紫外光固化修复工艺在雨污水管道工程中的关键参数优化

中图分类号：TU992 文献标识码：A

引言

雨污水管道是城市基础设施的重要组成部分，由于长期受到污水腐蚀、地面荷载、地质变化等因素影响，雨污水管道容易出现破裂、渗漏、变形等问题，严重影响其排水功能。传统的开挖修复方法不仅施工周期长、成本高，还会对交通和周边环境造成较大影响。紫外光固化修复工艺作为一种非开挖修复技术，具有施工速度快、对环境影响小、修复质量高等优点，在雨污水管道修复工程中展现出巨大的优势，逐渐成为城市雨污水管道修复的重要手段。为了充分发挥该工艺的优势，实现最佳修复效果，对其关键参数进行优化研究具有重要的现实意义。

1 关键参数对修复质量的影响

1.1 固化时间

固化时间是紫外光固化修复工艺中的一个关键参数，它直接影响树脂的固化程度和内衬管的性能。如果固化时间过短，树脂未能充分聚合反应，内衬管的强度和硬度不足，容易出现变形、破裂等问题，影响修复效果和管道的使用寿命。相反，如果固化时间过长，不仅会增加施工成本和时间，还可能导致树脂过度固化，使内衬管变脆，柔韧性降低，同样不利于管道的长期运行。不同类型的树脂和不同管径的管道，其所需的固化时间也有所差异。一般来说，管径越大，固化时间相应越长，因为较大管径的管道需要更多的能量来使树脂均匀固化。同时，树脂的配方、光照强度等因素也会对固化时间产生影响。因此，在实际施工中，需要根据具体情况，通过试验和经验确定合理的固化时间。

1.2 光照强度

光照强度是影响树脂固化速度和固化质量的重要因素之一。足够的光照强度能够使树脂快速吸收紫外线能量，引发聚合反应，从而实现快速固化。如果光照强度不足，树脂的固化速度会减慢，固化时间延长，甚至可能导致固化不完全。此外，光照强度不均匀也会造成内衬管不同部位的固化程度不一致，影响内衬管的整体性能。在选择紫外光源时，需要考虑其功率、波长分布和光照均匀性等参数。一般来说，功率较高的紫外光源能够提供更强的光照强度，但也要注意避免光照强度过高导致树脂表面过热、产生气泡或烧焦等问题。同时，通过合理设计紫外灯架的结构和布置方式，可以提高光照的均匀性，确保整个内衬管在固化过程中受到均匀的光照。

1.3 充气压力

在软管充气膨胀过程中，充气压力的大小对软管与原管道内壁的贴合效果以及内衬管的成型质量有着重要影响。如果充气压力不足，软管无法充分膨胀，与原管道内壁之间会存在间隙，导致内衬管与原管道不能形成有效的整体，影响修复后的管道结构强度和密封性。相反，过高的充气压力可能会使软管过度膨胀，甚至导致软管破裂，同时也会增加对原管道的压力，可能对原管道造成损坏。充气压力的大小应根据软管的材质、管径、壁厚以及原管道的状况等因素来确定。一般来说，在充气初期，应缓慢增加压力，使软管逐渐膨胀并贴合原管道内壁；在固化过程中，要保持稳定的充气压力，确保软管始终紧密贴合原管道。在实际施工中，可以通过压力传感器实时监测充气压力，并根据监测结果进行调整。

2 关键参数优化策略

2.1 基于试验研究的参数优化

（1）固化时间与光照强度的优化试验。针对不同管径的雨污水管道，选取多种不同功率的紫外光源和不同的固化时间组合，进行一系列的模拟试验。在试验过程中，使用传感器实时监测树脂固化过程中的温度变化、固化程度等参数，并对固化后的内衬管进行性能测试，如拉伸强度、弯曲强度、硬度等。通过对试验数据的分析，建立固化时间、光照强度与内衬管性能之间的数学模型，从而确定在不同管径条件下，能够使内衬管达到最佳性能的固化时间和光照强度组合。（2）树脂配方的优化试验。根据雨污水管道的具体工况和性能要求，设计多组不同配方的树脂，改变光固化树脂、光引发剂、稀释剂、增韧剂等成分的比例。将不同配方的树脂浸渍到软管中，进行紫外光固化试验，并对固化后的内衬管进行全面的性能测试，包括耐腐蚀性、耐老化性、力学性能等。通过对比分析不同配方树脂制备的内衬管性能，筛选出最适合工程实际需求的树脂配方。

2.2 施工过程中的参数动态调整

（1）实时监测与反馈。在紫外光固化修复施工过程中，利用先进的传感器技术和监测设备，实时监测固化时间、光照强度、树脂温度、充气压力等关键参数。通过无线传输技术将监测数据实时反馈到施工控制中心，施工人员可以根据这些数据及时了解施工状态。（2）参数调整策略。根据实时监测数据，当发现某个关键参数偏离设定的优化值时，及时采取相应的调整措施。例如，如果发现树脂固化过程中的温度过高，可能是光照强度过大或固化时间过长导致的，此时可以适当降低紫外光源的功率或加快灯架的移动速度，以降低树脂的固化温度；如果发现充气压力不足，应检查充气设备和管道密封性，及时增加充气量，确保软管与原管道内壁紧密贴合。

2.3 结合数值模拟的参数优化

（1）建立数值模型。利用有限元分析软件等工具，建立紫外光固化修复过程的数值模型。在模型中考虑树脂的流变特性、光固化动力学、热传递过程以及软管与原管道之间的相互作用等因素，对固化时间、光照强度、树脂配方、充气压力等参数进行模拟分析。（2）模拟结果分析与参数优化。通过数值模拟，分析不同参数组合下树脂的固化过程、内衬管的应力分布和变形情况等。根据模拟结果，预测不同参数对修复质量的影响趋势，从而为关键参数的优化提供理论依据。通过多次模拟计算和对比分析，确定最优的参数组合，指导实际工程施工。

3 结束语

综上所述，紫外光固化修复工艺作为一种先进的雨污水管道非开挖修复技术，在城市基础设施维护中具有广阔的应用前景。通过对固化时间、光照强度、树脂配方、充气压力等关键参数的优化研究，可以显著提高修复质量，延长管道使用寿命，降低工程成本。基于试验研究、施工过程中的动态调整以及数值模拟等方法的参数优化策略，为实现紫外光固化修复工艺的高效、精准应用提供了有效途径。在未来的研究和工程实践中，还需要进一步深入探索关键参数之间的相互关系和作用机制，不断完善优化策略，推动紫外光固化修复工艺在雨污水管道工程中的更广泛应用和技术创新。

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