城市排水管網(wǎng)暗涵修復關鍵技術探究

李建濤

(深圳市光明區(qū)水務局，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

1.1 工程背景

項目建設內(nèi)容包括公明核心片區(qū)及白花社區(qū)總面積約49.1 km2的廠站管網(wǎng)、城中村、工業(yè)區(qū)及小區(qū)存量管網(wǎng)、市政排水管網(wǎng)、暗涵及河道等以全面測繪、檢測及提質(zhì)增效為目標，一是根據(jù)管網(wǎng)測繪、檢測成果進行系統(tǒng)性評估，提出管網(wǎng)整治及修復方案；二是對存量的廠站升級改造；三是結(jié)合評估結(jié)果，補充修正并錄入光明智慧水務系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)，具體包括：管網(wǎng)缺陷評估、管網(wǎng)整治修復工程、暗涵修復升級改造、泵站升級改造工程，提供測繪管線數(shù)據(jù)錄入智慧水務系統(tǒng)。

1.2 現(xiàn)狀分析

本工程范圍內(nèi)大量存量管道高水位運行、管道內(nèi)部缺陷隱患點多，錯漏接等問題也依然存在，加上長期以來排水管理工作比較粗放，未抓住核心問題管養(yǎng)，導致雨污混流，系統(tǒng)混亂。經(jīng)梳理，現(xiàn)狀管網(wǎng)系統(tǒng)主要存在以下方面問題：

(1)存量排水管網(wǎng)“家底”不清。存量排水管網(wǎng)建設主體多元，經(jīng)多次梳理僅核定了長度，雖由水務部門統(tǒng)一管理，但具體負責管養(yǎng)單位時常更換，絕大多數(shù)管網(wǎng)缺乏定位、高程、管徑、坡度等信息，至今仍未全面實現(xiàn)信息化管理。

(2)存量管網(wǎng)系統(tǒng)性差。據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，公明核心片區(qū)及白花社區(qū)在管排水管線總長不足500 km，實際建成長度遠超在管數(shù)量，個別路段還出現(xiàn)多條相同功能排水管線，也有管線屬性定義不清，周邊個體排水戶意識不強，私接亂接現(xiàn)象較普遍，導致雨污混流，排水系統(tǒng)混亂。

(3)前期工程存在空白。在市政管網(wǎng)測繪階段，結(jié)合所收集已建及在建工程資料，梳理分析發(fā)現(xiàn)在管的市政存量管道仍有檢測空白，沒有完整管道的“體檢報告”，還有部分道路由于歷史原因(如拆遷、斷頭路等)造成市政管網(wǎng)未納管卻投入運行。

(4)管養(yǎng)缺失。由于城中村及排水小區(qū)大部分未納管，物業(yè)或社區(qū)專業(yè)能力參差不齊，統(tǒng)一納管是未來趨勢，利于管網(wǎng)健康發(fā)展。急需掌握管網(wǎng)長度、運行狀況等基本信息，通過排水系統(tǒng)運行工況評估指導下一步的清疏、養(yǎng)護工作，為委托運營測算費用提供依據(jù)。

2 存量管網(wǎng)提升治理

項目根據(jù)項目治理范圍及管養(yǎng)單位提供的在管管網(wǎng)基本數(shù)據(jù)，結(jié)合收集已建及在建工程資料，開展多輪深入的調(diào)研工作，隨著存量管網(wǎng)測繪及檢測的深入，逐步梳理完善管網(wǎng)系統(tǒng)，并明確缺陷隱患治理方案。

2.1 存量管網(wǎng)檢測方法與評估

2.1.1 管網(wǎng)檢測方法

根據(jù)測繪資料對存量管網(wǎng)進行管網(wǎng)內(nèi)窺檢測，檢測原則：明溝、邊溝不進行檢測，可直接通過測繪數(shù)據(jù)及現(xiàn)場判斷；管徑≤150 mm,因管徑較小，基本不進行檢測，但如該管為重要通道，可視情況進行檢測；管徑≤300 mm,采用QV進行檢測，管徑>300 mm,具備CCTV檢測條件的采用CCTV進行檢測，否則采用QV進行檢測[1-3]。

檢測存量管網(wǎng)的功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷，為設計對管網(wǎng)的評估提供基礎資料。根據(jù)管網(wǎng)測繪、檢測資料、市政管網(wǎng)圖及新建管網(wǎng)竣工圖資料對管網(wǎng)進行系統(tǒng)性評估，原則上，針對斷頭管、并排管、廢棄管、無管區(qū)域全面梳理并歸類處理，做到小區(qū)域系統(tǒng)完善，雨污錯接點、內(nèi)澇隱患點全面解決[4]。

