城市排水管道現(xiàn)狀評估與非開挖修復技術研究

李予青

(中南勘察基礎工程有限公司， 武漢 430081)

排水管網(wǎng)是城市重要的基礎設施之一，在城市運行系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。全國多地頻發(fā)道路塌陷，雨期道路漬水、城市內(nèi)澇，原因往往是城市地下排水管道出現(xiàn)堵塞、滲漏、開裂，或因長期滲漏、周邊泥土流失，導致管道變形、坍塌，地下排水管道失去排水作用。排水管道的安全運營關系著民眾生活和城市文明，排水管道健康狀況檢測評估是城市管道管理運營的重要內(nèi)容之一，其目的是及時發(fā)現(xiàn)排水管道安全隱患并采取有效措施，為排水管道養(yǎng)保修復、最大限度減少城市道路災害、確保管道安全運行、發(fā)揮管道功能提供科學準確的依據(jù)。

1 排水管道現(xiàn)狀評估

在國內(nèi)，采用排水管道檢測技術有管道閉路檢測系統(tǒng)(CCTV)、聲納、潛望鏡、紅外線溫度記錄分析技術及透地雷達等[1-4]。CCTV檢測是目前應用最普遍的技術，工作原理是利用管道內(nèi)窺攝像系統(tǒng)，連續(xù)、實時記錄管道內(nèi)部的實際情況；技術人員根據(jù)攝像系統(tǒng)拍攝的錄像資料，對管道內(nèi)部存在的問題進行實地位置確定、缺陷性質(zhì)判斷，具有實時、直觀、準確和一定的前瞻性等特點。但在CCTV技術不能有效地拍攝水下和不適合“機器人行走”的情況下，可用聲納系統(tǒng)和潛望鏡彌補CCTV技術的不足，對水下積泥、異物和重大結(jié)構(gòu)損壞情況進行掃描。排水管道現(xiàn)狀評估前，應收集整理測區(qū)范圍內(nèi)的排水管網(wǎng)信息，對管網(wǎng)信息準確性進行分析，確保管網(wǎng)信息的現(xiàn)勢性；然后對管道進行預處理，通過清淤、疏通等手段，為CCTV檢測提供工作條件。

1.1 管道預處理

管道檢測的前提是待檢測管道符合檢測標準，為獲得清晰、完整的檢測錄像，應首先對管道進行必要的封堵、降水、窨井清撈、管道疏通清洗等工作，以便儀器能夠準確反映淤泥覆蓋之下的管道內(nèi)部情況。

1.1.1 管道的封堵、抽水

一般采用兩種方法對疏通管段兩側(cè)實施封堵，一是管徑小于600mm的小型管道采用氣囊封堵；二是管徑大于600mm的管道主要采用磚石封堵，確保施工安全。對于采用磚石封堵的管道需安排專業(yè)的潛水員進行封堵，封堵完成并保養(yǎng)一定時間后方可進行后續(xù)工程施工，特別是管徑大于1 200mm的管道，磚石封堵保養(yǎng)時間至少72h。管道封堵順序一般采用先上游、后下游的封堵方式。對于磚砌墻直徑為1 400mm、墻厚60～70cm的墻體，若在沉井下游方向，則每道磚砌墻砌筑時間為6～8h。根據(jù)施工現(xiàn)場的不同情況或特殊性，疏通管道的封堵也可先封堵下游，但需協(xié)調(diào)上、下游配合，保證臨近污水泵站停水6～8h。

1.1.2 管道清淤、清洗

完成了封堵及排水工作后，才能進行疏通管道淤積及清洗管壁。管道清淤、清洗主要使用高壓射水車與機械絞車。利用高壓射水頭在管道內(nèi)來回移動，使高壓水流不斷沖洗管壁，確保清洗后管壁無殘留物，若高壓射水車無法清理管道硬質(zhì)垃圾沉積，則需配合絞車或人工進行疏通，同時采用高腳泥漿泵將淤泥抽排至污泥運輸車罐體內(nèi)，以達到徹底清理管壁的效果。

