建筑技术丨城市高密度区排水管道紫外光固化非开挖修复技术研究

1 研究背景

城市排水管网是保障城市安全运行的重要“生命线系统”，其结构性缺陷直接影响城市的防洪排涝能力与地下空间安全。根据《中国城乡建设统计年鉴（2023年）》的数据，截至2023年，我国城市和县城的排水管道总长度已达121.9万km。随着城镇化进程的加剧和排水设施使用年限的递增，大量排水管网需要更新和修复，统计数据显示，我国城市供水管网漏损率普遍维持在15 %以上，部分区域管网漏损率已突破35 %。虽然传统的明挖置换工法能实现管道更新，但在高密度建成区面临多重制约：一方面，主干道施工易引发长期交通阻滞；另一方面，管线密集区域的开挖作业显著增加事故风险，施工时间、施工噪声及围挡设置更对居民日常生活造成了显著干扰，同时伴随扬尘污染加剧。在此背景下，非开挖修复技术的创新应用与规模化推广，已成为突破城市管网更新瓶颈的重要路径。

原位固化法（Cured–In–Place Pipe，CIPP）是主流非开挖管道修复技术，通过翻转/牵拉将树脂软管置入管道，固化形成内衬，固化工艺含热水、蒸汽及紫外光法。其中，紫外光法的技术优势包括：（1）施工效率高且安全性强，成型内衬层力学性能优异；（2）采用非开挖工艺，对地面交通干扰小，施工全程无扬尘污染；（3）单段修复仅需3~5 h，较传统开挖法显著缩短工期；（4）单次作业仅需6~8人，无需大型机械设备，有效降低了人工成本与机械成本。

自20世纪70年代以来，原位固化管道修复技术在国内外排水管道修复工程中已有应用，但其施工质量管控仍面临挑战。舒彪等系统梳理了该工艺实施过程中暴露的典型缺陷类型及成因机制，其中包括：（1）渗漏类（针孔与缺口由软管破损引发）；（2）结构变形类（起皱源于管径测量误差或固化压力不足、隆起因管道清理不彻底）；（3）材料缺陷类（起泡与白斑分别由温度控制失当和树脂浸渍不均导致）；（4）界面失效类（开裂由冷却收缩引起、内衬管剥离与固化压力不足或旧管破损相关）。

本研究以广西南宁市鲁班路及相思湖东路、河池市南新路及隆林各族自治县城区等典型高密度建成区管网修复工程为依托，累计修复管道长度显著超过国内同类工程水平（3项工程累计修复6.85 km），通过聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）改性环氧丙烯酸树脂体系与智能光强反馈系统的协同应用，在相思湖东路等高密度复杂管段实现三大突破：（1）在存在显著缺陷、变形的管段中，实现固化层厚度精确控制；（2）修复后管道渗漏率显著低于行业标准限值，密封性能优异；（3）通过工艺优化累计节省成本412万元。

2 工程概况

2.1 项目背景

本研究以广西地区的3个典型工程案例（南宁市、河池市、隆林各族自治县）为技术验证对象，工程总修复管道长度达6.85 km，涵盖DN 800~DN 1 200 mm等多种管径。修复区域包括城市主干道、商业区及老城区等复杂环境，具有较强的代表性和示范性。

2.2 工程案例概述

（1）南宁市污水管网修复工程：位于南宁市西乡塘区的交通主干道，包括相思湖东路和鲁班路的污水主管道修复，总长3.05 km。项目面临以下挑战。1）地下管线密集交错：修复区域内，管道上方3~5 m深度范围内存在高压电缆和燃气管线交叉，传统开挖作业容易引发安全事故。2）交通组织复杂：施工区域日均车流量超过2万辆，在确保交通顺畅的同时需完成占道作业，对施工组织提出了高要求。

（2）河池市南新路污水管网修复工程：位于河池市老城区核心地段，修复范围为万家怡园至铜厂转盘段的排水管道，长1.62 km。区域地下空间具有以下特点。1）年代久远、信息缺失：管线埋设时间长，缺乏完整的竣工资料，增加了修复过程中的探测和定位难度。2）地质条件复杂：施工期间易发生坍孔风险。3）环保要求严苛：沿线商业区密集，对施工噪声（昼间不大于55 dB）和扬尘（PM10增量小于0.08 mg/m³）提出严格控制要求。

（3）隆林各族自治县县城污水管网修复工程：工程覆盖隆林各族自治县商业步行街和安置小区等敏感区域，修复变形管段总长2.18 km，主要受以下特殊条件限制。

高人流强度：日间人流量峰值达5 000人次/h，施工时间受到严格的限制；管道形变显著，对修复材料的形变适应性提出了极高要求。

2.3 工程共性特征

上述工程均位于高密度建成区，面临以下三大共性挑战：

（1）地下管线密集且权属复杂，施工需精细协调多方保护；

（2）地表交通和人流密集，需灵活安排施工时段并加强安全管控；

（3）环保要求高于国家标准，必须严格实施防尘降噪措施。这些挑战验证了非开挖技术对复杂城市环境的适应性。

3 工艺原理

紫外光固化非开挖修复技术（UV–CIPP）利用自由基光聚合反应原理，通过特定波长（通常为365~405 nm）的紫外光激发光引发剂，如苯基双（2,4,6–三甲基苯甲酰基）氧化膦分解，产生活性自由基。这些自由基诱导树脂体系中不饱和双键发生链式聚合反应，最终形成稳定的三维交联网络结构，固化示意如图1所示。

