市政給排水管網(wǎng)非開挖檢測修復(fù)技術(shù)分析

陳邦杰

（武漢市城市排水發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著工業(yè)化發(fā)展，城市的污水排放量越來越大，給城市給排水管網(wǎng)造成了較大壓力，為給排水管網(wǎng)修復(fù)帶來了一定的挑戰(zhàn)。目前我國各城市的市政工程給排水管網(wǎng)都面臨著嚴(yán)重的管網(wǎng)檢測修復(fù)問題[1]，因此急需設(shè)計新的市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)。傳統(tǒng)的市政給排水管網(wǎng)檢測技術(shù)主要通過采集部分管內(nèi)的壓力信息，制定相關(guān)的修復(fù)方案完成修復(fù)，往往需要進(jìn)行大規(guī)模的開挖處理，不僅增加了處理的成本，對市政環(huán)境建設(shè)也十分不利。非開挖方式可以用最小的開挖量實現(xiàn)市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)，降低了維修成本，有利于后續(xù)發(fā)展。因此，本文結(jié)合城市發(fā)展概況，分析了目前城市市政給排水管網(wǎng)現(xiàn)狀，并設(shè)計了市政給排水管網(wǎng)非開挖檢測修復(fù)技術(shù)。

1 市政給排水管網(wǎng)現(xiàn)狀

（1）目前城市化進(jìn)程較快，城市管網(wǎng)數(shù)量也越來越多，相關(guān)人員在給排水管網(wǎng)規(guī)劃布置時，沒有深入了解城市現(xiàn)狀，導(dǎo)致市政給排水管網(wǎng)布置極不合理[2]。同時，部分建設(shè)部門為了節(jié)省資金，降低了給排水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，存在規(guī)劃不科學(xué)、不合理的問題，造成給排水管網(wǎng)修復(fù)困難；（2）隨著城市環(huán)境的變化，原有的市政給排水管網(wǎng)修復(fù)技術(shù)已經(jīng)無法滿足目前的需求，很多城市仍沿用傳統(tǒng)的檢測修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)[3]，檢測修復(fù)效果不理想；（3）市政給排水管網(wǎng)老化，管道壓力較大，導(dǎo)致陸續(xù)出現(xiàn)質(zhì)量問題[4]，增加了給排水管網(wǎng)修復(fù)的壓力和難度。

2 非開挖市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)設(shè)計

2.1 市政給排水管網(wǎng)腐蝕因素檢測

在市政給排水管網(wǎng)破壞因素中，破壞性最高的就是腐蝕因素，因此，在市政給排水管網(wǎng)修復(fù)前，首先需要檢測腐蝕因素。市政給排水管中的化學(xué)腐蝕狀態(tài)可以劃分成中度、重度、非常嚴(yán)重等不同等級，這些等級可以根據(jù)污水中的硫酸根離子數(shù)量來確認(rèn)，結(jié)合腐蝕等級，總結(jié)出以下基礎(chǔ)性腐蝕因素。

（1）排水管內(nèi)的硫循環(huán)作用。大量的硫離子會導(dǎo)致排水管內(nèi)產(chǎn)生硫化氫氣體，從而造成排水管內(nèi)部腐蝕，硫循環(huán)示意圖如圖1所示。

圖1 排水管內(nèi)的硫循環(huán)

結(jié)合圖1的循環(huán)示意圖，可以分析硫的主要來源，并在排水管道內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的生物處理膜，降低排水管內(nèi)部的腐蝕作用。

（2）混凝土壓力和酸性鹽離子釋放。在排水管工作過程中，受重力流的影響，很容易導(dǎo)致混凝土壓力，釋放酸性鹽，導(dǎo)致排水管腐蝕，還可能產(chǎn)生酸性氣體釋放作用，導(dǎo)致流態(tài)改變。針對這種腐蝕因素，本文設(shè)計的技術(shù)分析了排水管斷面不同位置的腐蝕規(guī)律，并結(jié)合基礎(chǔ)性腐蝕條件完成綜合處理，為后續(xù)的排水管網(wǎng)綜合修復(fù)打下基礎(chǔ)。