1.1.3 污泥運輸與處置

在管道內(nèi)部清淤施工過程中會有大量的污泥，這些污泥顆粒較細、密度較小、含水率高、不易脫水，一般有機物含量高，容易腐化發(fā)臭，且常含有寄生蟲卵、細菌和重金屬等有害物質(zhì)。所以淤泥的處置需相關部門或單位提供處置場所，外運通常采用全封閉吸污車或槽罐車。污泥的清理、裝載、運輸過程應做到不“跑、冒、滴、漏”，避免對環(huán)境造成不良影響。

1.2 CCTV檢測技術

1.2.1 CCTV的基本設備

CCTV設備主要包括攝像頭、爬行器、燈光、線纜、監(jiān)視器、錄像和計算機控制系統(tǒng)、長度測量儀等。由主控制器控制具有攝像功能的“機器人”爬行器在管道內(nèi)行走，進行內(nèi)部檢測。

1.2.2 管道電視檢測流程

檢測時首先將遠程控制彩色CCTV檢視鏡頭送入已清洗好的管道內(nèi)，由檢視鏡頭將管道內(nèi)的狀況傳輸?shù)诫娨暠O(jiān)視屏幕，再通過專用軟件將整個檢測過程錄制成數(shù)字影像文件存儲在電腦硬盤內(nèi)。在檢測過程中若有如積水、破裂、脫節(jié)、腐蝕等異常情況時，專用軟件將異常點位置、方位及異常種類記錄下來，并抓拍照片存入電腦內(nèi)，以便于后期對檢視結(jié)果分析和判讀。在CCTV檢測時，應在異常點停留5s以上，以確保獲得清晰的影像。

1.2.3 CCTV檢測結(jié)果的判讀分析

根據(jù)現(xiàn)場電視檢測的結(jié)果，對管道內(nèi)部存在的病害按照《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》(CJJ181)進行整理[5]，如缺陷的代碼、類型等，并在檢測施工現(xiàn)場進行確認并及時錄入電腦之中。圖1為葉縣護城河污水管道CCTV檢測圖(箭頭所示位置)，管道缺陷類型為破裂。

圖1 葉縣護城河污水管道CCTV檢測圖

若因現(xiàn)場條件無法整理確認，也可把錄像結(jié)果帶回室內(nèi)，再進行判讀和確認。現(xiàn)場檢測完畢后，應由第二者復核，缺陷的幾何尺寸應比照管徑或相關物體的大小判定。無法確定的缺陷類型或等級必須在評估報告中加以說明。剪輯圖像應采用現(xiàn)場抓取最佳角度和最清晰圖片方式，特殊情況下也可采用觀看錄像抓取。根據(jù)判定結(jié)果，提交管道檢測報告書。

1.3 聲納檢測

聲納管道監(jiān)測儀是將傳感器頭浸入水中進行檢測。聲納系統(tǒng)對管道內(nèi)側(cè)進行聲納掃描,聲納探頭快速旋轉(zhuǎn)并向外發(fā)射聲納信號,然后接收被管壁或管中物體反射的信號,經(jīng)計算機處理后形成管道的橫斷面圖。一般來說,聲納系統(tǒng)可以提供準確合理的資料,以判斷管線斷面的管徑、沉積物形狀及其變形范圍。圖2為武漢市青山區(qū)排水管線聲納圖，該圖可見管道下方沉積物厚度150mm，占管徑的30%～40%。

圖2 武漢市青山區(qū)排水管道聲納圖

1.4 潛望鏡

潛望鏡(Qu ickview)為便攜式視頻檢測系統(tǒng)，操作人員將設備控制盒和電池攜帶身上，使用攝像頭操作桿(一般可延長至5.5m以上)將攝像頭送至窨井內(nèi)的管道口，通過控制盒來調(diào)節(jié)攝像頭和照明以獲取清晰的錄像或圖像。數(shù)據(jù)圖像可在隨身攜帶的顯示屏上顯示，同時可將錄像文件存儲在存儲器上。該設備對窨井檢測效果非常好，也可用于靠近窨井管道檢測。適用管徑為?150～?2 000mm。圖3為崇陽縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理項目在管道接口處存在結(jié)構(gòu)性缺陷，缺陷類型為變形。