2.1.2 管網(wǎng)安全評估方法

具體評估內(nèi)容包括：

(1)針對管網(wǎng)系統(tǒng)完整情況的分析評估。

(2)分析排水系統(tǒng)的完整性，鑒別廢棄管網(wǎng)。

(3)廠區(qū)雨污水主管道系統(tǒng)滿足過流量要求的分析，從而達到排水功能的分析評估。

(4)結(jié)合檢查出的管道缺陷情況，對管道本身排水能力的分析評估。

2.2 管網(wǎng)清淤工藝

清淤疏浚工程目的是對現(xiàn)狀排水管及支管干管進行清淤，消除管道淤積、堵塞等不良運行狀況，使管道發(fā)揮其最大功效。清淤措施：絞車清淤法、水沖清淤法、吸泥車清淤法、高壓水射流清淤法及人工清淤法等，清淤對象是排水系統(tǒng)的干支管網(wǎng)，底泥需進行無害化處理，統(tǒng)一運送至光明區(qū)底泥處理廠處置。

管網(wǎng)清淤不僅要按照既定的施工程序完成清淤施工任務，其輔助工作較為繁多，除井蓋揭開后的消毒、通風、氣體檢測、施工段隔離、施工導排外，為能準確進行結(jié)算，需由參建各方一起對淤泥厚度進行聯(lián)測記錄簽字確認、并對現(xiàn)場泥樣進行取樣送檢留底、經(jīng)清淤完成后，進行CCTV(或者QV)等成像性檢測，形成管道的缺陷評估資料，為下一階段的修復治理提供基礎性依據(jù)資料。清淤施工大致流程如下：施工準備(包括管道淤積方量確認、取部分泥樣進行見證送檢等)→交通疏解→開啟井蓋通風及消毒→有毒有害氣體、含氧量檢測→封堵、導流→降水、排水→吸污、管道(暗涵)清淤疏通→清理檢查井→管壁(暗涵側(cè)壁)沖洗→場地清理→檢測形成評估資料→清淤工序驗收[5]。

本項目基本采用高壓射水+人工輔助疏通方式對管道進行清淤，高壓清洗車進行管道內(nèi)淤泥沖擊、稀釋，用吸污車將兩檢查井內(nèi)淤泥抽吸干凈，兩檢查井剩余少量的淤泥向井室內(nèi)用高壓水槍沖擊井底淤泥，再一次進行稀釋，然后進行抽吸完畢，運送進行處理。

2.3 管網(wǎng)修復治理工藝

管網(wǎng)整治工程包括管網(wǎng)完善工程、隱患修復工程、構(gòu)件修復工程等3類工程。管網(wǎng)完善工程主要包括雨水管接污水管、污水管接雨水管、大管接小管、斷頭管等問題整改；隱患修復工程：評估后管道自身按缺陷類型可分為16類缺陷(其中功能性缺陷類型6類，結(jié)構(gòu)性缺陷類型10類)，而不同的缺陷隱患點分為四個等級，結(jié)合16類缺陷、四個等級分別采取觀測(納入計劃修復項)、局部內(nèi)襯修復、管道基層加固、整體修復技術(墊襯法、短管內(nèi)襯)等措施[5]；構(gòu)件修復工程，主要對存在問題的排水設施如檢查井、連接件等的更換或修復。

根據(jù)工程經(jīng)驗及本工程特性，紫外光原位固化法、不銹鋼快速鎖法、局部樹脂固化法具有較成熟的施工工藝，修復效果好且對周圍環(huán)境影響較小，大多存量管道的修復采用以上的修復工藝進行非開挖修復，而開挖修復主要在原管道路由的基礎上開展。

3 暗涵整治

據(jù)收集正本清源、雨污分流、管網(wǎng)全普查等資料，首先針對工程區(qū)域內(nèi)所有暗涵進行梳理，形成作戰(zhàn)圖表。梳理時按照暗涵范圍及名稱，保持前后統(tǒng)一，方便識別。經(jīng)梳理，共有133條暗涵需要進行勘察設計工作。

3.1 暗涵隱患檢測評估方法

3.1.1 暗涵檢測方法

暗涵測量工作主要內(nèi)容是對暗涵的平面位置、高程、埋深、走向、規(guī)格測量。工作方法主要為：在通風良好、無安全風險的情況下才采用人工測量的方式進行暗涵測量。暗涵內(nèi)部檢測主要為缺陷檢測、質(zhì)量檢測。其中缺陷檢測采用管涵智能檢測系統(tǒng)，質(zhì)量檢測采用地質(zhì)雷達方法。

