管道修復(fù)方法和經(jīng)修復(fù)的管道相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2010年12月20日提交的專利序號為61/425,076的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其全文以引用的方式納入本文。技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及一種用于修復(fù)具有結(jié)構(gòu)缺陷的管道的方法。背景管道——如由延性鐵、混凝土、石棉混凝土、粘土瓦及其他管結(jié)構(gòu)制成的下水管、煤氣管、蒸汽管和水管——通常埋于地下或難以接近的區(qū)域。由于機械損傷、過早磨損、制造缺陷、腐蝕、侵蝕、不利操作條件以及其他因素，這些管道將劣化，產(chǎn)生裂紋、泄漏或需要更換或修復(fù)的薄弱區(qū)域。將這種難以接近或埋于地下的管道挖掘出來從外部修復(fù)或替換其中的部件是非常昂貴的。為直徑小于16英寸的小直徑管道換襯的現(xiàn)有方法依賴于用樹脂浸漬過的織物，其貼靠于所述管道的內(nèi)壁直至該樹脂充分固化以形成結(jié)構(gòu)鍵合；用塑性擠出物滑動鑲襯現(xiàn)有管道；和/或使用非加固水泥組合物結(jié)合塑料襯里。運用加壓膨脹技術(shù)和反轉(zhuǎn)技術(shù)（inversiontechnique）使襯里與待修復(fù)管道的內(nèi)表面緊密貼合。滑動鑲襯涉及在現(xiàn)有主管內(nèi)部放置一個塑料襯管（例如光壁聚乙烯或聚乙烯和聚丙烯的復(fù)合材料），其用于減小該主管的內(nèi)徑。在將塑料管置于主管內(nèi)之后，將襯管和主管之間的環(huán)隙填滿水泥材料。在“加壓膨脹”技術(shù)（也稱“就地盤絞（winch-in-place）”技術(shù)）中，將預(yù)先浸漬過熱固性樹脂的材料的易彎套管插入到管道受損部位，并對其加壓以使該樹脂浸漬的襯墊緊密地壓靠在受損管道的內(nèi)壁。然后使該膨脹的襯墊固化從而在原管道內(nèi)部形成一個新的襯里。在“反轉(zhuǎn)”修復(fù)方法中，首先用合適的可固化合成樹脂浸漬管道襯墊。然后將注入樹脂的襯墊插入管道。襯墊的前端反轉(zhuǎn)朝向其本身且固定于入孔進料肘管的下端。將流體（例如水或空氣）用泵注入進料肘管，使襯墊反轉(zhuǎn)進入并沿著管道的內(nèi)表面。襯墊持續(xù)與管道內(nèi)表面接合直至樹脂固化。樹脂固化完成后，流體從襯墊的內(nèi)部排出，由此得到施用于管道內(nèi)表面的硬質(zhì)剛性襯里。這些方案不能解決對這樣的復(fù)合材料的根本需求：該復(fù)合材料通過機械和化學(xué)作用結(jié)合到主管內(nèi)徑，具有充分的拉伸性、軸向性、壓縮性和環(huán)向強度形成從而使其可在連接現(xiàn)有支管供應(yīng)的管道中獨立形成新的管道，沿其長度方向是基本不透水的、強固、輕質(zhì)以及相對快速且容易地安裝，從而能夠提供一種用于衛(wèi)生、蒸汽管和飲用水管應(yīng)用的獨立使用裝配。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
公開了一種原地修復(fù)具有結(jié)構(gòu)缺陷的管道的方法。所述修復(fù)管道的方法能重建劣化管道的結(jié)構(gòu)完整性而無需使該管道停止使用。根據(jù)某些示例性實施方案，該方法包括將強化織物放置在待修復(fù)的主管的至少一部分內(nèi)，且用抗?jié)B移性水泥組合物至少部分地浸潤該強化織物。使該水泥組合物硬化。一旦該水泥組合物硬化，就會在臨近主管長度的至少一部分的內(nèi)表面形成一個新的復(fù)合管。根據(jù)其他的示例性實施方案，該方法包括在待修復(fù)的主管的至少一部分內(nèi)放置一個間隔層或套管。