圖3 崇陽縣某污水處理項目管道潛望鏡檢測圖

2 非開挖修復技術

非開挖修復技術則是在原有管道的基礎上，無需破壞路面或者是破壞少許路面，通過現(xiàn)有的檢查井對管道進行修復加固[6]。常用的方法有原位固化法、螺旋纏繞法、折疊內(nèi)襯法和短管內(nèi)襯法等。這些方法通過借助于現(xiàn)有的檢查井在原有管道內(nèi)部形成一個新的內(nèi)襯層，對原有管道破損或者出現(xiàn)缺陷的地方進行修復處理，確保原有管道可以正常運行。在現(xiàn)有的非開挖修復技術中，原位固化法(CIPP)是目前應用最為廣泛的一種方法，其基本原理是將浸漬有樹脂的纖維軟管通過翻轉(zhuǎn)或拖拉的方式運送到原有管道中，通過熱水、蒸汽或者紫外光固化的方式使軟管中的樹脂發(fā)生固化反應，從而在原有管道內(nèi)部形成一個新的內(nèi)襯的修復方法。根據(jù)修復對象的不同，分為局部修補和整段CIPP修復。下面以局部樹脂固化修復為例來探討原位固化修復技術。

2.1 局部樹脂固化修復技術

局部樹脂固化修復技術是利用氈筒氣囊局部成型技術，將涂灌樹脂的氈筒用氣囊使之緊貼母管，常溫固化樹脂經(jīng)過一定時間(1～1.5h)自然固化，形成具有一定結(jié)構(gòu)強度的局部內(nèi)套環(huán)。局部樹脂固化修復技術可用于修復管材為鋼筋混凝土等材質(zhì)的雨污排水管道。

一是適用于管徑為300～1 500mm的管道修復，其中管徑800mm以上的大型或特大型管道，可由施工人員進入管內(nèi)修理；對于管徑800mm以下可采用電視檢測車探視位置，然后放入氣囊固定位置修復。

二是適用于接口錯位不大于5cm的管道結(jié)構(gòu)性缺陷，如破裂、變形、錯位、脫節(jié)、滲漏，等，該類管道要求基礎結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定、管道線形沒明顯變化、管道壁體堅實不酥化。

三是適用于管道接口處滲漏或臨界時預防性修理，經(jīng)常作為整體內(nèi)襯前的局部嚴重漏水或破損的預處理工作。

2.2 局部樹脂固化修復工作程序

局部樹脂固化修復工作可分為四個步驟:一是將氈筒用適合的樹脂浸透；二是將上述氈筒纏繞于氣囊上，在電視引導下送至修復位置；三是向氣囊充氣、蒸氣或水使氈筒“補丁”壓覆在管道上，保持壓力待樹脂固化；四是氣囊泄壓縮小并拉出管道。需要強調(diào)的是排水管道若處于流砂或軟土暗浜層且接口存在縫隙，流砂軟土可能從縫隙滲入排水管道內(nèi)，在局部現(xiàn)場固化修復時，必須將管內(nèi)損壞處清洗干凈，確保修復質(zhì)量。

2.3 局部樹脂固化內(nèi)襯質(zhì)量檢查

1)厚度檢查應全數(shù)檢查。在內(nèi)襯圓周上平均選擇8個以上檢測點，使用測厚儀測量并取各檢測點的平均值為內(nèi)襯管的厚度值，其值不得少于相關標準的規(guī)定值。

2)表面檢查。管道內(nèi)襯表面光滑，無褶皺，無脫皮。采用目測、攝像或電視檢測內(nèi)襯管段，電視檢測按《城鎮(zhèn)公共排管道電視和聲納檢測評估技術規(guī)程》。要求達到：①管內(nèi)殘余廢棄物質(zhì)已得到清除；②管頂不允許出現(xiàn)褶皺，管道彎曲部分的褶皺不得超過直徑的5%；③管道接口裂縫應嚴密，接口處理要貫通、平順、均勻，均符合相關要求,修復后氈筒寬度應在50dm左右，接口平滑，保證水流暢通；④氈筒表面應光潔、平整，與接口老壁粘結(jié)牢固并連成一體，無空鼓、裂紋和麻面現(xiàn)象。

3 結(jié)語

隨著城市排水管道現(xiàn)狀評估需求的不斷擴大,CCTV檢測技術也得到了快速提升，聲納法和潛望鏡技術也逐漸得到重視。定期對城市排水管道進行現(xiàn)狀評估，同時科學、規(guī)范、快速對排水管道維護、保養(yǎng)及修復，以保障城市排水管道的健康安全運行，全面提高城市管道的運行能力和治理效能。