图1 紫外光固化示意

UV–CIPP工艺主要包括以下3个阶段。

（1）内衬管制备。改性环氧丙烯酸树脂（添加15 %~20 %的PEGDMA增韧剂）均匀浸渍多层编织玻璃纤维增强层，制备出连续预浸料软管。该阶段可确保内衬管具有良好的机械性能与成型稳定性。

（2）气压成型。使用闭环压力控制系统（根据管径不同，充气压强为0.015~0.06 MPa），使软管径向膨胀，与既有管道内壁实现毫米级间隙贴合（间隙不大于1.5 mm）。此过程保证了复合材料与原管道内壁的紧密结合。

（3）光固化成型。通过多波段紫外光源阵列（主波长为385 nm±5 nm）沿管道轴向移动完成固化。光强反馈调节系统动态调节固化速率（0.2~0.7 m/min），确保内衬形成壁厚均匀、抗弯强度不小于31 MPa的复合内衬结构。

该工艺实现了“原位成型–结构复合”的修复模式，既增强了管道结构性能，达到美国ASTM F1216标准，又保留了原管道的拓扑形态与水力特性。施工工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程

4 施工过程控制要点

4.1 施工准备

施工准备阶段需全面落实人、机、料、场四维管控：材料进场验收合格且质量证明齐全，机械提前配置到位；施工人员经过三级安全教育及技术交底，特种作业持证上岗；现场实施交通封闭导行，并设专职疏导员，井下作业前完成通风与气体检测；对施工现场进行勘查，明确待修复管段井号、用途、埋深、走向、管径、材质、长度、是否存在支管和弯曲管段、管段外填埋土质；确认图纸和有关资料的正确性，并确认每段管道修复的工艺要求及验收标准。

4.2 管道封堵、清洗

管道修复前需对雨水管道采用封堵气囊进行封堵处理，再采用高压清洗车和吸淤车对待修复管道进行疏通、冲洗和抽干水，确保内衬软管不被水浸泡，清洗产生的污水和污物从检查井内排出。

4.3 CCTV检测与修复决策

管道清洗后执行CCTV内窥检测，依据我国现行CJJ 181—2012《城镇排水管道检测与评估技术规程》评估缺陷等级，对III/IV级缺陷、密集缺陷（不小于3处）或大范围不可局部修复的管段实施整体修复；低等级缺陷可随高等级缺陷同步整体修复。

4.4 管道预处理

清除管内凸起异物与渗漏点，采用机器人切削打磨内壁，对于严重渗漏段实施止水处理。预处理后管道内壁洁净无尖锐物、无积水渗水，局部修复段需额外保障修复区前后段清洁度。

4.5 底膜敷设

在待修复管道底部铺设覆盖周长超过1/3的底膜（垫膜），两端固定牢固，为软管安装提供平滑基础。

4.6 内衬软管安装

沿底膜平稳牵引软管入管，速度不大于5 m/min，两端预留300~600 mm反折避光放置。全程监控避免软管磨损或拖拽底膜，控制轴向伸长率不大于2 %。

4.7 端头固定

软管两端绑扎带充气孔/电缆孔的钢套扎头，绑扎时严格避光。充气端先以塑料膜临时封闭，紫外灯安装后更换为钢套封闭。

4.8 内衬软管充气膨胀

充气前验证扎头密封性，分级注入压缩空气，使软管均匀膨胀贴合管壁，避免压力突变导致褶皱。充气压强见表1。

表1 充气压强

4.11 端口处理

固化完成后拆除钢套扎头并回拉内膜，将超出原管的内衬管切割平整，用快干水泥密实填充管间缝隙至无松散空洞；随即进行闭水/闭气试验验证密封性。

对于支管连接段，依据权属单位要求，采用切割机器人钻孔：内衬前预置机器人至支管处，在计米器胶带标记位置，固化后根据内衬管凹陷定位开孔，或从支管插入推杆式机器人逆向打通主管内衬。

4.12 验收检测

CCTV复检要求：管道无结构缺陷与渗漏、内壁光滑无褶皱、隆起符合限值、端口密封严密、局部修复完全覆盖缺陷。

4.13 现场恢复

检测合格后解除封堵气囊，恢复检查井原状，撤离交通管制，并清理现场。

5 材料与设备

UV–CIPP一次修复排水管的基本材料见表2。

表2 材料配置

6 质量与安全控制体系

6.1 质量控制体系

本工程严格遵循CJJ/T 210—2014《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》及相关国家规范，建立全过程质量控制体系。

