排水管道檢測與非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

王東輝

（上海市浦東新區(qū)港城城市管理署，上海市 201318）

0 前言

排水管道是城市重要基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，城市排水管道的管理對城市的環(huán)境保護、城市的建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展都具有重要的意義。隨著城市的發(fā)展，城市地下管網(wǎng)的規(guī)模在不斷擴大，大批的地下管道由于鋪設(shè)時間的久遠，現(xiàn)已紛紛達到或接近使用年限，管道的修復(fù)技術(shù)已日益引起各方面的關(guān)注[1]。城市管網(wǎng)系統(tǒng)猶如人體的血管系統(tǒng)一樣，錯綜復(fù)雜，不能堵、不能破，否則就要出大問題。同樣管道出現(xiàn)破裂、堵塞，就影響城市的排水暢通，并可能會造成嚴重事故。隨著人們對城市環(huán)境要求的逐步提高，對于管道出現(xiàn)問題，采用傳統(tǒng)的開槽埋管變得越來越困難?；趥鹘y(tǒng)技術(shù)種種弊端的顯現(xiàn)，管道CCTV檢測、非開挖技術(shù)等應(yīng)運而生。

1 排水管網(wǎng)管理與維護現(xiàn)狀

排水管道肩負著收集、輸送城市雨污水的重任。據(jù)統(tǒng)計，截至到2011年，我國已建成城市排水管線總長超過50萬km。地下排水管線已成為城市經(jīng)濟發(fā)展和人民生活保障的生命線，具有舉足輕重的作用。但是，城市排水管網(wǎng)的老化和管理的落后嚴重制約了社會的發(fā)展。以上海為例，上海市地下水位很高，管道系統(tǒng)役齡較長?，F(xiàn)有管道系統(tǒng)在管材、接口方式、施工工藝方面抗?jié)B能力差[2]。

由于受管理體制、資金等影響，大部分城市管道病害往往在出現(xiàn)初期得不到發(fā)現(xiàn)和維護，等到發(fā)展出現(xiàn)重大事故時才做應(yīng)急處理，這時已對國家財產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟損失。并且受技術(shù)手段的限制，對于眾多存在復(fù)雜問題的管道缺乏有效的維護辦法。管道CCTV檢測、非開挖修復(fù)等技術(shù)提供了管網(wǎng)運行和管理中遇到難題的解決方案，豐富了排水管網(wǎng)管理和維護手段，降低了由于管網(wǎng)出現(xiàn)問題造成的損失。

2 管道檢測與評估技術(shù)

2.1 CCTV檢測技術(shù)介紹

管道閉路電視檢測系統(tǒng)（Closed-Circuit Television）（簡稱CCTV），是專門應(yīng)用于地下管道檢測的工具。

CCTV的基本設(shè)備包括有：（1）攝影機；（2）燈光；（3）電線（線卷）及錄影設(shè)備；（4）攝影監(jiān)視器；（5）電源控制設(shè)備；（6）承載攝影機的支架；（7）牽引器；（8）長度計算器。

進行CCTV檢測前需進行管道清洗工作，去除管內(nèi)臟物，保證拍攝到效果良好的視頻錄像?，F(xiàn)今，管道清洗通常采用高壓清洗車進行。清洗車將管內(nèi)的淤泥、沉積砂及污物等清除并將管內(nèi)表面清洗干凈，最后用清洗車的真空泵將匯集在窨井內(nèi)的淤泥等吸除干凈。CCTV檢測作業(yè)時，通常是從上游窨井向下游窨井方向進行。當管內(nèi)污水超過管徑的20%時，通常需要對管道進行封堵、抽水。

