市政管網(wǎng)修復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

夏永峰

（中榕規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

國(guó)家《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》對(duì)黑臭水體的控制提出了明確的要求，然而，我國(guó)目前市政道路管網(wǎng)存在破裂、擁堵以及雨污分流不徹底等多方面的問(wèn)題，對(duì)城市內(nèi)河造成嚴(yán)重的污染，影響了水質(zhì)，與人民群眾生活水平相關(guān)指標(biāo)存在嚴(yán)重的矛盾。本文從實(shí)際出發(fā)，基于楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域系統(tǒng)治理及大排查項(xiàng)目，重點(diǎn)分析了實(shí)際存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了管網(wǎng)修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

1 工程概況

楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域范圍是指黃金大道、普瑞大道、瀟湘北路和銀星路圍合區(qū)域，范圍內(nèi)共有23 條市政道路，分別是：黃金大道、桑梓路、金甲沖路、桑梓二路、澳海路、澳海南路、金奧路、銀星路、梅園路、月亮島路、金星北路、樟木路、盛騰路、金瀟路、楊峰路、銀杉路、瀟湘北路、博士路、星峰路、王家灣路、銀月路、銀江路以及銀晟路。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容含楊峰撇洪渠、白石湖前渠管網(wǎng)修復(fù)和雨污水分流改造兩部分。此次針對(duì)長(zhǎng)沙市望城區(qū)楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域范圍內(nèi)市政道路、街巷等排水管網(wǎng)的清淤工程，包含市政道路污水管及雨水管（管徑為DN200～DN2400），道路長(zhǎng)約38km。任務(wù)是解決區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)的淤積問(wèn)題，恢復(fù)已建排水設(shè)施的排水能力。清淤設(shè)計(jì)主要包含管道封堵、臨時(shí)通風(fēng)、管道清淤、排水以及外運(yùn)清淤產(chǎn)生的淤泥，管道內(nèi)的其他雜物如樹(shù)葉、垃圾等的清除一并屬于本次設(shè)計(jì)內(nèi)容。

該工程為城市排水管網(wǎng)清淤工程，共包括區(qū)域內(nèi)的15 條道路，分別是：黃金大道、金甲沖路、銀杉路、瀟湘北路、銀星路、月亮島路、澳海路、博士路、金奧路、金瀟路、梅園路、桑梓二路、桑梓路、盛騰路、金星路。根據(jù)各條道路的管網(wǎng)QV 檢測(cè)報(bào)告及其養(yǎng)護(hù)建議，此次設(shè)計(jì)對(duì)報(bào)告管道中功能性缺陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)的管網(wǎng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其他的暫不處理。

2 工程相關(guān)問(wèn)題及原因分析

2.1 擁堵問(wèn)題及原因分析

城市排水管道在長(zhǎng)期運(yùn)行中由于水質(zhì)的物理化學(xué)特性及微生物的作用，常常使管道內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致管道流量降低，排水能力迅速下降，還常常使水質(zhì)變壞發(fā)臭。

該方案中排水管道懸浮固體物濃度較高，且其密度均比水大，極易造成固體物質(zhì)沉積。懸浮固體主要有自然泥沙、腐質(zhì)殘留等物質(zhì)，通常情況下，這些固體物質(zhì)的下沉速度和淤積程度與其粒徑和密度有關(guān)，也與流量有關(guān)。根據(jù)流量流速公式，流速小、密度大、粒徑大的顆粒容易沉積造成管道淤積。而且，污水管道的流速不能時(shí)時(shí)刻刻保證在0.6m/s 以上，由于管道彎曲轉(zhuǎn)折造成的局部損傷、顆粒黏附力較強(qiáng)，以及管徑的突變都會(huì)造成流速下降，一旦流速下降，淤積可能性會(huì)大幅提高。該案結(jié)合過(guò)去的管網(wǎng)普查經(jīng)驗(yàn)分析得出，污水管道淤積一般是由以下原因造成：

一是管道施工過(guò)程中有施工殘留，未對(duì)管道進(jìn)行沖洗，管道接口有砂漿掉落，日積月累，管道經(jīng)常會(huì)發(fā)生擁堵。

二是隨著城市建設(shè)的加快，很多垃圾污染物未能及時(shí)運(yùn)輸出去，反而人為地排向排水管道，這種情況極易造成管道卡死，大幅降低管道的過(guò)水?dāng)嗝婧屯ㄋ芰Α?/p>