质量控制体系涵盖材料、施工工艺及过程监管3个层面。所有材料需经检验合格后方可投入使用，其中内衬软管须进行遮光处理，避免阳光直射导致预固化。修复前须对排水管道进行全面检测，依据如渗漏、凸起或异物穿插等缺陷类型及等级评估结果制订修复方案：对存在较大凸起或异物的管段，优先采用管道切削打磨机器人预处理，防止内衬软管划伤；对局部渗漏影响固化效果的管段，需先进行点状修复。

施工过程中，软管安装前需严格检查扎头捆绑的牢固性及连接处密封性，充气时应分阶段缓慢加压，避免一次性注入过量压缩空气，导致内衬褶皱。安装后，软管两端需预留长300~600 mm，并对折置于底膜上，阻断工作井透入的紫外线。固化阶段需根据管径和树脂材料特性精准控制紫外光行进速度，确保充分照射时间。

此外，拉入软管时，需全程监控底膜状态，若发现拖拽或摩擦现象，应立即暂停施工，调整到位后方可继续作业，以保障内衬完整性。

6.2 安全管理体系

施工安全管控采取体系化管理模式，应重点落实以下措施。

（1）在人员管理方面，严格执行持证上岗制度，开展岗前安全培训，严禁酒后作业。井下作业时须配备长管呼吸器、安全带，并确保3人以上协同作业。

（2）在用电安全方面，规范架设电力线路，所有设备安装漏电保护装置，确保绝缘性能达标。

（3）在现场防护方面，设置围挡、反光警示标志及夜间照明，施工人员佩戴安全帽、反光背心，特殊工种按规定使用防护装备。

（4）在专项管控方面，下井前需强制通风并检测空气质量，作业中实时监测水位变化，遇险情立即撤离；紫外光固化后切割作业需佩戴口罩防尘。

（5）在交通疏导方面，实施预审批的交通组织方案，避免施工干扰周边交通。通过建立岗位责任制与全过程监督机制，实现安全管理的标准化与常态化。

6.3 环境保护措施

施工过程中严格执行GB/T 24001—2016《环境管理体系规范及使用指南》，重点落实以下环保要求。

（1）在材料管理方面，规范堆放工程材料及剩余物资，禁止现场随意丢弃。

（2）在废弃物处置方面，实行“工完场清”制度，及时清运当日施工垃圾，严禁乱扔生活垃圾和烟头。

（3）在体系保障方面，建立环保责任分级制度，通过岗位责任书明确各级人员环保职责，并纳入施工考核体系。通过全过程环境监控，最大限度地降低施工对周边环境的影响。

7 效益分析

紫外光固化非开挖修复技术较传统开挖方式在三大维度呈现显著优势。

（1）在经济效益方面，其设备集约化程度高、工期缩短90 %以上，且工程造价可控性更强。

（2）在社会效益层面，通过免开挖作业最大限度地降低交通干扰，特别适合高密度城区的夜间快速施工。

（3）在职业健康领域，全自动封闭施工从根本上杜绝了扬尘、噪声污染及地下管线破坏风险。

本技术在广西三大典型工程中累计节约直接成本412万元，验证了其在城市高密度区的综合价值。特别是对南方软弱地层和高水位条件展现出独特适应性，为类似地区管网修复提供了优选方案。

8 结论

以广西南宁、河池等地6.85 km高密度城区老旧排水管道为工程背景，系统开展了紫外光固化非开挖修复技术的工程应用研究。通过改性树脂材料优化和工艺参数控制，在确保修复质量的同时，显著提升了施工效率，较传统开挖修复方式展现出显著的技术经济优势，主要结论如下。

（1）技术创新性。本研究通过改性树脂体系与紫外光固化工艺的优化应用，成功解决了高密度城区排水管道修复中的关键技术难题。针对管道老旧、变形等复杂工况，开发的工艺方案实现了内衬层厚度的精确控制，修复后的管道密封性能显著优于行业标准要求。智能光强反馈系统的应用进一步提升了固化工艺的可靠性和稳定性。

（2）工程适用性。在广西南宁、河池等多地工程实践中，该技术成功应对了高密度城区典型施工挑战，包括地下管线密集、交通流量大、环保要求高等复杂条件。特别是在存在高压电缆和燃气管线交叉的风险区域，通过非开挖工艺有效避免了施工安全隐患，验证了技术在实际工程环境中的适用性。

（3）综合效益优势。相比传统开挖修复方法，紫外光固化非开挖技术展现出显著的综合优势。在保证修复质量的前提下，大幅缩短了施工周期，减少了对城市交通和居民生活的影响。同时，封闭式施工工艺有效避免了扬尘和噪声污染，符合城市核心区的环保要求。

（4）推广应用价值。本研究建立的质量控制体系和安全管理制度，为类似工程提供了可以借鉴的技术方案。针对不同区域特点开发的工艺适配方案，特别是对南方城市高密度复杂环境的适应性改进，拓展了技术的适用范围。该研究成果对推动城市排水管网修复技术的进步具有重要参考价值。