市政雨污水管道存在的問題及修復(fù)技術(shù)淺析

楊明霞

（中交建筑集團第六工程有限公司，重慶 401120）

0 引言

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年，我國城鎮(zhèn)排水管道總長度已達到125 萬km[1]。但由于雨污水中混雜的腐蝕性物質(zhì)日積月累造成管道腐蝕；施工過程操作不當(dāng)導(dǎo)致管道起伏、變形等現(xiàn)象，淤堵情況嚴重以及路面超載導(dǎo)致的管道局部破裂[2]等問題，導(dǎo)致大量管道存在嚴重的結(jié)構(gòu)性或功能性缺陷。因此，如何做好市政雨污水管道修復(fù)工作，使城市能夠真正做到“澇時能排”，已成為行業(yè)關(guān)注的重點。

本文論述幾種典型的管道修復(fù)技術(shù)，以期為我國市政雨污水管道修復(fù)提供技術(shù)參考。

1 雨污水管道存在的問題

城市雨污水管道缺陷主要分為功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷。功能性缺陷指由于沉積、結(jié)垢及障礙物等引起管道過水?dāng)嗝姘l(fā)生變化，從而影響排水性能下降；結(jié)構(gòu)性缺陷指管道結(jié)構(gòu)本體出現(xiàn)損傷進而影響管道的強度、剛度和使用壽命，包括破裂、錯位、變形、起伏、脫節(jié)、腐蝕和滲漏等[3]。

1.1 功能性缺陷

功能性缺陷中沉積、結(jié)垢等情況的產(chǎn)生與區(qū)域功能、人口密度、排水體制、污水水質(zhì)水量、降雨強度和降雨時空分布等條件有關(guān)[3]。通常地勢平坦地區(qū)雨污水流速不大，管道較易出現(xiàn)沉積、結(jié)垢現(xiàn)象；當(dāng)管道水質(zhì)、水量波動大或管道中流態(tài)不穩(wěn)定，也易導(dǎo)致沉淀結(jié)垢，進一步導(dǎo)致管道排水性能下降。管道中出現(xiàn)大量浮渣、垃圾等障礙物導(dǎo)致管道堵塞，主要與當(dāng)?shù)嘏盼矍闆r或設(shè)計施工不規(guī)范有關(guān)。

1.2 結(jié)構(gòu)性缺陷

雨污水管道由于施工過程中操作不規(guī)范，導(dǎo)致管道處于一個不平衡狀態(tài)，會發(fā)生管材沉降、起伏、變形或滲漏等現(xiàn)象；雨污水管道在投入使用數(shù)年之后，由于外部環(huán)境發(fā)生巨大變化等原因，也會造成管道出現(xiàn)不同程度的破裂、脫節(jié)、錯位等缺陷[4]；材質(zhì)老化也是造成滲漏的重要原因，若需要定期更換的壓力閥門、鋼制部件得不到更換，管道泄漏缺陷將導(dǎo)致大量水資源流失，對周圍墊層、基礎(chǔ)造成嚴重的沖毀[5]。

管道腐蝕是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性缺陷發(fā)生的重要原因之一。雨水和生活污水中，難免存在腐蝕性物質(zhì)，在市政雨污水管道輸送過程中，日積月累易出現(xiàn)管道腐蝕的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)滲漏，給環(huán)境帶來污染[6]。目前，我國雨污水管道腐蝕問題大致分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕及微生物腐蝕3 種。部分材質(zhì)塑料管道，比如聚乙烯管抗腐蝕性能好，但強度較低，不能作為主管道；金屬管道易發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，主要是金屬管道與外界環(huán)境中其他的化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后被氧化或還原，后與堿性電解液形成一個具有腐蝕性的電池，進而造成金屬的結(jié)構(gòu)與性能嚴重破壞[7]；管道中與硫代謝相關(guān)的微生物將氣態(tài)硫化氫氧化生成生物硫酸是造成鋼筋混凝土管道腐蝕的主要因素[8]。

2 雨污水管道檢測及修復(fù)技術(shù)