排水管道CCTV檢測示意見圖1。

圖1 排水管道CCTV檢測示意圖

2.2 CCTV檢測設(shè)備

CCTV檢測儀裝備有最先進的攝像頭、爬行器及燈光系統(tǒng)，完全由帶遙控操縱桿的監(jiān)視器控制，操作簡單，移動方便?？梢赃M行影像處理、記錄攝像頭的旋轉(zhuǎn)和定位。具有高質(zhì)量的圖像記錄和文字編輯功能。其主要工作部分為一部四輪驅(qū)動的攝像小車和一臺計算機。根據(jù)不同管徑，可以選用不同型號的CCTV。通過它能夠?qū)⒐艿乐械那闆r一覽無余。在檢查前首先要通過高壓沖洗車對所需檢測的管段進行沖洗，確保CCTV車能順利通過，然后通過一種專用排水管管道堵塞器將上游排水管暫時封堵，然后用抽水機將井中的污水抽至附近的污水井中，待被觀察管道中水深不至于淹沒CCTV攝像頭時即可投入工作。在抽完井中污水的同時也可觀察此時被檢測管道中的水流情況，原先埋在水下不便檢查的管段此時已“浮出水面”了。CCTV檢測主要設(shè)備見圖2。

圖2 CCTV檢測主要設(shè)備

攝像爬行系統(tǒng)：運用爬行系統(tǒng)將攝像設(shè)備推進至管道內(nèi)部，由攝像系統(tǒng)拍攝管道內(nèi)部影像，并適時將影像傳送至控制臺；

控制電纜：負責(zé)傳送爬行設(shè)備指令、適時影像數(shù)據(jù)；

控制臺：CCTV核心操作系統(tǒng)，負責(zé)發(fā)出控制指令，如爬行系統(tǒng)前行、倒退、攝像系統(tǒng)燈光等；接受影像數(shù)據(jù)并將影像數(shù)據(jù)儲存至存儲設(shè)備。

2.3 CCTV檢測流程

CCTV檢測流程見圖3。

圖3 管道CCTV檢測流程

2.4 CCTV檢測評估

2.4.1 排水管道缺陷分類

排水管道的缺陷分為功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷，功能性缺陷檢查主要是檢查管道的暢通情況，結(jié)構(gòu)性檢查主要是檢查管道構(gòu)造的完好程度。各缺陷類別及代碼表示可按照上海市相關(guān)規(guī)程規(guī)定表示[3]。詳見表 1、表 2。

表1 排水管道功能性缺陷分類、代碼及等級

表2 排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷分類、代碼及等級表

2.4.2 各缺陷的時鐘表示法

如圖4所示，采用時鐘時針位置來描述管道病害出現(xiàn)在管道環(huán)向的位置。

圖4 各缺陷的時鐘表示法示意

圖4中：第一幅表示管道環(huán)向3點至9點位置存在病害，第二幅表示管道環(huán)向9點至3點位置存在病害。

2.4.3 管道結(jié)構(gòu)狀況評估

式中：RI——管道結(jié)構(gòu)狀況評估指數(shù)；

F——結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)；

K——地區(qū)重要性參數(shù)；

E——管道重要性參數(shù)；

T——土質(zhì)影響參數(shù)。

根據(jù)RI的值評估排水管道結(jié)構(gòu)狀況，劃分不同的結(jié)構(gòu)狀況等級，見表3。

表3 排水管道結(jié)構(gòu)狀況評估

2.4.4 管道功能狀況評估

式中：MI——管道功能狀況評估指數(shù)；

G——功能性缺陷參數(shù)；

K——地區(qū)重要性參數(shù)；

E——管道重要性參數(shù)。

根據(jù)MI的值評估排水管道功能狀況，劃分不同的功能狀況等級，見表4。

表4 排水管道功能狀況評估

2.5 管道QV檢測技術(shù)

2.5.1 管道QV檢測工作原理

管道QV檢測，即管道快速視頻潛望鏡檢測。其提供把檢測設(shè)備置于檢查井中，通過QV檢測的燈光系統(tǒng)，照亮管道內(nèi)部，使用QV檢測系統(tǒng)的攝像頭拍攝管道內(nèi)部狀況。由于QV檢測系統(tǒng)的攝像頭可實現(xiàn)變焦拍攝，故可探測距離較遠的管道內(nèi)部狀況，見圖5。