管涵智能檢測系統(tǒng)是基于載體與多傳感器數(shù)據(jù)融合的智能檢測系統(tǒng)，可獲得暗涵及排水口準確位置、視頻、圖像等成果數(shù)據(jù)[6]。水深大于30 cm，且水位不宜高于大部分排口管底高程的暗涵。采用特制的船舶，移動檢測設備，如圖1所示。進行檢測工作，結(jié)合實時差分定位設備(RTK)、全站儀測距技術，可獲取清晰的暗涵內(nèi)影像資料，應用分析軟件，進行暗涵排口位置精確定位、功能性、結(jié)構(gòu)性缺陷評估。

圖1 智能暗涵檢測系統(tǒng)(溯源機器人)設備

在檢測時，檢測人員通過地面控制站對檢測船進行實時操縱，對暗涵和排口的基本尺寸、排口、缺陷、定位、淤積、污染源等信息進行綜合采集。

智能管涵檢測系統(tǒng)核心優(yōu)勢：無須人員下涵，最大限度保障人員安全；無須封堵、導排，減少對排水系統(tǒng)影響；檢測效率高，可檢測300～500 m/日。

圖2 地質(zhì)雷達工作原理圖

地質(zhì)雷達法是依據(jù)地下介質(zhì)界面對電磁波的反射同相軸的連續(xù)性進行判斷，數(shù)據(jù)利用德國的Reflexw軟件進行數(shù)據(jù)處理成圖。其處理流程如下：數(shù)據(jù)解編→剔除直流漂移→靜校正→增益控制(突出深部信號)→抽取平均道→一維帶通濾波→滑動平均→輸出時間剖面圖→根據(jù)速度分析進行時深轉(zhuǎn)換。

3.1.2 暗涵評估方法

暗涵檢測評估主要包括：

(1)暗涵測量，確定暗涵的平面位置、高程、埋深、走向、規(guī)格空間結(jié)構(gòu)信息；

(2)暗涵缺陷與隱患檢測，查明暗涵內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性缺陷、功能性缺陷、墻體質(zhì)量、強度的檢測；

(3)暗涵安全評估，對暗涵過流能力安全評估、結(jié)構(gòu)安全與耐久性安全評估、運行維護設施安全評估。

暗涵安全評估是以獲取子單元安全指標為目的布置檢測工作，包括過流能力安全評估、結(jié)構(gòu)安全評估、運行維護設施安全評估。

根據(jù)《深圳市排水暗涵安全檢測與評估》(指南)進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，完成對應子單元安全指標的評估，而暗涵總體安全評估與分級應按評估單元中過流能力、結(jié)構(gòu)安全等安全評估等級中的最不利等級確定。

3.2 暗涵清淤工藝

暗涵清淤方案與管網(wǎng)清淤雷同，主要采用高壓射水+人工輔助疏通方式對暗涵進行清淤，高壓射水清洗車由管道系統(tǒng)、清洗車系統(tǒng)、和噴頭工具組成[7]。利用高壓水泵抽取清洗車內(nèi)的凈水，通過高壓軟管將水壓向高壓噴頭，利用噴頭尾部的噴射孔噴射高壓水產(chǎn)生反作用力而使噴頭帶動軟管向前行進[7]。高壓水噴頭邊前進邊對管壁淤泥污物進行沖洗，再利用吸污車將封堵管段內(nèi)被沖洗出來的污水抽至吸污車罐體內(nèi)。也有較大的暗涵可下機械或人工直接進入清淤。

3.3 暗涵隱患修復工藝

大部分暗涵修建年代久遠，頂部已成為城市主要交通道路，經(jīng)過長時間車輛通行及河道內(nèi)部水體侵蝕，部分箱涵頂部結(jié)構(gòu)混凝土保護層脫落，鋼筋外露，銹蝕嚴重，側(cè)墻石塊松動，影響結(jié)構(gòu)安全，亟須進行箱涵加固、修復。

4 修復方法

目前針對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞的修復方法主要有物理方法、電化學方法及緩蝕劑修復方法，各方法特征如下：

(1)物理方法是最直接的修復方法，將混凝土結(jié)構(gòu)損傷部位進行破除，替換性能降低的鋼筋，回補質(zhì)量好的混凝土，該方法安全有效，應用廣泛，修復流程如圖3。

圖3 混凝土結(jié)構(gòu)物理修復流程

(2)電化學方法是利用陰陽離子的運行及相互反應，形成新的保護層，阻隔有害離子的侵蝕，該方法可有效應對鋼筋腐蝕問題，但對腐蝕程度大、存在混凝土脫落的結(jié)構(gòu)作用有限，目前多處于研究階段，工程應用較少。