在城市雨污水管道系統(tǒng)養(yǎng)護和修復(fù)工作中，管道的功能性、結(jié)構(gòu)性問題逐漸暴露，但由于雨污水管道的隱蔽性和復(fù)雜性[3]，對修復(fù)工作提出了更高的要求。

2.1 管道功能性缺陷檢測及修復(fù)技術(shù)

管道功能性缺陷修復(fù)技術(shù)主要是針對城區(qū)污水、雨水管道進行清淤，將管道內(nèi)淤積的淤泥及雜物進行清除，為管道檢測提供工作環(huán)境[9]。

目前最常使用的管道檢測方法為電視檢測（CCTV），聲吶檢測和管道潛望鏡檢測（QV）[10]。其中采用最多的是CCTV，該方法將檢測機器人放入管道內(nèi)行走，檢測管道整體及局部情況并實時錄像。劉奇[11]利用管道CCTV 檢測技術(shù)，高效、直觀地了解排水管道存在的結(jié)構(gòu)性及功能性缺陷情況，為評估管道運行狀況及后續(xù)管理、維護提供資料依據(jù)。但CCTV不適用于管內(nèi)水位超過管徑1/5或情況特別復(fù)雜的管道，因此有研究提出將聲吶檢測、管道潛望鏡檢測與CCTV 結(jié)合使用，以提高檢測的準確性和全面性[12]。

檢測確定淤堵位置后，一般采用傳統(tǒng)清淤技術(shù)進行處理。傳統(tǒng)清淤技術(shù)以人工清理為主要的清理方式，但人工清理不僅效率低，管道內(nèi)可能存在氧氣含量低以及有毒有害氣體、易燃易爆氣體等情況，危險系數(shù)較大。因此，增加機械作業(yè)比例，通過高壓水沖洗配合機械疏通方式疏通管道。但目前國內(nèi)高壓水射流設(shè)備運行參數(shù)參照歐洲標準[13]，普遍存在設(shè)備匹配及參數(shù)選型不合理，導(dǎo)致清淤效率低下[14]。

當(dāng)遇到難以清除的混凝土建渣等淤積物，大型機械無法進入管道內(nèi)部，因此，能夠進入管道內(nèi)部的小型清淤機器人成為研究熱門。按照動力方案，可將清淤機器人分為電動、氣壓傳動和液壓傳動三類。電動清淤機器人技術(shù)最為成熟，但不適用于易燃易爆環(huán)境；氣壓傳動清淤機器人適用于易燃易爆環(huán)境，但壓縮空氣時會產(chǎn)生噪音；液壓傳動清淤機器人工作速度快，但液壓油泄漏會造成環(huán)境污染[15]。因此清淤機器人需根據(jù)實際情況進行選擇。

2.2 管道結(jié)構(gòu)性缺陷修復(fù)技術(shù)

完成管道檢測和清淤工作后，雨污水管道結(jié)構(gòu)性缺陷修復(fù)技術(shù)的選擇需要根據(jù)片區(qū)規(guī)劃、管道類型、檢測結(jié)果及技術(shù)適用性等情況及時調(diào)整，具體包括開挖修復(fù)技術(shù)和非開挖修復(fù)技術(shù)。

開挖修復(fù)技術(shù)是比較傳統(tǒng)的管道修復(fù)技術(shù)，起步早，技術(shù)標準較為成熟，應(yīng)用很廣泛，例如變形嚴重、錯口嚴重、暗接等情況，宜直接采用開挖修復(fù)技術(shù)[16]。但隨著城市快速發(fā)展，地下管網(wǎng)愈發(fā)錯綜復(fù)雜，開挖修復(fù)技術(shù)逐漸跟不上現(xiàn)代化城市發(fā)展需求，易造成噪音揚塵等環(huán)境污染，對正常交通運輸影響大。因此，具有高效、快速、無環(huán)境破壞及不影響正常交通等優(yōu)點的非開挖修復(fù)技術(shù)受到管道修復(fù)行業(yè)的青睞。

