孙跃平 青木启之: 采用CIPP技术实施给水管道内衬修复的结构设计和材料性能
腾顺达 
給水パイプの老朽化とそれに伴う破裂と水漏れ現象が発生し、経済的および道路交通への影響が少ない非掘削技術を用いて修理を実施する必要がある。本論文では，CIPPライニング技術を用いて内圧を有する給水パイプを修復する際のライニング材料の厚さの設計方法を解説した。同時に本論文には給水過程における内圧と水槌からの衝撃圧力、管内に現れる負圧現象、外部の地下水圧などの作用状況を研究分析し、上述の各種類の内外圧力を考慮したCIPPライニング材料の構造、及び飲み水衛生規範に満足する材料技術の考え方を提示した。
キーワード：CIPPライニング、内圧、負圧、構造設計、飲み水衛生
Abstract
Abstract
The aging and disrepair of water supply pipeline will cause burst and leakage,so it is necessary to use the trenchless repair technology which is economical and has less impact on road traffic.This paper elaborates the design method of lining material thickness when using CIPP lining technology to repair water supply pipeline with internal pressure.The paper also analyzes and studies the internal pressure and impact pressure of water hammer in the process of water supply,the negative pressure phenomenon in the pipe,and the external underground water pressure,and puts forward the CIPP lining material structure considering the above-mentioned internal and external forces,as well as the technical requirements to meet the sanitary standards for drinking water.
CIPPlining; Internal pressure; Negative pressure; Structural design; Drinking waterquality
2.结构设计的基本原理
一般都认为给水管道没有外部压力的作用。但是，在进行内衬材料的结构设计时，需要考虑当外侧的旧管道发生破损，而管内的供水压力低于外部的地下水压力，或者给水管道进行检修而管内不存在内水压的情况。这时如果内衬材料不能满足外水压作用时，会出现内衬材料被破坏的现象。
所以，在进行内衬材料的结构设计时，有必要预测外水压的发生以及它的最大值，以满足其使用要求。
（3）自来水在管内快速流动时产生的负压作用
图1 管内产生真空的示意图
3.内衬材料结构设计的方法
外水压的设计同样采用美国自来水工程协会（ASTM 规格 1216-93）所规定的设计方法进行。其设计公式如下∶
按照如上所示的方法对内水压作用和外水压作用分别进行结构设计，采用厚度大的结果作为内衬材的厚度。
4.1内衬材料的强度要求
在内水压，外水压以及负压等比较大的情况下，内衬软管主材采用聚酯无纺布材料时会出现CIPP内衬管过厚的现象。为了减少CIPP内衬材料的厚度，在制作内衬软管时，聚酯无纺布材料中添加入玻璃纤维材料，或者主材全部采用玻璃纤维材料。这样既可以很好地增加强度同时可减少昂贵树脂的使用量，并减少内衬材料太厚对管道直径的损失。
CIPP内衬干管材料内浸润满足饮用水卫生标准的树脂材料，通过常温固化，紫外光固化或者蒸汽固化后，形成具有一定强度的复合材料。日本是个多地震国家，对材料的强度有更高的技术要求。在进行材料设计时，采用在内衬管的最外部设置具有耐高压的纤维织物耐压外套以提高CIPP内衬材料的抗内压能力。
根据《给水排水管道原位固化法修复工程技术规程》的规定，内衬材料的力学性能指标如下表1所示。
表1内衬管初始力学性能指标
（2）表层覆膜与内衬材料的一体化要求
作为给水管道的 CIPP 内衬材料，满足“生活饮用水卫生规范 GB/T5750”是最基本的条件。确保表层覆膜和主体内衬材料，不管是一层构造还是多层构造，不管是一次施工还是多层多次施工，每一次施工都必须采用可靠的固化方式如蒸汽固化和紫外光固化等，以确保内衬软管能够完全固化，达到材料的设计强度。
国内外用于 CIPP 内衬材料的表面覆膜以聚乙烯膜（PE）材料居多，适用的树脂类型为环氧树脂（EP）或者乙烯基树脂（VE），每一层材料和填料都必须是符合生活饮用水卫生规范的材料。目前德国的 Star line 技术，瑞士的 Saniver lines技术和日本的 Super Re Pipe 技术等都具备上述特点，应用在给水管道的修复和改造工程中。
给水管道道作为城市的基础设施，与城市的经济活动和市民的生活息息相关。在道路交通十分繁忙，市民对生活环境要求逐渐高涨的情况下，采用非开挖技术进行地下管道的修复是今后的一个发展趋势。CIPP 内衬修复技术由于具有众多优点，在给水管道修复的领域正在被逐渐应用和推广。由于给水管道输送的是直接饮用水，在环境学界对一些化学物质所溶解出的有害成分被作为环境因素对人体的副作用还没有完全弄清之前，除了要保证材料的构造强度外，更需要对 CIPP 内衬材料的饮用安全性作进一步的分析和试验，在保证修复后管道的送水安全的同时，更注重送安全之水的问题。
《上海市供水规划（2019-2035）》中提出了在 2035 年实现市政自来水直饮的目标，但目前仍然面临着技术和政策上的难点。为能够达到这个目标，针对年久失修以及严重结垢的供水管网，在采用 CIPP 内衬等新技术新工艺实施修复改造的同时，进一步扩展新工艺使用、新技术研究和新材料开发，逐步进行技术储备是完全必要的。
【1】 中国工程建设标准化协会：给水排水管道原位固化法修复工程技术规程T/CECS559-2018。中国计划出版社，2019年5月。
【2】 孙跃平,横岛康弘：采用 CIPP 技术对自来水管进行内衬修复的结构设计。管道检测与修复工程材料设备手册。中国轻工业出版社．2021年4月。
【3】 青木启之:スーパーRe パイプ工法の技術特徴及びその応用。日本内圧管更生工法協会技術資料。2020年3月。
【4】 上海市人民政府:上海市城市总体规划（2017-2035 年）。2018年1月。