三是餐飲業(yè)油脂廢水的排入造成管道黏稠，也會(huì)造成淤積。

四是大量泥沙隨雨水排入雨水管道，此泥沙有來(lái)自路面的，也有綠地中泥土漫流進(jìn)入的。

五是市政道路排水管道周邊往往有喬木的根系，其根系進(jìn)入管道，造成管道滲漏或斷面縮小，一些其他植物也會(huì)在管道內(nèi)繁殖，造成管道擁堵。

六是市政管網(wǎng)的流量不足、坡度不夠，造成管道水流速度經(jīng)常處于0.6m/s 以下，必然會(huì)導(dǎo)致淤積情況發(fā)生。淤積會(huì)造成過(guò)水?dāng)嗝婵s減、過(guò)水能力下降，更有甚者會(huì)直接造成市政管網(wǎng)的堵塞。在市政管道的后期管理中，有必要對(duì)管道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)性管理，定期和不定期疏通管道，確保水流速度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 雨污分流問(wèn)題及原因

根據(jù)管網(wǎng)普查資料，流域范圍內(nèi)共存在雨污混接點(diǎn)5 處，均為市政污水管道接入市政雨水管道系統(tǒng)。主要分布于2 條道路，1 處位于梅園路（雨污水主管有連通），4 處位于星峰路（3 處雨水口錯(cuò)接污水井，1 處污水混接進(jìn)雨水井）。針對(duì)雨污混接的成因，有歷史原因和施工原因，也有一些商鋪污水直接接入雨水口。城市發(fā)展初期，在城區(qū)設(shè)計(jì)了大量合流制排水系統(tǒng)，導(dǎo)致雨水污水合流直接排入城市內(nèi)河。隨著科技的進(jìn)步、生活水平的提高，人們對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高，截流式合流制在城市管道改造中得到大量應(yīng)用。此次改造過(guò)程中雖然大部分污水進(jìn)入污水處理廠，但是仍有少量污水進(jìn)入河流，污染城市內(nèi)河。另外，在施工過(guò)程中，由于施工方錯(cuò)誤地連接雨水污水管網(wǎng)，導(dǎo)致部分污水直接污染城市河流。

2.3 結(jié)構(gòu)性問(wèn)題分析

管網(wǎng)結(jié)構(gòu)性檢測(cè)的結(jié)果顯示，該案中現(xiàn)狀排水管道存在相關(guān)缺陷，典型缺陷為變形、錯(cuò)口、滲漏以及外物進(jìn)入現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)視頻判讀發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)管網(wǎng)存在Ⅲ級(jí)和IV 級(jí)結(jié)構(gòu)性缺陷75 處，其中管道變形44 處（Ⅲ級(jí)19 處 和IV 級(jí)25 處）、錯(cuò) 口5 處（Ⅲ級(jí)3 處 和IV 級(jí)2處）、破 裂24 處（Ⅲ級(jí)10 處 和IV 級(jí)14 處）、起伏1 處、滲漏1 處。流域范圍內(nèi)存在雨污水混接6 處（雨水進(jìn)入污水3 處、污水進(jìn)入雨水3 處），其中1 處位于金甲沖路、1 處位于梅園路、4 處位于星峰路。

管道結(jié)構(gòu)性問(wèn)題主要是指管道損壞和嚴(yán)重變形后，過(guò)流截面急劇減少，或輸水能力喪失。造成該問(wèn)題的主要因素是土壤風(fēng)險(xiǎn)和管道自身風(fēng)險(xiǎn)，前者取決于管道鋪設(shè)位置的地質(zhì)條件和動(dòng)荷載變化，后者取決于管道自身的幾何尺寸和構(gòu)造材料。結(jié)構(gòu)性問(wèn)題成因總體如下：一是施工原因。最常見(jiàn)的問(wèn)題是，管溝不是用良性土壤或粗砂分層回填，而是用雜填土回填，導(dǎo)致管溝胸腔回填密實(shí)度達(dá)不到要求，使管側(cè)無(wú)抗荷載能力，荷載集中在管頂，造成管道變形斷裂。由于壓實(shí)度不足形成的軟土壓縮性高，管道容易發(fā)生縱向和垂直位移。二是管基原因。軟土管基處理不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)問(wèn)題。以該案為例，所涉及片區(qū)地質(zhì)軟土較多，早期施工技術(shù)不成熟，管基未能采取換填法，或管基未能坐落于原土上，導(dǎo)致地基承載力達(dá)不到相關(guān)要求。三是管道材質(zhì)的原因。剛度不足的管道抗荷載和變形能力較差，柔性不足的管道抗變形能力較差。在選擇管道時(shí)，應(yīng)滿足這兩個(gè)方面的性能要求。