所述間隔層以間隔開的方式放置在臨近主管的內(nèi)表面，在主管內(nèi)表面與支撐層或套管的外表面之間形成一個環(huán)形腔。將一種強化織物（例如雙向織物）置于臨近所述間隔層，以使間隔層位于待修復(fù)主管的內(nèi)表面與強化織物層的外表面之間。所述強化織物至少部分被浸潤且所述環(huán)形腔內(nèi)至少部分充滿可硬化水泥組合物。使該水泥組合物硬化。一旦該水泥組合物硬化，就會在臨近主管的內(nèi)表面的至少一部分上形成一個新的復(fù)合管。修復(fù)具有結(jié)構(gòu)缺陷的管道的方法包括，在待修復(fù)的管道內(nèi)部的至少一部分內(nèi)放置一種聚合材料制成的柔性管狀支撐套管，其與管道內(nèi)表面間隔開，所述套管有一個內(nèi)表面和一個外表面，其外表面具有間 隔元件，該間隔元件含有多個從該套筒外表面軸向和徑向伸出的突出物。由于該支撐套管的外徑和徑向突出物，在主管和支撐套管外表面之間形成一個環(huán)形腔。強化織物層（其可以纖維材料的管狀織物強化層的形式提供）在主管內(nèi)接觸支撐套管的內(nèi)表面放置。根據(jù)某些實施方案，該纖維材料強化層與支撐套管物理結(jié)合或化學(xué)鍵合。然而，根據(jù)其他實施方案，該纖維材料強化層具有足夠的拉伸強度以提供置于臨近支撐套管的至少一部分處的自身可立?。╯elf-standing）強化纖維層。在該強化層內(nèi)部可放置一個可擴張的擴張器（expander），其擴張從而將強化層和支撐套管徑向朝外推向主管的內(nèi)表面。將可硬化水泥組合物引入到強化織物和支撐套管與主管內(nèi)表面之間的環(huán)形腔內(nèi)，使該水泥組合物硬化。根據(jù)某些實施方案（其中強化層與支撐套管物理結(jié)合或化學(xué)鍵合），支撐套管內(nèi)部的局部變形減少。隨著套管內(nèi)部的局部變形減少，發(fā)生管道修復(fù)失敗的可能性減少，且使用時間延長。沒有限制地，可將可硬化水泥組合物在沿管道長度方向的第一個點引入支撐套管和管道內(nèi)表面之間的環(huán)形腔內(nèi)，以通過將該水泥組合物從該第一個點流向沿該管道的第二個點穿過主管以總體縱向的方式注入環(huán)形腔。水泥組合物在環(huán)形腔內(nèi)流動時，從支撐套管的外表面伸出的間隔元件穿入該水泥組合物，當(dāng)水泥組合物硬化時與水泥組合物形成機械結(jié)合。使所述水泥組合物硬化以形成強化層、支撐套管和水泥組合物的復(fù)合材料，該復(fù)合材料在所述管道內(nèi)形成一個管道，水泥組合物硬化后間隔元件嵌入水泥組合物中。該方法還包含，停止將水泥組合物引入環(huán)形腔，造成或使得水泥組合物在管道和支撐套管之間的環(huán)形腔內(nèi)凝固或固化，該水泥組合物與支撐套管和強化層鍵合。水泥薄漿料可浸透和浸入強化纖維織物層以形成獨立的復(fù)合材料。根據(jù)其他的實施方案，水泥薄漿料可浸透強化織物材料和至少部分的支撐套管材料，使強化織物和薄漿的復(fù)合材料結(jié)合到支撐套管上。如果獨立使用前述復(fù)合材料，則該薄漿可基本上形成新的管道內(nèi)部。這適于高溫應(yīng)用如蒸汽管/冷凝管或各種塑料復(fù)合材料易受內(nèi)部條件或組分破壞的任意情況。擴張器維持在擴張的狀態(tài)，直至水泥組合物充分凝固而自支撐。其后，收起擴張器。水泥組合物和支撐套管能夠在水泥組合物凝固前發(fā)生彈性變形。局部彈性變形能促進將新的水泥組合物持續(xù)引入環(huán)形空間中。當(dāng)水泥組合物和套管承受由于添加更多水泥組合物而產(chǎn)生的變化的力時，局部彈性變形能阻止安裝過程中復(fù)合材料過早裂化和失效。根據(jù)某些實施方案，將擴張器安裝在心軸上，支撐套管通過以下方式放置在待修復(fù)管道的內(nèi)部：將支撐套管卷繞在心軸和擴張器上，將心軸和擴張器插入管道中并使從支撐套管的外表面伸出的間隔元件朝向主管的內(nèi)表面，然后將其移動到待修復(fù)的位置。