城市排水管道现状评估与非开挖修复技术研究

2021-07-29李予青

中国煤炭地质 2021年6期

李予青

(中南勘察基础工程有限公司，武汉 430081)

排水管网是城市重要的基础设施之一，在城市运行系统中起着举足轻重的作用。全国多地频发道路塌陷，雨期道路渍水、城市内涝，原因往往是城市地下排水管道出现堵塞、渗漏、开裂，或因长期渗漏、周边泥土流失，导致管道变形、坍塌，地下排水管道失去排水作用。排水管道的安全运营关系着民众生活和城市文明，排水管道健康状况检测评估是城市管道管理运营的重要内容之一，其目的是及时发现排水管道安全隐患并采取有效措施，为排水管道养保修复、最大限度减少城市道路灾害、确保管道安全运行、发挥管道功能提供科学准确的依据。

1 排水管道现状评估

在国内，采用排水管道检测技术有管道闭路检测系统(CCTV)、声纳、潜望镜、红外线温度记录分析技术及透地雷达等[1-4]。CCTV检测是目前应用最普遍的技术，工作原理是利用管道内窥摄像系统，连续、实时记录管道内部的实际情况；技术人员根据摄像系统拍摄的录像资料，对管道内部存在的问题进行实地位置确定、缺陷性质判断，具有实时、直观、准确和一定的前瞻性等特点。但在CCTV技术不能有效地拍摄水下和不适合“机器人行走”的情况下，可用声纳系统和潜望镜弥补CCTV技术的不足，对水下积泥、异物和重大结构损坏情况进行扫描。排水管道现状评估前，应收集整理测区范围内的排水管网信息，对管网信息准确性进行分析，确保管网信息的现势性；然后对管道进行预处理，通过清淤、疏通等手段，为CCTV检测提供工作条件。

1.1 管道预处理

管道检测的前提是待检测管道符合检测标准，为获得清晰、完整的检测录像，应首先对管道进行必要的封堵、降水、窨井清捞、管道疏通清洗等工作，以便仪器能够准确反映淤泥覆盖之下的管道内部情况。

1.1.1 管道的封堵、抽水

一般采用两种方法对疏通管段两侧实施封堵，一是管径小于600mm的小型管道采用气囊封堵；二是管径大于600mm的管道主要采用砖石封堵，确保施工安全。对于采用砖石封堵的管道需安排专业的潜水员进行封堵，封堵完成并保养一定时间后方可进行后续工程施工，特别是管径大于1 200mm的管道，砖石封堵保养时间至少72h。管道封堵顺序一般采用先上游、后下游的封堵方式。对于砖砌墙直径为1 400mm、墙厚60～70cm的墙体，若在沉井下游方向，则每道砖砌墙砌筑时间为6～8h。根据施工现场的不同情况或特殊性，疏通管道的封堵也可先封堵下游，但需协调上、下游配合，保证临近污水泵站停水6～8h。

1.1.2 管道清淤、清洗

完成了封堵及排水工作后，才能进行疏通管道淤积及清洗管壁。管道清淤、清洗主要使用高压射水车与机械绞车。利用高压射水头在管道内来回移动，使高压水流不断冲洗管壁，确保清洗后管壁无残留物，若高压射水车无法清理管道硬质垃圾沉积，则需配合绞车或人工进行疏通，同时采用高脚泥浆泵将淤泥抽排至污泥运输车罐体内，以达到彻底清理管壁的效果。

1.1.3 污泥运输与处置

在管道内部清淤施工过程中会有大量的污泥，这些污泥颗粒较细、密度较小、含水率高、不易脱水，一般有机物含量高，容易腐化发臭，且常含有寄生虫卵、细菌和重金属等有害物质。所以淤泥的处置需相关部门或单位提供处置场所，外运通常采用全封闭吸污车或槽罐车。污泥的清理、装载、运输过程应做到不“跑、冒、滴、漏”，避免对环境造成不良影响。

1.2 CCTV检测技术

1.2.1 CCTV的基本设备

CCTV设备主要包括摄像头、爬行器、灯光、线缆、监视器、录像和计算机控制系统、长度测量仪等。由主控制器控制具有摄像功能的“机器人”爬行器在管道内行走，进行内部检测。

1.2.2 管道电视检测流程

检测时首先将远程控制彩色CCTV检视镜头送入已清洗好的管道内，由检视镜头将管道内的状况传输到电视监视屏幕，再通过专用软件将整个检测过程录制成数字影像文件存储在电脑硬盘内。在检测过程中若有如积水、破裂、脱节、腐蚀等异常情况时，专用软件将异常点位置、方位及异常种类记录下来，并抓拍照片存入电脑内，以便于后期对检视结果分析和判读。在CCTV检测时，应在异常点停留5s以上，以确保获得清晰的影像。

1.2.3 CCTV检测结果的判读分析

根据现场电视检测的结果，对管道内部存在的病害按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ181)进行整理[5]，如缺陷的代码、类型等，并在检测施工现场进行确认并及时录入电脑之中。图1为叶县护城河污水管道CCTV检测图(箭头所示位置)，管道缺陷类型为破裂。