(3)緩蝕劑修復技術(防腐修復)是用化學腐蝕劑來延緩混凝土侵蝕，在電廠、化工廠和制造廠中廣泛應用。采用此化學物處理硬化的混凝土可以延長混凝土結(jié)構(gòu)壽命，降低維護費用，延緩或終結(jié)腐蝕，對混凝土干擾小。

根據(jù)暗涵化渠道結(jié)構(gòu)檢測成果，箱涵結(jié)構(gòu)存在混凝土脫落，部分鋼筋銹蝕嚴重，采用電化學方法結(jié)構(gòu)修復作用有限。因此，本次暗涵化河道混凝土結(jié)構(gòu)修復首先采用物理方法，將破損的混凝土進行拆除置換，修復混凝土結(jié)構(gòu)強度損失，其次采用緩蝕劑修復技術，對箱涵內(nèi)表面進行防護，阻止有害介質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕。

根據(jù)暗涵缺陷統(tǒng)計，暗涵混凝土結(jié)構(gòu)缺陷主要分布在頂板及側(cè)墻位置，大部分呈現(xiàn)鋼筋銹蝕、外露，混凝土保護層脫落，墻體垮塌變形、滲漏、裂縫等，輕微隱患混凝土結(jié)構(gòu)修補厚度一般在15 cm，中等及嚴重結(jié)構(gòu)隱患修補厚度一般在30 cm左右，優(yōu)先用非開挖修復，也考慮局部開挖后拆除重建，受上部交通影響，本次結(jié)構(gòu)修復僅對鋼筋除銹，并鑿除破損混凝土進行補強處理。暗涵混凝土結(jié)構(gòu)修復宜采用混凝土材料。

根據(jù)結(jié)構(gòu)損壞程度，本次暗涵針對輕微隱患部位、中等與嚴重隱患部位及局部嚴重隱患部位分別采用不同方案進行結(jié)構(gòu)修復。

輕微隱患結(jié)構(gòu)修復方案，漿砌石砌體砂漿流失、表層砌體會有局部滲漏，頂板局部有鋼筋裸露問題，局部結(jié)構(gòu)損傷情況如下圖4所示。應避免結(jié)構(gòu)損壞部位在腐蝕性水環(huán)境中繼續(xù)發(fā)展，影響結(jié)構(gòu)安全。

圖4 輕微隱患部位

輕微隱患結(jié)構(gòu)修復方案有：采用NE-Ⅱ型環(huán)氧砂漿修補；結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻鋼筋保護層脫落、表層混凝土侵蝕類：采用硅粉高強砂漿修補(抗壓強度≥30 MPa)[8]。

暗涵中等級嚴重隱患結(jié)構(gòu)損傷主要表現(xiàn)為：混凝土脫落鋼筋外露、局部混凝土松散脫落嚴重，需盡快進行修復[8]，中等及嚴重隱患結(jié)構(gòu)損傷情況如下圖5所示。中等及嚴重隱患結(jié)構(gòu)修復方案：采用C30(P8)細石混凝土修補。

圖5 中等隱患部位

局部嚴重隱患結(jié)構(gòu)修復方案：采用C30(P8)細石混凝土修補。嚴重隱患結(jié)構(gòu)范圍鑿除混凝土，切除銹蝕鋼筋；隱患范圍混凝土處理時，應向主筋左右兩側(cè)邊墻各延伸50 cm，其他兩側(cè)各延伸不小于20 cm；新增同規(guī)格鋼筋與原鋼筋焊接。特別嚴重區(qū)域可考慮暗涵翻建。

5 結(jié) 論

本項目因水環(huán)境治理為系統(tǒng)性工程，建議加快管網(wǎng)完善、正本清源、河道綜合整治等前序水務工程項目的建設，在保證前序工程實施效果，加上對存量排水設施的提質(zhì)增效工程，后期應注重后續(xù)管網(wǎng)監(jiān)測運營管理，可有效達成治理目標。

存量排水設施提質(zhì)增效工程主要為排水管網(wǎng)的提升改造，以完善區(qū)域污水管道建設為主，對排水系統(tǒng)分單元實現(xiàn)達標改造。項目的邊界復雜，系統(tǒng)龐雜，任務繁重，具有點多、面廣、線長等特點，很多細項在實施過程中會與現(xiàn)場實際情況存在較大出入，在實施前需制定完善的設計變更流程，參建各方及相關管理部門應提前介入配。