管道量化檢測機(jī)器人在管道修復(fù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：在CIPP管道修復(fù)設(shè)計(jì)中，內(nèi)襯管厚度的設(shè)計(jì)需要相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，若不對待修復(fù)管道進(jìn)行的量化，則相當(dāng)一部分參數(shù)需要進(jìn)行估算或者按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行給定，例如在管道變形量無法進(jìn)行量化時(shí)，進(jìn)行內(nèi)襯管厚度計(jì)算時(shí)，管道變形量一般取值為2%，但是對于管道變形量大于2%時(shí)，則會(huì)對內(nèi)襯厚度計(jì)算產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致修復(fù)失敗，因此在管道修復(fù)設(shè)計(jì)中，采用管道量化檢測機(jī)器人對管道進(jìn)行量化處理，獲得管道的幾何參數(shù)，對管道修復(fù)設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：量化檢測，管道檢測機(jī)器人，管道變形量，管道修復(fù)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)性修復(fù)；

1 引言

 隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，人們對于城市建設(shè)有了越來越高的要求。其中城市的排水工程就是很重要的一項(xiàng)城市建設(shè)，這關(guān)系著居民的生活和安全。給排水設(shè)計(jì)和管道修復(fù)是給排水工程的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)是施工的重要前提，管道修復(fù)是保障管道正常使用的重要手段。

 關(guān)于非開挖技術(shù)，上定義為“利用微開挖或不開挖技術(shù)對地下管線。管道和地下電纜進(jìn)行鋪設(shè)、修復(fù)或更換的一門科學(xué)”。非開挖管道修復(fù)技術(shù)初在英國開始應(yīng)用，其中技術(shù)主要包括管道內(nèi)部檢測技術(shù)，管道清洗技術(shù)以及管道修復(fù)技術(shù)。在管道修復(fù)技術(shù)中，原位固化法逐漸成為主流的管道修復(fù)技術(shù)。該工藝將修復(fù)材料在原管道中通過循環(huán)熱水或蒸汽固化，形成管中管結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了原有管道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

紫外光固化法作為原位固化法（Cured-in-place-Pipe，簡稱CIPP）的升級(jí)修復(fù)方法，通過將玻璃纖維增強(qiáng)內(nèi)襯材料通過拉入紫外燈光鏈產(chǎn)生的紫外光進(jìn)行固化，其修復(fù)后的管道質(zhì)量和安全性與通過鋼管進(jìn)行修復(fù)后的質(zhì)量相當(dāng)，同時(shí)由于玻璃纖維增強(qiáng)的軟管具有較高的力學(xué)性能，減少了內(nèi)襯管的設(shè)計(jì)厚度，并可以增強(qiáng)固化效果。因此采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的紫外光固化法進(jìn)行地下管道修復(fù)具有廣闊的發(fā)展前景。

2 排水管道結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計(jì)思路

2.1 方法及定義

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》，排水管道非開挖修復(fù)分為半結(jié)構(gòu)性修復(fù)與結(jié)構(gòu)性修復(fù)。半結(jié)構(gòu)性修復(fù)(Semi—structural rehabilitation) 定義為新的內(nèi)襯管依賴于原有管道的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)僅需要承受外部的靜水壓力，而外部土壓力和動(dòng)荷載任然原有管道支撐。結(jié)構(gòu)性修復(fù) (Structural rehabilitation ) 定義為修復(fù)后的新管道結(jié)構(gòu)具有不依賴于舊管道而獨(dú)立承受外部靜水壓力、土壓力和動(dòng)荷載作用的性能。排水管道結(jié)構(gòu)性修復(fù)內(nèi)襯壁厚反映了在安全經(jīng)濟(jì)條件下，內(nèi)襯管道與原有管道分擔(dān)水、土荷載以及動(dòng)荷載的能力。不同修復(fù)工藝其內(nèi)襯管道壁厚的計(jì)算方式不同。

2.2 內(nèi)襯管壁厚度設(shè)計(jì)

根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，對于管道修復(fù)設(shè)計(jì)中分為局部破壞管道和*破壞管道，因此針對不同的破壞情況，需要進(jìn)行半結(jié)構(gòu)性修復(fù)或結(jié)構(gòu)性修復(fù)。

在進(jìn)行內(nèi)襯管壁厚度設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮很多變量和參數(shù)，以確保設(shè)計(jì)的管道能夠承受外部載荷的性能。參數(shù)取值決定了修復(fù)設(shè)計(jì)的合理性，如果無法取得精確的參數(shù)值，則采用工程評價(jià)的方法進(jìn)行評價(jià)和取值。