图1 叶县护城河污水管道CCTV检测图

若因现场条件无法整理确认，也可把录像结果带回室内，再进行判读和确认。现场检测完毕后，应由第二者复核，缺陷的几何尺寸应比照管径或相关物体的大小判定。无法确定的缺陷类型或等级必须在评估报告中加以说明。剪辑图像应采用现场抓取最佳角度和最清晰图片方式，特殊情况下也可采用观看录像抓取。根据判定结果，提交管道检测报告书。

1.3 声纳检测

声纳管道监测仪是将传感器头浸入水中进行检测。声纳系统对管道内侧进行声纳扫描,声纳探头快速旋转并向外发射声纳信号,然后接收被管壁或管中物体反射的信号,经计算机处理后形成管道的横断面图。一般来说,声纳系统可以提供准确合理的资料,以判断管线断面的管径、沉积物形状及其变形范围。图2为武汉市青山区排水管线声纳图，该图可见管道下方沉积物厚度150mm，占管径的30%～40%。

图2 武汉市青山区排水管道声纳图

1.4 潜望镜

潜望镜(Qu ickview)为便携式视频检测系统，操作人员将设备控制盒和电池携带身上，使用摄像头操作杆(一般可延长至5.5m以上)将摄像头送至窨井内的管道口，通过控制盒来调节摄像头和照明以获取清晰的录像或图像。数据图像可在随身携带的显示屏上显示，同时可将录像文件存储在存储器上。该设备对窨井检测效果非常好，也可用于靠近窨井管道检测。适用管径为Ø150～Ø2 000mm。图3为崇阳县乡镇生活污水处理项目在管道接口处存在结构性缺陷，缺陷类型为变形。

图3 崇阳县某污水处理项目管道潜望镜检测图

2 非开挖修复技术

非开挖修复技术则是在原有管道的基础上，无需破坏路面或者是破坏少许路面，通过现有的检查井对管道进行修复加固[6]。常用的方法有原位固化法、螺旋缠绕法、折叠内衬法和短管内衬法等。这些方法通过借助于现有的检查井在原有管道内部形成一个新的内衬层，对原有管道破损或者出现缺陷的地方进行修复处理，确保原有管道可以正常运行。在现有的非开挖修复技术中，原位固化法(CIPP)是目前应用最为广泛的一种方法，其基本原理是将浸渍有树脂的纤维软管通过翻转或拖拉的方式运送到原有管道中，通过热水、蒸汽或者紫外光固化的方式使软管中的树脂发生固化反应，从而在原有管道内部形成一个新的内衬的修复方法。根据修复对象的不同，分为局部修补和整段CIPP修复。下面以局部树脂固化修复为例来探讨原位固化修复技术。

2.1 局部树脂固化修复技术

局部树脂固化修复技术是利用毡筒气囊局部成型技术，将涂灌树脂的毡筒用气囊使之紧贴母管，常温固化树脂经过一定时间(1～1.5h)自然固化，形成具有一定结构强度的局部内套环。局部树脂固化修复技术可用于修复管材为钢筋混凝土等材质的雨污排水管道。

一是适用于管径为300～1 500mm的管道修复，其中管径800mm以上的大型或特大型管道，可由施工人员进入管内修理；对于管径800mm以下可采用电视检测车探视位置，然后放入气囊固定位置修复。

二是适用于接口错位不大于5cm的管道结构性缺陷，如破裂、变形、错位、脱节、渗漏，等，该类管道要求基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化。

三是适用于管道接口处渗漏或临界时预防性修理，经常作为整体内衬前的局部严重漏水或破损的预处理工作。

2.2 局部树脂固化修复工作程序

局部树脂固化修复工作可分为四个步骤:一是将毡筒用适合的树脂浸透；二是将上述毡筒缠绕于气囊上，在电视引导下送至修复位置；三是向气囊充气、蒸气或水使毡筒“补丁”压覆在管道上，保持压力待树脂固化；四是气囊泄压缩小并拉出管道。需要强调的是排水管道若处于流砂或软土暗浜层且接口存在缝隙，流砂软土可能从缝隙渗入排水管道内，在局部现场固化修复时，必须将管内损坏处清洗干净，确保修复质量。

2.3 局部树脂固化内衬质量检查

1)厚度检查应全数检查。在内衬圆周上平均选择8个以上检测点，使用测厚仪测量并取各检测点的平均值为内衬管的厚度值，其值不得少于相关标准的规定值。

2)表面检查。管道内衬表面光滑，无褶皱，无脱皮。采用目测、摄像或电视检测内衬管段，电视检测按《城镇公共排管道电视和声纳检测评估技术规程》。要求达到：①管内残余废弃物质已得到清除；②管顶不允许出现褶皱，管道弯曲部分的褶皱不得超过直径的5%；③管道接口裂缝应严密，接口处理要贯通、平顺、均匀，均符合相关要求,修复后毡筒宽度应在50dm左右，接口平滑，保证水流畅通；④毡筒表面应光洁、平整，与接口老壁粘结牢固并连成一体，无空鼓、裂纹和麻面现象。