根據(jù)某些實施方案，擴張器安裝在心軸上，織物強化層通過以下方式放置在待修復(fù)的管道內(nèi)部：將強化層卷繞在心軸和擴張器上，將心軸和擴張器插入管道內(nèi)的支撐套管，然后將其移動到待修復(fù)的位置。根據(jù)某些實施方案，擴張器包含一個可充氣氣囊，該擴張器通過用加壓流體使氣囊充氣而擴張。所述加壓流體可為氣體、液體或氣體和液體的結(jié)合物。還提供一種為具有內(nèi)外表面的主管鑲襯的方法。該方法包括在待修復(fù)管道的至少一個部分內(nèi)施用聚合材料的支撐套管。所述支撐套管放置在待修復(fù)管道的內(nèi)部且與該管道的內(nèi)表面間隔開。該支撐套管可包含多個從該支撐套管外表面軸向和徑向伸出的突出物，從而在主管和支撐套管之間提供這種間隔開的布局。將纖維材料的強化層施用到臨近主管內(nèi)的支撐套管的內(nèi)表面處。將可流動水泥材料（例如抗?jié)B移的薄漿組合物）引入強化織物的開孔以及支撐套管和主管內(nèi)表面之間的空間中。造成或使得所述水泥組合物硬化，從而在支撐套管的突出物和主管內(nèi)表面之間以及在所述組合物和支撐套管和強化層之間形成機械結(jié)合。還提供一種用于鑲襯主管的修復(fù)襯墊。用于主管的修復(fù)襯墊包括纖維材料的強化層和柔性聚合材料的支撐套管，該支撐套管包含將所述襯墊與主管內(nèi)表面間隔開的元件。所述支撐套管包括一個內(nèi)表面和一個外表面，其中支撐套管的內(nèi)表面與纖維材料的強化層接觸。所述支撐套管的外表面包括從支撐套管的外表面軸向和徑向伸出的間隔元件。所述間隔元件位于支撐套管上，使得可流動、可硬化的水泥組 合物可在這些元件之間流動以在襯墊和主管之間建立機械結(jié)合。還提供一種已修復(fù)管道。所述已修復(fù)管道包括具有一個內(nèi)表面和一定長度的主管和臨近所述主管的所述內(nèi)表面的固化復(fù)合材料。所述復(fù)合材料包括一種強化織物，其至少部分用抗?jié)B移性水泥組合物浸潤。所述硬化的水泥組合物與結(jié)構(gòu)織物接觸并在主管內(nèi)表面形成一個硬化的襯里。本發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于任何直徑的管道。根據(jù)某些實施方案，本發(fā)明方法可適于修復(fù)直徑小于16″的小直徑管道。該方法對于所有已知的管道材料均適用，包括混凝土、塑料、鐵以及鋼。術(shù)語“管道”包含導(dǎo)管、管道、隧道、涵洞以及密閉容器、泵站和濕井等。該方法適于任何形狀的管道，但由于其對圓柱管的環(huán)向強度的修復(fù)能力優(yōu)異，該方法尤其應(yīng)用于并記載于管狀管道的修復(fù)中。強化層支撐套管并不意味承受管線的很大一部分結(jié)構(gòu)負(fù)荷（環(huán)向應(yīng)力或縱向應(yīng)力）。雖然水泥組合物具有高壓縮強度，但其拉伸強度卻有限。因此，纖維材料的強化層用于強化所述硬化的水泥組合物，其通過吸收在主管的修復(fù)區(qū)域原本可使水泥組合物破碎或斷裂的拉伸應(yīng)力和負(fù)荷而實現(xiàn)。由此，該方法提供了以下材料的復(fù)合材料：水泥組合物（例如抗?jié)B移性薄漿組合物）、支撐套管和纖維材料的強化層，該復(fù)合材料與主管結(jié)合且具有足夠的拉伸強度、軸向強度、壓縮強度和環(huán)向強度，從而在管道內(nèi)單獨形成一個新的管道，且提高了該管道的所需壓力等級。根據(jù)某些實施方案，所述纖維材料的強化層包括一種雙向織物。該雙向強化織物的纖維包括任何可用于制造可吸收在主管的修復(fù)區(qū)域原本可使水泥組合物破碎或斷裂的拉伸應(yīng)力和負(fù)荷的織物的纖維。僅示例說明而非對其進行限制，可用于制造所述強化織物的合適纖維包括芳族聚酰胺纖維、玄武巖纖維、碳纖維、玻璃纖維、聚合物纖維（例如聚酯纖維、聚烯烴纖維（聚丙烯纖維、聚乙烯纖維等））或丙烯酸系纖維、以及其結(jié)合物。