3 市政管網(wǎng)修復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

3.1 清淤修復(fù)設(shè)計(jì)方案

一般而言，清通措施有水力清通、人工清通、竹片（玻璃鋼竹片）疏通、絞車(chē)疏通、鉆桿疏通等。對(duì)于小管徑且沉積固體較少時(shí)，水力沖洗和機(jī)械沖洗都能達(dá)到清淤的目的。對(duì)于大量沉積固體物質(zhì)的管道，通常會(huì)采用單一機(jī)械沖洗的方式或幾種機(jī)械沖洗結(jié)合絞車(chē)疏通等方案。單一的機(jī)械沖洗比較省力，施工成本也不大，但是在沉積固體偏大時(shí)效果不好，常需結(jié)合絞車(chē)疏通，才能達(dá)到良好的清通效果，而且耗費(fèi)工時(shí)較多。若管道淤塞較輕，可采取機(jī)械沖洗和竹片（玻璃鋼竹片）疏通兩種方法，施工成本低，見(jiàn)效快。根據(jù)該項(xiàng)目管道QV 檢測(cè)報(bào)告，該次設(shè)計(jì)清淤修復(fù)管道段落主要考慮功能性缺陷Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)的管段，其管道的淤積深度約為30%～95%，大部分在管徑的1/2 以內(nèi)，且有較多的障礙物，故該工程建議采用機(jī)械沖洗配合人工疏通方法。當(dāng)障礙物無(wú)法通過(guò)機(jī)械沖洗清除時(shí)，需人工清掏或采用專(zhuān)用清障設(shè)備去除管內(nèi)障礙物。

具體設(shè)計(jì)工藝流程為：準(zhǔn)備工作—管道接口—安裝管塞—安裝防滑支架—管塞充氣封堵—清淤—檢測(cè)等。施工前，應(yīng)告知沿線企事業(yè)單位，在片區(qū)主要路口設(shè)置車(chē)輛繞路行駛指示牌、施工告示牌，力求減少道路擁堵。在施工區(qū)域四周放置施工圍擋或紅錐桶、夜間施工警示燈、交通導(dǎo)行標(biāo)志，安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)維持、指揮交通，確保無(wú)行人、車(chē)輛擅自闖入，確保施工人員和車(chē)輛通行安全。施工期間結(jié)合交通組織及現(xiàn)狀施工場(chǎng)地具體情況，設(shè)置的施工圍擋形式可參考《長(zhǎng)沙市房建和市政施工圍擋指導(dǎo)圖集》，建議工期7d 以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)采用水馬隔離墩，7～30d 的節(jié)點(diǎn)采用D-2 類(lèi)圍擋。井下維護(hù)前，技術(shù)人員必須對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，下井之前檢測(cè)污水管道可燃?xì)怏w情況，保持通風(fēng)，在確認(rèn)對(duì)人無(wú)影響的情況下方可進(jìn)行清通作業(yè)。嚴(yán)禁帶火作業(yè)，確保施工安全。時(shí)刻檢測(cè)有毒有害氣體，一旦發(fā)現(xiàn)有毒有害氣體濃度超標(biāo)，務(wù)必立即停止施工。再次下井前應(yīng)先使用通風(fēng)機(jī)通風(fēng)30min，再使用便攜式硫化氫檢測(cè)儀和報(bào)警儀檢測(cè)，在確認(rèn)有毒有害氣體已被排除后，方可下井工作，下井期間應(yīng)保持持續(xù)通風(fēng)。清理完畢后對(duì)檢查井及檢查井之間的管道進(jìn)行CCTV 檢測(cè)，確保清理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)死角。

