大直径复合材料管道修复排污系统

20多年来，亚利桑那州图森市的QuakeWrap Inc.在开发一种使用纤维增强聚合物材料的基础设施修复解决方案。该公司的大直径复合材料管道“StifPipe”，目前正在密歇根州底特律市最新的污水基础设施项目中安装。该FRP管道直径达到了16英尺（4.87米）。

竞争优势显著

QuakeWrap于2016年首次推出StifPipe，当时它获得了美国土木工程师协会创新奖。从那时起，从波多黎各到澳大利亚，StifPipe已经在全球范围内的应用中使用，但之前的项目都没有像底特律的应用那样大规模地使用StifPipe。在底特律安装的管道直径16英尺，厚度只有2英寸（5.08厘米）。

据悉，该管道的比强度是市场上任何管子中最高的，这使得它非常轻，而且不会腐蚀。对比使用较厚的、由较弱材料制成的壁衬，后者容易失去水力能力（废水的最佳流量）。这是非常致命的，特别是需要输送大量的液体或水时。

StifPipe的管壁由12层材料组成——4层碳纤维、6层玻璃纤维和2层专有芯材。2英寸厚的材料支撑着一个管道，这个管道的大小足以容纳一架波音737的机身，而且还有4英尺的空隙。同样直径的混凝土管要有相当的强度，它的厚度必须在18英寸左右。

2019年针对该地区的一部分管道进行了检查，这些管道从底特律的一个大型泵站输送污水。在发现需要修复的老化部分后，污水处理区决定对直径17.5英尺的管道进行修整。这些管道输送了底特律一半以上的废水，因此在重新铺设管道的过程中，它们不可能被永久关闭。相反，污水每天只能暂时关闭部分时间。这样就没有足够的时间来修复管道，因此团队成员寻找可以在地面上制造和组装的管道技术，然后将其放入污水系统中，并使用滑衬工艺进行安装。

根据QuakeWrap的说法，StifPipe的主要优点之一是相对轻便，这使得安装更容易。每英尺重量约为450-500磅，约是混凝土和钢铁重量的10%，不到工厂制造的玻璃纤维夹砂管重量的25%。这在施工过程中得到承包商的喜爱。

在该项目的三种技术中，StifPipe是第二种安装的技术。白天，原来的管道被暂时关闭。承包商将替换的管道通过地下的通道输送到位，然后将它们端到端与原始管道对齐。StifPipe的轻量化设计，安装甚至不需要千斤顶设备。在将StifPipe分段加载到位后，将直径16英尺的StifPipe与直径17.5英尺的原管之间的环形空间填充轻质混凝土。晚上，管道系统重新打开，污水连夜从泵站流出。

StifPipe的轻量化特性在运输过程中也具有优势。在现场的芯轴上制造后，用低间隙拖车运到底特律，一次两根。当管道长度保持在14英尺，两端堆叠在一起时，两根管道可以同时安装在拖车上，同时还能保持15.5英尺高的桥梁和立交桥的足够间隙。底特律项目总共使用了13节这样的管道。

尽管目前使用StifPipe需要在现场制造部件并将其运送到安装位置，但StifPipe也可以使用湿式铺层方法在现场制造和安装。在明尼阿波利斯的一个项目中，StifPipe材料通过一个标准人孔被运送到100英尺深的隧道中。然后，进行铺层并固化，形成一个直径12英尺的修复管道。

在北卡罗来纳州杰克逊维尔的海军陆战队勒朱恩基地的另一个项目中，用于StifPipe的材料包裹在现有管道的外部，并在现场进行固化。QuakeWrap目前正与美国运输部合作进行一个石油和天然气管道维修项目，在该项目中，另一种名为SuperLaminate的碳纤和玻纤复合材料产品将像气球一样在输油管内充气，并在几英里远的地方安装。