根據(jù)某些實施方案，在所述纖維材料中加入水泥材料（例如薄漿） 來形成纖維強化的水泥組合物以及支撐套管。例如，當(dāng)將所述薄漿材料施用于與纖維材料接觸的支撐套管時，所述纖維材料可具有編織結(jié)構(gòu)來促進復(fù)合材料的形成。在所述織物中可使用多種類型的編織和纖維取向。例如，在某些實施方案中，所述纖維可為單向、雙向或全向的。對于全向織物，也可使用無規(guī)構(gòu)型。選擇材料時主要考慮的是對管道中承載的液體組分的耐性。通常，可指定編織結(jié)構(gòu)以及纖維的其他特性以促進薄漿浸入到纖維結(jié)構(gòu)中。如果碳纖維材料與地下管道相匹配，則碳纖維因其勁度、強度和應(yīng)用性能而成為有用纖維?？墒褂迷S多形式的碳纖維。一種示例的有用碳纖維是購自BASFConstructionChemicals的碳纖維織物。在某些實施方案中，強化層的數(shù)量取決于修復(fù)管道系統(tǒng)的所需壓力等級和所需最大容許操作壓力。根據(jù)某些實施方案，織物的多層強化層可用于建立修復(fù)管道。該管道可承受的極限負(fù)荷決定強化層的厚度，切記過大的厚度將不必要地降低管道的容量。水泥組合物如本文所述，使水泥組合物穿過強化織物的開孔。根據(jù)某些實施方案，浸潤到強化織物的水泥組合物可選自抗?jié)B移性水硬性糊劑、抗?jié)B移性薄漿、抗?jié)B移性灰漿和抗?jié)B移性混凝土?？?jié)B移性水泥組合物可包含抗?jié)B移性薄漿。盡管各種抗?jié)B移性薄漿可適用，然而在某些實施方案中，該薄漿是一種抗?jié)B移性薄漿且由BASFConstructionChemicals以商品名Masterflow1205、Masterflow1341和Masterflow1515PipeSaver制造，為一種水硬性水泥薄漿組合物，其包含水硬性水泥、水和共聚物（優(yōu)選聚丙烯酰胺共聚物），如第7,044,170號美國專利所述，其全文以引用的方式納入本文。該薄漿具有抗?jié)B移性，具有足夠低的粘度使其具可泵性以及易于放置，體積變化（可塑和硬化）降低、工作時間延長，強度形成合適，其為嵌入的含鐵材料提供防腐保護。如第7,044,170號美國專利所述，水硬性水泥組合物是一種本身具有水硬性膠結(jié)性能且在水存在下凝固和硬化的材料。水硬性水泥薄 漿可包含（但不限于）以商標(biāo)(BASFConstructionChemicals、Shakopee,MN,USA)、(Sika,Stockholm,Sweden)和(ChemCreteCorporation,Richardson,Tex.)銷售的水硬性水泥薄漿。在某些實施方案中，在水硬性水泥薄漿混合物中添加的抗?jié)B移性添加物可為以下單體的共聚物：例如N,N-二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基,2-甲基丙烷磺酸，其存在量可為約0.001重量%至約10.0重量%，基于水硬性水泥的干重計。減少失水量的水硬性水泥薄漿組合物中，常規(guī)水與水泥的比例（W/C）不高于約0.45，優(yōu)選約0.35至約0.44。支撐套管聚合材料的柔性、管狀支撐套管包括在其外表面上形成的朝向主管的內(nèi)部且與主管的內(nèi)部間隔開的間隔元件。所述間隔元件可包含突出物、槽紋、羅紋、銷釘、接縫和/或波紋，其從套管外表面軸向和徑向伸出。該間隔元件的構(gòu)造、形狀和尺寸可加工為滿足性能要求。當(dāng)非滲析薄漿插入到形成于主管內(nèi)壁和套管外表面之間的環(huán)形腔內(nèi)時，薄漿在凝固前圍繞所述間隔元件，并注入間隔元件之間的空隙中。間隔元件完全嵌入薄漿中，引起套管和新凝固的薄漿之間的機械結(jié)合，提高了管道中新形成管道的結(jié)構(gòu)強度，且不會過分限制該管道的內(nèi)徑。為了示例說明而非進行限制，所述支撐套管包含高密度聚乙烯管道襯墊。