3.2 分流改造修復(fù)設(shè)計(jì)方案

該方案中星峰路現(xiàn)狀污水管徑DN500，由西往東排入銀杉路雨水井，6WS1435～6WS1397 段現(xiàn)狀污水管道標(biāo)高37.03～35.81，下游銀杉路污水干管標(biāo)高36.64～36.59，星峰路污水難以接入銀杉路，為逆坡段，因此必須對(duì)星峰路6WS1435～6WS1397 段現(xiàn)狀污水管道進(jìn)行廢除，新建污水管道以順接上下游標(biāo)高。中國(guó)的其他城市也可能會(huì)遇到雨污水混合和分流改造的問(wèn)題，為確保城市居民生活排水安全，根據(jù)現(xiàn)狀可應(yīng)用多種措施，如改造雨污合流管道、修復(fù)結(jié)構(gòu)和功能缺陷管道、改造專(zhuān)用的混合管道、改造化糞池出口等，提高社區(qū)雨污分流水平。沿街商鋪改造主要包括：餐飲業(yè)在排水處增設(shè)隔油池；對(duì)于美容院等立面，修建隔油沉砂池和頭發(fā)污水收集井，產(chǎn)生的污水經(jīng)過(guò)排水構(gòu)筑物后進(jìn)一步輸送至污水管道，形成清晰的流道；對(duì)于隨意傾倒污水的用戶，應(yīng)在其立面房屋前設(shè)置傾倒口，并加強(qiáng)管理，在日常運(yùn)行中合理排放污水，避免污水直接排入雨水管道。

3.3 結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計(jì)方案

該案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網(wǎng)檢測(cè)報(bào)告》的管道評(píng)估結(jié)果，對(duì)管道存在的所有Ⅲ級(jí)及以上的結(jié)構(gòu)性缺陷進(jìn)行修復(fù)。

一是對(duì)于管道破裂、變形嚴(yán)重，甚至坍塌、喪失過(guò)流能力的管道，采用開(kāi)挖修復(fù)。對(duì)于埋設(shè)較淺，且開(kāi)挖修復(fù)對(duì)居民生活及交通通行影響小的，也考慮開(kāi)挖修復(fù)。

二是對(duì)于管道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但不影響過(guò)流能力的，且無(wú)開(kāi)挖條件的結(jié)構(gòu)性缺陷管道，從社會(huì)影響、經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮，采用非開(kāi)挖修復(fù)（局部樹(shù)脂固化）。

三是Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)的結(jié)構(gòu)性缺陷該設(shè)計(jì)暫不修復(fù)。

開(kāi)挖修復(fù)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網(wǎng)檢測(cè)報(bào)告》的管道評(píng)估結(jié)果，楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域內(nèi)現(xiàn)狀排水管道Ⅲ級(jí)、IV 級(jí)結(jié)構(gòu)性缺陷主要有變形、錯(cuò)口、破裂、起伏、滲漏。嚴(yán)重阻礙了已建排水管道的排水能力，為恢復(fù)已建排水管道的排水能力并解決因管道破損造成的管周泥沙塌陷問(wèn)題，需要對(duì)該部分管道進(jìn)行開(kāi)挖換新管修復(fù)。

開(kāi)挖施工修復(fù)步驟為：交通疏導(dǎo)—開(kāi)挖區(qū)管道CCTV 檢測(cè)明確缺陷點(diǎn)準(zhǔn)確位置—溝槽開(kāi)挖范圍現(xiàn)有管線摸排—施工圍擋—人工開(kāi)挖探溝—破碎路面及基層—土方開(kāi)挖—現(xiàn)狀管線懸吊保護(hù)—溝槽支護(hù)施工—敷設(shè)管道—閉水實(shí)驗(yàn)—CCTV 復(fù)測(cè)確認(rèn)修復(fù)情況—支護(hù)拆除—溝槽回填—路面（或人行道、綠化帶）原狀恢復(fù)—恢復(fù)交通。如CCTV 復(fù)測(cè)出現(xiàn)該次設(shè)計(jì)外的新增結(jié)構(gòu)性缺陷，不列入該項(xiàng)目此次改造范圍。施工單位記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，以便發(fā)生特殊情況時(shí)隨時(shí)和業(yè)主及設(shè)計(jì)方交流溝通。