雨污水管道非開挖修復(fù)技術(shù)是指在極少開挖甚至不開挖地面的情況下，完成對地下雨污水管道的修復(fù)[17]。這一技術(shù)最初興起于石油、天然氣行業(yè)，后來逐步被應(yīng)用于雨污水管道修復(fù)。國外的非開挖管道修復(fù)技術(shù)已趨于成熟，但在國內(nèi)正處于快速發(fā)展時期，具有廣闊應(yīng)用前景。

現(xiàn)階段，在我國非開挖管道修復(fù)技術(shù)還屬于非常規(guī)管道更新改造技術(shù)，在使用上存在—定的局限性，對管道自身及周邊環(huán)境有一定要求[16]。王俊[17]采用短管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、UV 內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)和翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)分別修復(fù)DN300~DN600，DN600~DN1500 和DN1500以上的破損舊管道，修復(fù)施工后，排水管道的充滿度較大程度降低，流速得到較大提升，流量略有降低，但對排水性能影響甚微；原位固化法（CIPP）修復(fù)技術(shù)憑借其無需注漿、施工速度快、過流面積損失小等優(yōu)點，成為目前應(yīng)用最廣泛的管道非開挖修復(fù)技術(shù)。鄭志會[18]等人研究結(jié)果表明，管道最大主應(yīng)力隨著覆土深度的增加而增加，管道豎向位移隨著覆土深度的增加而減小，而CIPP 原位固化法修復(fù)對于管道結(jié)構(gòu)性能的提升具有顯著效果，經(jīng)CIPP 原位固化法修復(fù)之后，管道受力變小且更加合理，豎向位移變小，研究結(jié)果與吳志俊[19]等人的結(jié)論相似：CIPP 修復(fù)可明顯降低管道的最大主應(yīng)力和豎向位移，使結(jié)構(gòu)更加安全。

除上述應(yīng)用較廣泛的非開挖修復(fù)技術(shù)，還有穿插法[20]、紫外光固化法[21]和碎（裂）管法[22]等比較成熟的非開挖整體修復(fù)技術(shù)和局部樹脂固化[23]、不銹鋼雙脹環(huán)[24]等非開挖局部修復(fù)技術(shù)。

參考《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》[25]，根據(jù)各工法定義和工藝確定的命名對修復(fù)技術(shù)進行總結(jié)，如表1所示。

表1 城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)

由于雨污水管道的復(fù)雜性和多樣性，一般結(jié)合管段實際情況選擇多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式。王海藍[10]等人采用開挖修復(fù)、局部樹脂固化法、CIPP 原位固化法等修復(fù)技術(shù)進行差異性修復(fù)，經(jīng)修復(fù)后，管道恢復(fù)了過流能力，減少了管內(nèi)污水滲漏及地下水的入滲；宣鑫鵬[26]等人采用紫外光固化非開槽技術(shù)、局部樹脂固化、整體防腐等技術(shù)進行管道修復(fù)，有效縮短工期，降低了成本。

3 結(jié)束語

綜上所述，本課題結(jié)論如下：

（1）目前市政雨污水管道修復(fù)工程為先清淤疏通，后進行管道檢測，掌握雨污水管道缺陷的綜合情況后，再選擇適合的管道修復(fù)技術(shù)。

（2）非開挖修復(fù)技術(shù)相比傳統(tǒng)開挖修復(fù)技術(shù)有不少優(yōu)勢，但在國內(nèi)應(yīng)用尚少，通常結(jié)合開挖方法將其用在老城區(qū)等地下雨污水管網(wǎng)比較復(fù)雜片區(qū)的協(xié)同處理上。

（3）管道檢測技術(shù)存在的人工評估主觀性強、效率較低的問題，可通過完善攝像系統(tǒng)或添加自動化、智能化的掃描及評估系統(tǒng)以實現(xiàn)對管道內(nèi)部進行連續(xù)、實時拍攝，實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。

（4）增強非開挖修復(fù)技術(shù)的適應(yīng)性是未來管道修復(fù)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，可根據(jù)新老城區(qū)地下雨水管網(wǎng)修復(fù)對設(shè)備、材料要求不同，提高非開挖技術(shù)在不同工況下的適應(yīng)性，使其有效解決復(fù)合性缺陷的同時縮短工期，滿足城市發(fā)展的需要。