安裝可通過本領(lǐng)域已知的各種方法完成，包括加壓法、輸送可移動可收縮結(jié)構(gòu)或載體、或安裝就位的非移動構(gòu)架，所有這些裝入管道中，并在任務(wù)完成后通過接入點（例如入孔和升降孔）從管道中移出。支撐套管初始放置在管道內(nèi)部可移動放置的移動可收縮結(jié)構(gòu)上。放置時，使所述結(jié)構(gòu)擴張，推進套管就位。其后，類似地放置強化層以接觸支撐套管的內(nèi)表面。將薄漿插入到支撐套管和管道內(nèi)壁之間的環(huán)形腔內(nèi)和強化層中?；蛘?，可將支撐套管通過以下方式放置于管道內(nèi)部：插入支撐套管的管（有時可反轉(zhuǎn)），在管道內(nèi)對套管加壓使套管擴張與管道內(nèi)部接觸。類似地放置強化層以與支撐套管內(nèi)表面接觸。應(yīng)理解的是，為進行完整的安裝，需要進行前期準(zhǔn)備和精整作業(yè)。通常，檢查、清潔并準(zhǔn)備管道部件，轉(zhuǎn)移管道中通常承載的介質(zhì)流。精整操作包括支管連接的重建。在某些實施方案中，在心軸上安裝通常為圓柱形的擴張器，處于折疊或重疊狀態(tài)的支撐套管卷繞在心軸和擴張器上。將該心軸和擴張器插入具有從支撐套管的外表面伸出且朝向主管的內(nèi)表面的間隔元件的管道中，然后移到待修復(fù)的位置。當(dāng)將擴張器放置于待修復(fù)位置時，擴張器擴張以將支撐層推向主管的內(nèi)表面。將該擴張器收縮移走，然后重復(fù)該操作以將強化層安裝到管道內(nèi)部的支撐套管內(nèi)。其后將該可擴張的擴張器擴張，從而將強化層和支撐套管朝主管的內(nèi)表面徑向向外推動，以使強化層與套管擴張（伸開或展開）與管道的內(nèi)表面接觸。在某些實施方案中，該擴張器包含固定在心軸的可充氣氣囊，擴張擴張器的步驟包括用加壓流體（如空氣或液體）使氣囊膨脹。該擴張器既作為運輸裝置以將支撐套管和強化層定位在管道內(nèi)合適的位置，又作為裝填器（packer）以將強化層和支撐套管推向待修復(fù)管道內(nèi)壁、以及在修復(fù)過程中使其定位以使薄漿凝固或硬化。將可流動、可泵送的抗?jié)B移性薄漿插入到支撐套管和主管內(nèi)表面之間的環(huán)形腔內(nèi)沿所述管道的第一個點，以通過將該薄漿從該第一個點流向沿該管道的第二個點穿過主管以總體縱向的方式注入環(huán)形腔，薄漿在環(huán)形腔內(nèi)流動時，間隔元件穿入該薄漿中。將所述薄漿泵送到環(huán)形腔內(nèi)，以使其均勻向下流過支撐套管的兩邊，穿入套管及強化層。薄漿硬化時，套管機械固著到薄漿上，薄漿放置在主管內(nèi)并伴隨著套管/強化層的膨脹。套管外表面的間隔元件嵌入到硬化薄漿內(nèi)。所述薄漿與主管內(nèi)表面均勻并連續(xù)地接觸，形成一個牢固帶。使注入的薄漿充分凝固或硬化，使管道中的新管維持其形狀并自支撐。硬化后，使擴張器收縮并從管道撤出。本文詳述的安裝過程是一個寬泛的描述，且可以理解的是，該過程可被設(shè)計為獲得預(yù)期結(jié)果，例如需要過度膨脹、不需要膨脹和/或需要平滑過渡形狀的情況。可以理解的是現(xiàn)場安裝條件可改變。盡管修復(fù)具有缺陷的主管的方法已結(jié)合各種示例性實施方案進行描述，然而，應(yīng)理解的是，本文所述的實施方案僅僅是示例性的，且本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明主旨和范圍的情況下，可以作出各種變化和改變。所有這些變化和改變意欲包含在本文權(quán)利要求范圍內(nèi)。此外，所有公開的實施方案并不必然是交替的，因為各種實施方案可以結(jié)合以提供預(yù)期的結(jié)果。因此，修復(fù)主管的方法和已修復(fù)的管道不應(yīng)限于任何單一的實施方案，而是應(yīng)該根據(jù)所附權(quán)利要求引述的廣度和范圍上做解釋。