非開(kāi)挖修復(fù)設(shè)計(jì)主要依據(jù)《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網(wǎng)檢測(cè)報(bào)告》中的管道評(píng)估結(jié)果，對(duì)管道存在的Ⅲ級(jí)及以上的破裂、變形等結(jié)構(gòu)性缺陷綜合采用局部樹(shù)脂固化、切割+局部樹(shù)脂固化等非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)進(jìn)行處理。該次設(shè)計(jì)共3 處非開(kāi)挖修復(fù)，主要分布于3 條道路，1 處位于銀杉路、1 處位于梅園路、1 處位于金瀟路。銀杉路WS0328～WS0335 段污水管道有Ⅲ級(jí)變形1 處，位于地鐵控制保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，其污水管上部有現(xiàn)狀交通信號(hào)燈管線平行敷設(shè)，不具備開(kāi)挖條件，建議采用非開(kāi)挖修復(fù)。梅園路3YS655～3YS657 段雨水管道有IV 級(jí)滲漏1 處，由于現(xiàn)狀管道埋深較深，約為5.3m，雨水管道上方有污水管道穿過(guò)，同時(shí)雨水管道位于梅園路和桑梓二路交叉口，如采用開(kāi)挖修復(fù)，對(duì)兩條路的交通影響都比較大，因此建議采用非開(kāi)挖修復(fù)。金瀟路4YS22～3YS196 段雨水管道有Ⅲ級(jí)錯(cuò)口1 處，由于現(xiàn)狀管道埋深較深，約為3m，雨水管道上方有現(xiàn)狀通信管線穿過(guò)，同時(shí)人行道路邊線有擋墻，考慮到施工安全和工程造價(jià)，該處管道修復(fù)建議采用非開(kāi)挖修復(fù)。局部樹(shù)脂固化法，旨在利用兩種不同樹(shù)脂（均含有促進(jìn)劑）混合，嚴(yán)格控制比例，將混合好的樹(shù)脂敷設(shè)在玻璃纖維上，并包裹氣囊，一切準(zhǔn)備就緒之后放置于管道中，準(zhǔn)確定位且予以充氣，確保纖維材料黏附于管道內(nèi)壁，常溫靜置60min 后玻璃纖維增強(qiáng)塑料得以形成。

3.4 建立健全相關(guān)機(jī)制的設(shè)計(jì)

除了有針對(duì)性地進(jìn)行管網(wǎng)修復(fù)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)建立健全保水長(zhǎng)效機(jī)制的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)各類(lèi)污染治理設(shè)施的運(yùn)行管理，完善黑臭水體修復(fù)的績(jī)效考核和責(zé)任追究制度。不定期或定期對(duì)城區(qū)水體展開(kāi)綜合性調(diào)查，巡查管理城市區(qū)域內(nèi)存在黑臭水體的河道，與此同時(shí)，鼓勵(lì)各地優(yōu)先利用符合城市污水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠尾水和河流補(bǔ)給景觀環(huán)境。在城市管網(wǎng)建設(shè)方面，建立混接處罰機(jī)制，加強(qiáng)老舊城區(qū)的排水管網(wǎng)改造，落實(shí)污水接入、初期雨水管理規(guī)定，規(guī)范城市內(nèi)工業(yè)企業(yè)的排污管理，完善江河湖泊水位與市政排污口協(xié)調(diào)機(jī)制等措施，因地制宜完善設(shè)施運(yùn)行維護(hù)制度，提高污水處理廠進(jìn)水有機(jī)物濃度，提升污水收集效率。在污水資源利用方面，組織地方排水主管部門(mén)積極配合水利部門(mén)，加強(qiáng)非常規(guī)水資源的統(tǒng)一配置，合理布局規(guī)劃污水資源利用設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)排水資源的利用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，市政管網(wǎng)在長(zhǎng)期的使用中往往存在很多問(wèn)題，針對(duì)實(shí)際案例中的具體問(wèn)題，應(yīng)究其原因、因地制宜地利用最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)措施予以解決。相信隨著我國(guó)管道優(yōu)化技術(shù)的更新和進(jìn)步，上述問(wèn)題會(huì)逐漸減少。