2.2 市政給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)承載力評估

混凝土是市政給排水管網(wǎng)最常用的材料，但受混凝土的力學(xué)特性影響，給排水管網(wǎng)會出現(xiàn)極限強(qiáng)度問題，因此，需要結(jié)合給排水管網(wǎng)的受力特性，分析該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)承載力。首先結(jié)合混凝土基體黏聚力可知，在外力作用下，混凝土?xí)霈F(xiàn)尖端應(yīng)力集中效應(yīng)，導(dǎo)致排水管應(yīng)力改變，造成排水管破裂，因此，本文設(shè)計的給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)結(jié)合虛擬裂縫模型進(jìn)行了承載力結(jié)構(gòu)分析，設(shè)置了給排水管網(wǎng)的裂縫自由面，裂縫擴(kuò)展作用影響，可能會出現(xiàn)承載力計算困難問題，此時需要結(jié)合裂縫的敏感性，構(gòu)建應(yīng)力分布網(wǎng)格，有效地分析承載力與裂縫之間的敏感性關(guān)系，得出有效的分析參數(shù)。

經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變過程符合線性變化關(guān)系，本文設(shè)計的技術(shù)采集了管道破裂過程中可能產(chǎn)生的損傷變量，結(jié)合應(yīng)變力軟化進(jìn)行彈性剛度處理，確定給排水管網(wǎng)的位置，提高給排水管網(wǎng)檢測的精確性。此時產(chǎn)生的力學(xué)損傷參數(shù)受變量影響，可能會產(chǎn)生連續(xù)性誤差，此時可以構(gòu)建ABAQUS損傷屬性模型，結(jié)合流動法則構(gòu)建改進(jìn)DP屈服面，此時會形成各種不同的軟化曲線，可以利用不同的軟化曲線設(shè)計損傷演化函數(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行市政給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)承載力評估，確保評估的有效性。

2.3 市政給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的非開挖綜合修復(fù)

結(jié)合給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)承載力和相關(guān)的腐蝕因素實施綜合修復(fù)。首先根據(jù)給排水管網(wǎng)腐蝕因素可以劃分給排水管網(wǎng)的損傷類型，包括由外部因素（施工等）引起的表面裂縫，導(dǎo)致管道受力狀態(tài)超出了承載力范圍，從而發(fā)生管道破損；其次是由于施工缺陷或雨水外溢造成的頂板局部破損，這兩種排水管網(wǎng)破損都可以使用局部結(jié)構(gòu)修復(fù)即可。因此，本文使用非開挖檢測修復(fù)技術(shù)，設(shè)計了短管內(nèi)襯施工方案進(jìn)行施工，在施工前期需要進(jìn)行空間清淤施工，為后續(xù)的牽拉頂推管道注漿施工作基礎(chǔ)。

由于排水管年限較高、耐久性降低導(dǎo)致的頂板保護(hù)層腐蝕，一般腐蝕程度較低，僅保護(hù)層部位被腐蝕了，因此可以根據(jù)具體的腐蝕程度，進(jìn)行基面處理，或噴涂防腐涂料，完成排水管道修復(fù)。由于鋼筋腐蝕作用導(dǎo)致的頂板鋼筋腐蝕造成的排水管破裂較嚴(yán)重，一般會出現(xiàn)不同程度的塌陷情況，此時管道內(nèi)部的荷載已經(jīng)超標(biāo)，管道運(yùn)行十分危險，這種類型的損傷需要對管道頂板進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，保證其恢復(fù)正常的受力狀態(tài)，避免出現(xiàn)管道受力不穩(wěn)定導(dǎo)致的管道破裂。由管道側(cè)壁鋼筋腐蝕導(dǎo)致的管道內(nèi)壁脫落也較嚴(yán)重，需要恢復(fù)原本的受力結(jié)構(gòu)條件，保證管道受力穩(wěn)定性。由于管道變形產(chǎn)生的管道接頭損傷，一般無法使用原始的修復(fù)方法進(jìn)行修復(fù)，則需要使用整體外貼修補(bǔ)法結(jié)合非開挖方式進(jìn)行局部修復(fù)，最大程度上降低修復(fù)成本損耗，提高排水管網(wǎng)的修復(fù)有效性。

