基橡膠等；粘接法我們?cè)趦?chǔ)罐的橡膠襯里中有應(yīng)用，這時(shí)應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的需要選擇質(zhì)量可靠的膠粘劑，以保證粘接質(zhì)量。接縫的質(zhì)量要求主要有兩點(diǎn)一是粘接牢度應(yīng)接近甚至達(dá)到本體強(qiáng)度，二是耐受輸送介質(zhì)長(zhǎng)期浸泡和溫度沖擊。
要保證橡膠襯管與舊管內(nèi)壁的粘接，本發(fā)明通過膠粘劑來實(shí)現(xiàn)的。膠粘劑的選擇范圍很廣，應(yīng)根據(jù)膠種的不同和粘接工藝來選取。若采用生膠，就須配套熱水硫化、預(yù)硫化、常壓(低壓)蒸汽硫化膠粘劑，使生膠硫化的同時(shí)完成粘接作業(yè)；若采用熟膠，可配套自硫化及其他種類的膠粘劑，不必再顧及橡膠材料的硫化。本發(fā)明提出橡膠襯管與舊管內(nèi)壁的粘接的技術(shù)指標(biāo)為橡膠與金屬的粘接強(qiáng)度＞5MPa。
本發(fā)明還提出了橡膠襯管內(nèi)壁(或外壁)涂相應(yīng)的膠粘劑的步驟。為了保證橡膠襯層與舊管內(nèi)壁的粘接強(qiáng)度，可以在橡膠襯管內(nèi)壁(或外壁)涂相應(yīng)的膠粘劑，與舊管內(nèi)壁的膠粘劑配合使用，提高橡膠襯層與舊管內(nèi)壁的粘接強(qiáng)度。
橡膠襯管進(jìn)入舊管道，本發(fā)明提出兩種工藝l、翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法將按照設(shè)計(jì)預(yù)制好的橡膠襯管的一端與翻轉(zhuǎn)彎頭連接并綁緊密封，利用水(或空氣)做翻轉(zhuǎn)動(dòng)力，隨著水的不斷加入推擠著橡膠層反翻向前進(jìn)入并通過管道，在前進(jìn)中，橡膠層的里層翻轉(zhuǎn)到外面與舊管內(nèi)壁粘接，而橡膠層的表層則成為新管道的內(nèi)表面，將來與管輸介質(zhì)接觸。一旦內(nèi)襯層沿管線翻轉(zhuǎn)展開并定位后，再根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用加溫加壓硫化或加壓常溫粘合等工藝確保橡膠層與舊管形成緊密粘接。
2、牽入膨脹法將按照設(shè)計(jì)預(yù)制好的橡膠襯管軸向折疊后，拉著一端進(jìn)入舊管直至全部?jī)?nèi)襯層都進(jìn)入管線內(nèi)，再向折疊好的橡膠襯管內(nèi)注入水壓(或氣壓)，直至內(nèi)襯層全部賬貼在舊管內(nèi)壁上，最后再根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用加溫加壓硫化或加壓常溫粘合等工藝確保橡膠層與舊管形成緊密粘接。
具體實(shí)施例方式
采用本發(fā)明提供的原材料，按本發(fā)明的安裝工法、施工工藝流程，與公知的管道行業(yè)的通行操作規(guī)范結(jié)合起來，即可實(shí)施本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一般工藝流程1、開挖、斷管2、舊管道內(nèi)壁的表面處理3、涂底膠4、橡膠襯管進(jìn)入舊管道5、硫化或壓合6、CCTV檢驗(yàn)7、斷口密封及加固8、壓力測(cè)試9、短節(jié)連接、回填10、驗(yàn)收、運(yùn)行其中，斷口密封及加固是采用專利ZL 00231126.7和ZL 03242033.1所提供的技術(shù)進(jìn)行，對(duì)斷口處和管道內(nèi)部認(rèn)為薄弱的點(diǎn)位增加內(nèi)賬圈，以進(jìn)一步增加修復(fù)后管線的保險(xiǎn)系數(shù)。
橡膠內(nèi)襯技術(shù)的優(yōu)勢(shì)本發(fā)明涉及整體管道的修復(fù)，除了具有不開挖管道修復(fù)技術(shù)的共性優(yōu)勢(shì)。如對(duì)環(huán)境、市政交通和居民生活影響?。辉诖_保管線嚴(yán)密度的同時(shí)，增加了舊管道的承壓能力；降低了流體磨阻，明顯提高管輸能力等。與已有的四種工法比起來具有重大突破，主要表現(xiàn)在對(duì)國(guó)內(nèi)修復(fù)量極大且又需盡快實(shí)施的灰口鑄鐵管道的修復(fù)上。
(1)橡膠作為內(nèi)襯層可以與鑄鐵管實(shí)現(xiàn)良好持久的粘接，是一體結(jié)構(gòu)，完全不必?fù)?dān)心環(huán)空竄流的問題，在此基礎(chǔ)上完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)像消防栓、支管等管件的密封處理。