2.5.2 管道QV檢測的優(yōu)點

（1）簡單、快捷

操作人員站在地面，對設(shè)備進行操作，通過調(diào)焦拍攝管道內(nèi)部狀況。

圖5 QV檢測現(xiàn)場圖

（2）安全、可靠

由于管道檢測時，設(shè)備、人員無需進入管道，故沒有井下作業(yè)的風(fēng)險。

（3）適用范圍廣泛

適用于管徑為150～2 400 mm的管道。

2.6 聲納檢測技術(shù)

聲納儀是利用聲音進行探測的一種工具，聲納技術(shù)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，見圖6。在排水管道檢測中，如果管道中充滿水，那么管道中的能見度幾乎為零，故無法直接采用CCTV進行檢測。聲納技術(shù)正好可以克服此難點。將聲納檢測儀的傳感器浸入水中進行檢測。和CCTV不同，聲納系統(tǒng)采用一個適當?shù)慕嵌葘艿纼?nèi)進行檢測，聲納探頭快速旋轉(zhuǎn)，向外發(fā)射聲納波，然后接收被管壁或管中物發(fā)射的信號，經(jīng)計算機處理后，形成管道縱橫斷面，見圖7。

圖6 聲納儀

圖7 管道縱橫斷面圖

聲納檢測橫斷面圖像對輕微的結(jié)構(gòu)性損壞缺陷不是非常明顯，故一般應(yīng)用于判斷嚴重的管道結(jié)構(gòu)性缺陷或管道積泥情況。

當今，聲納檢測技術(shù)用于調(diào)查管道積泥情況效果非常好，聲納檢測斷面圖可以清晰的看出管道內(nèi)某一斷面的積泥高度。

聲納檢測評估與CCTV檢測相似，文中不再重復(fù)。但相比CCTV檢測，聲納檢測橫斷面圖像對輕微的結(jié)構(gòu)性損壞缺陷不是非常明顯，故一般應(yīng)用于判斷嚴重的管道結(jié)構(gòu)性缺陷或管道積泥情況。

3 管道非開挖修復(fù)技術(shù)

近年來隨著人們環(huán)保意識的增強，保護城市道路環(huán)境，維護城市道路交通正常運行越來越引起了全社會各有關(guān)部門的重視，各類非開挖修復(fù)地下管線技術(shù)先后出現(xiàn)，非開挖修復(fù)具有對道路交通影響小、施工工期短、甚至可以帶水作業(yè)等優(yōu)點。縱觀各類非開挖技術(shù)，除了鋪設(shè)新管線的定向鉆技術(shù)和需要舊管網(wǎng)增容的裂管技術(shù)外，舊管網(wǎng)改造修復(fù)基本上都是采用管中管修復(fù)技術(shù)思路，我們通俗地統(tǒng)稱為管中管修復(fù)技術(shù)?，F(xiàn)今國內(nèi)外應(yīng)用較多的管中管技術(shù)主要有CIPP（翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法）、Rib-Loc（螺旋纏繞法）、局部點狀樹脂內(nèi)襯技術(shù)、不銹鋼發(fā)泡桶法和PE穿插內(nèi)襯等[4]。

3.1 CIPP（翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法）

將無紡氈布或有紡尼龍粗紡布與聚乙烯或聚氯乙烯、聚氨酯薄膜復(fù)合成片材，根據(jù)介質(zhì)不同選擇工藝膜，然后根據(jù)被修管道內(nèi)徑，薄膜向外縫制成軟管，并用相同品種薄膜條封住縫合口，排出軟管內(nèi)空氣，加入樹脂，趕壓使樹脂與軟管浸漬均勻，然后利用水或氣將軟管反轉(zhuǎn)進入被修管道內(nèi)，此時軟管內(nèi)樹脂面翻出并緊緊貼在已清洗干凈的被修管道內(nèi)，經(jīng)過一定時間或溫度，軟管固化成鋼性內(nèi)襯管，從而達到堵漏、提壓、減阻的管道修復(fù)目的。