3 管道變形量對結(jié)構(gòu)性修復(fù)影響研究

3.1管道變形量影響

      根據(jù)現(xiàn)行國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程CJJ181》和《城鎮(zhèn)給水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》可知管道變形量q會(huì)有效影響管道橢圓度修正系數(shù)C，進(jìn)而影響CIPP中管道內(nèi)襯厚度設(shè)計(jì)。在現(xiàn)行CIPP修復(fù)設(shè)計(jì)過程中，由于原有管道小內(nèi)徑以及大內(nèi)徑無法準(zhǔn)確測算，因此通常在管道結(jié)構(gòu)性修復(fù)和半結(jié)構(gòu)性修復(fù)中，將管道的形狀變形率q取值2%來進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算獲得管道內(nèi)襯厚度，并根據(jù)相應(yīng)的厚度來進(jìn)行管道修復(fù)。

3.2 管道變形量對修復(fù)影響研究實(shí)驗(yàn)

     部分使用年限較長的排水管道，可能變形量會(huì)相對較大，此時(shí)依舊采用2%的變形率取值易導(dǎo)致計(jì)算的管道內(nèi)襯厚度不夠而使得修復(fù)效果不理想或修復(fù)失敗。

     在一次修復(fù)實(shí)驗(yàn)過程中，僅通過管道檢測機(jī)器人對管道進(jìn)行了常規(guī)檢測，并沒有對管道進(jìn)行量化，當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行修復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)，按照常規(guī)的變形量2%作為參數(shù)進(jìn)行內(nèi)襯修復(fù)厚度計(jì)算，管頂覆土為2米，管道直徑1000mm，ν=0.3，N=2，地下水位0.5米，內(nèi)襯管短期彈性模量16000Mpa，K=7，經(jīng)過計(jì)算得到內(nèi)襯管厚度應(yīng)該在8.02mm。

     實(shí)驗(yàn)中，采用8.02mm厚度的內(nèi)襯管進(jìn)行管道修復(fù)，終出現(xiàn)修復(fù)失敗，內(nèi)襯管因?yàn)閺?qiáng)度原因，發(fā)生屈曲變形，如圖1和圖2所示。

     后通過管道量化檢測機(jī)器人進(jìn)行檢測，測量得到該管道大直徑為1111mm，如圖3所示，計(jì)算變形率為11%。若將變形量參數(shù)修改為11%后，再通過上述方法對內(nèi)襯管壁厚度進(jìn)行計(jì)算，得到的內(nèi)襯管壁厚度為t=13.64mm。

 在管道修復(fù)設(shè)計(jì)中，為了保證修復(fù)的合理性，科學(xué)性，需要對計(jì)算參數(shù)進(jìn)行合理的測算，采用管道量化檢測機(jī)器人，對管道進(jìn)行量化，根據(jù)管道的三維數(shù)據(jù)，可以獲取包括變形量在內(nèi)的多種修復(fù)設(shè)計(jì)參數(shù)，無需對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，使得在管道修復(fù)中，內(nèi)襯厚度設(shè)計(jì)能夠更加科學(xué)。進(jìn)一步的，管道量化機(jī)器人可以延伸至新管驗(yàn)收、管道養(yǎng)護(hù)計(jì)劃、雨污混接調(diào)查和排口溯源領(lǐng)域，為管道的驗(yàn)收，養(yǎng)護(hù)，排查提供科學(xué)參考。

5 參考文獻(xiàn)

【1】安關(guān)峰, 劉添俊, 張洪彬. 排水管道結(jié)構(gòu)修復(fù)內(nèi)襯壁厚的計(jì)算方法及應(yīng)用[J]. 特種結(jié)構(gòu), 2014, 031(001):91-95,99。

【2】馬保松. 非開挖管道修復(fù)更新技術(shù)[M]. 人民交通出版社, 2014。

【3】趙雅宏, 曾正, 馬保松. 《給排水管道原位固化法修復(fù)工程技術(shù)規(guī)程》關(guān)鍵技術(shù)[J]. 特種結(jié)構(gòu), 2019, 036(001):108-112。

【4】中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJT 210-2014 城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程。

【5】美國 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) F1947—04折疊聚氯乙烯內(nèi)襯管修復(fù)污水管道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

Standard Practice for Installation of Folded Poly(Vinyl Chloride) (PVC)Pipe into Existing Sewer and Conduits。