(2)橡膠內(nèi)襯層具有足夠的彈韌性，彌補(bǔ)了鑄鐵管道脆性大、接口隱患、地面沉降和溫度變化引發(fā)的一系列問題。完全杜絕了滲漏，而且，即使鑄鐵管發(fā)生爆裂，橡膠內(nèi)襯層可以至少膨脹3倍而不漏水(氣)，此時(shí)路面已經(jīng)變形，我們已在事故發(fā)生前看出來并解決之。更何況鑄鐵管道壓力較低，橡膠內(nèi)襯層本體強(qiáng)度已經(jīng)能夠滿足運(yùn)行要求。
(3)橡膠與鑄鐵的持久粘接，使得管線修復(fù)后的運(yùn)行期間接支管等作業(yè)成為可能，不必?fù)?dān)心支管密封不嚴(yán)造成環(huán)空竄流甚至泄漏的問題。
權(quán)利要求
1.一種舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，系一項(xiàng)適用于灰口鑄鐵管道及其它各類管道改造的不開挖修復(fù)技術(shù)，其特征在于其內(nèi)襯層材料采用橡膠類材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于所述橡膠材料包括天然橡膠、合成橡膠、橡塑共混體、熱塑性橡膠、聚氨酯彈性體和似橡膠的粘彈聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于所述的橡膠材料可以加入有機(jī)纖維、無機(jī)纖維或金屬纖維加強(qiáng)材料，或可通過中空來提高剛度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于灰口鑄鐵管道不開挖修復(fù)采用橡膠內(nèi)襯管，可通過擠出機(jī)械進(jìn)行直接預(yù)制，還可采用粘接及熱熔焊方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于橡膠內(nèi)襯層與鑄鐵或其它管材料的粘接，應(yīng)選用符合要求的膠粘劑，熟橡膠可常溫或加溫粘合，生橡膠可常溫或高溫硫化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于其襯管的安裝工法可以采用翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝和拉入膨脹工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、6所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于上述翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝和拉入膨脹工藝可以采用水或空氣做動(dòng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于其施工工藝流程為開挖、斷管→舊管道內(nèi)壁的表面處理→涂底膠→橡膠襯管進(jìn)入舊管道→硫化或壓合→CCTV檢驗(yàn)→斷口密封及加固→壓力測(cè)試→短節(jié)連接、回填→驗(yàn)收、運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舊管道不開挖修復(fù)用橡膠內(nèi)襯技術(shù)，其特征在于在橡膠內(nèi)襯層安裝完成后，為進(jìn)一步增加修復(fù)后管線的保險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)斷口處和管道內(nèi)部認(rèn)為薄弱的點(diǎn)位增加內(nèi)脹圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及不開挖內(nèi)襯管道修復(fù)技術(shù)。它創(chuàng)造性地采用橡膠做襯里材料，提出了橡膠襯管的制造方法、襯管安裝工法和施工工藝流程。本發(fā)明的實(shí)施，可以使市政部門得以立即著手進(jìn)行灰口鑄鐵管道的改造，從而避免灰口鑄鐵管道頻繁爆管等運(yùn)行事故的發(fā)生。使在役舊管道能迅速恢復(fù)輸水能力，減少漏耗，提高水質(zhì)，不再生水垢、水銹。大幅度延長(zhǎng)管道的使用壽命，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并有著廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F16L55/162GK1699816SQ200510076860
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者寧克遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:寧克遠(yuǎn)