3 實例分析

3.1 工程概況及管道缺陷分析

為了驗證本文設(shè)計的市政給排水管網(wǎng)非開挖檢測修復(fù)技術(shù)效果，本文選取了X市政給排水管網(wǎng)工程，進(jìn)行實例分析。該工程構(gòu)建于1995年，處于城市的中心區(qū)域，城市管道總長約為1500km，管徑有幾種不同的規(guī)格，包括D300、D2400等，日污水處理能力超過了190萬t，排水管與若干污水處理廠相連，根據(jù)降雨統(tǒng)計資料可知，該工程內(nèi)部管徑＜500mm的約860km，剩余的管徑均在500～1500mm之間，經(jīng)過長期使用，該工程內(nèi)部已經(jīng)形成了多處管道缺陷，檢測結(jié)果如表1所示。由表1可知，該工程內(nèi)部的管道缺陷類型共有五種，管道缺陷等級代表缺陷輕重，部分管道破裂情況如圖2所示。

表1 管道缺陷檢測結(jié)果

圖2 管道破裂概況

由圖2可知，經(jīng)過長期污水壓力，該管道已經(jīng)形成了多處等級不同的嚴(yán)重破損。根據(jù)破損基本情況，本文設(shè)計了具體的實例分析方案，在管徑為300mm、長度為24m段、8m處存在三級滲漏、二級變形，此時的修復(fù)指數(shù)約為6.23，可以使用2處局部樹脂固化處理，在管徑為300mm、長度為30m段、24m處存在二級破裂，14m處存在三級破裂，此時優(yōu)化指數(shù)為1.05，可以使用一處局部樹脂固化修復(fù)，在管徑為400mm、長度為40m段、16.5m處存在三級滲漏，16m處存在三級破裂，此時的修復(fù)指標(biāo)為5.1，需要使用內(nèi)襯整體修復(fù)法進(jìn)行修復(fù)，在管徑為300mm、長度為14m管道中、2.5m處存在二級脫節(jié)，5.5m出存在三級破裂，8.4m處存在大管套小管，此時的修復(fù)指數(shù)較高，約為7.45，應(yīng)該使用內(nèi)襯整體修復(fù)結(jié)合翻排修復(fù)，綜合上述管徑破損現(xiàn)狀，可以設(shè)計給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)指標(biāo)計算式如下：

式中：d1——初始管道指標(biāo)；

d——檢測修復(fù)后管道指標(biāo)；

f——修復(fù)檢測權(quán)重，該檢測修復(fù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)1.0越接近，證明檢測修復(fù)效果越好，反之則證明檢測修復(fù)效果較差。

3.2 新的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果

在上述試驗準(zhǔn)備基礎(chǔ)上，分別使用本文設(shè)計的市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)和傳統(tǒng)的市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)對該區(qū)域內(nèi)不同編號的管道進(jìn)行修復(fù)，使用公式（1）計算兩種方法的綜合修復(fù)指標(biāo)，計算結(jié)果如表2所示。

表2 兩種方法的綜合修復(fù)指標(biāo)對比

由表2可知，本文設(shè)計的檢測修復(fù)技術(shù)修復(fù)后的綜合修復(fù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)1.0更接近，證明檢測修復(fù)效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

隨著工業(yè)化發(fā)展，市政工程的污水排放總量越來越高，給內(nèi)部的給排水管網(wǎng)帶來了巨大的壓力，急需進(jìn)行檢測修復(fù)。傳統(tǒng)的市政給排水管網(wǎng)檢測修復(fù)技術(shù)較落后，無法滿足目前的需求，因此本文設(shè)計了新的市政給排水管網(wǎng)非開挖檢測修復(fù)技術(shù)，并進(jìn)行實例分析。結(jié)果表明，新檢測修復(fù)技術(shù)的綜合指標(biāo)較高，檢測修復(fù)效果較好，具有較好的應(yīng)用價值，可以作為市政生態(tài)環(huán)境建設(shè)和水環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用技術(shù)之一。