3.2 Rib-Loc（螺旋纏繞法）

該技術(shù)主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內(nèi)部形成將帶狀通過壓制卡口不斷前進形成新的管道，新管道卷入舊管道后，通過擴張貼緊舊管壁，最后固定。管道修復(fù)后內(nèi)壁光滑，過水能力比修復(fù)前的混凝土管要好，而且材料占地面積較小，適合長距離的管道修復(fù)。管道可在通水的情況作業(yè)，水深30%通?？烧Ｗ鳂I(yè)。新管道與原有管道之間可不注漿或注漿。

3.3 點狀樹脂內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)

局部樹脂固化采用特種環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂，可使用含鈷錳化合物作為催化劑來加速樹脂的固化，進行聚合反應(yīng)成高分子化合物。該材料是單液性注漿材料，施工簡單，設(shè)備清洗也十分方便。

其樹脂與水具有良好的混溶性，漿液遇水后自行分散、乳化，立即進行聚合反應(yīng)，誘導(dǎo)時間可通過配比進行調(diào)整。

該材料對水質(zhì)的適應(yīng)較強，一般酸堿性及污水對其性能均無影響

3.4 不銹鋼發(fā)泡桶法（EXLT）

該工法采用的主要材料為遇水膨脹化學(xué)漿與帶狀不銹鋼片。施工時將化學(xué)漿涂抹在海綿上，然后將帶有化學(xué)漿的海綿縛在不銹鋼套筒上，拖入管道待修復(fù)位置，通過修復(fù)器將不銹鋼膨脹卡死。

3.5 PE穿插內(nèi)襯

該工法采用U型縮徑方法或物理擠縮方法使原本與被修復(fù)管道內(nèi)徑相同的內(nèi)襯PE管外徑縮小，以減少拉入被修復(fù)埋地管道時的摩阻，保證PE內(nèi)襯管在穿插過程中不被損傷，PE內(nèi)襯管材到位后，兩端密封打壓，使內(nèi)襯PE管快速膨脹，恢復(fù)原型并漲緊在內(nèi)襯管道內(nèi)壁上，形成PE管中管。

4 結(jié)語

實際證明，應(yīng)用管道檢測評估、非開挖修復(fù)等高新技術(shù)能大大提高排水管網(wǎng)管理和維護效率，為排水管網(wǎng)診斷、維護、分析和評價提供了可靠的方法。根據(jù)上海市近年來的實際管道修復(fù)工程概算,統(tǒng)計分析開挖與非開挖工程的平均單位直接成對大中城市交通阻塞關(guān)切程度的不斷提高,非開挖修復(fù)在社會及環(huán)境成本方面的優(yōu)勢將逐漸受到重視[5]。

在實際工程應(yīng)用中，具體選擇何種修復(fù)工法需根據(jù)施工條件、工程造價、社會影響等因素綜合考慮。在城市中心區(qū)域，排水管道修復(fù)宜采用CIPP翻轉(zhuǎn)法，可達到“零”開挖，而且施工速度快,一個工作循環(huán)可控制在15 h以內(nèi),對交通造成的影響可降到最低。大型雨水管道宜采用點狀樹脂內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)，經(jīng)濟而且合理。在沿江、沿海的流沙地區(qū)宜采用PE穿插等整體內(nèi)襯技術(shù)。目前，隨著排水管道檢測和非開挖技術(shù)的日趨成熟，上海市已經(jīng)制定了排水管道聲納與CCTV檢測規(guī)程，但非開挖技術(shù)的標準化工作缺乏體系指導(dǎo)、標準制定滯后。因此，亟需加快非開挖管道修復(fù)技術(shù)標準及相應(yīng)的規(guī)范、標準化工作缺乏體系的建立。

[1]陳春茂.非開挖管道修復(fù)技術(shù)[J].市政技術(shù),2004,22(4).

[2]劉華平.上海市排水管道清洗檢測技術(shù)應(yīng)用研究[D].上海:同濟大學(xué),2005.

[3]上海市排水管理處.上海市排水管道聲納與CCTV檢測規(guī)程[S].2005.

[4]葉建良,蔣國盛,竇斌.非開挖鋪設(shè)地下管線施工技術(shù)與實踐[M].北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2000.

[5]王中柱,李田.城市排水管道開挖與非開挖修復(fù)的綜合成本分析[J].給水排水,2008,34(6).