污水管网健康状况分析与修复技术选型*

张辉煌，宫经成，黄 超，李祥圣，徐林筝

(中国建筑一局(集团)有限公司，北京 100161)

0 引言

污水管网是城市排水系统建设过程中投资最高的部分，是保障城市正常代谢的重要基础设施。污水管网正常稳定运行，才能保证城市正常运转，保障人民生活质量，促进城市经济发展，保障水环境治理工作正常开展。但是部分管网建成年代久远，排水设施维护管养不足，设施运行状况不佳。部分管网出现结构性缺陷和功能性缺陷，管道出现腐蚀、破裂、渗漏、淤积等问题，造成城市管网排水通行能力降低，局部地域雨水内涝、污水横溢，管网急需修复。

针对管网修复问题，本研究采用污水管网健康状况评价模型，选取管道结构状况和管道功能状况作为准则层，管道破裂程度、渗漏程度、管道充满度等10个指标作为管网健康评估的指标层，对管网进行健康评价，再根据评价结果拟定修复方案，提高管网修复效率。管网修复技术分为开挖修复技术和非开挖修复技术，本文从优缺点、环境成本等各方面综合分析，对各修复工艺进行比选，其中非开挖修复技术因其优越性在国内外均得到广泛应用。

漳州市区目前大部分城市道路已基本完成雨污水管网铺设，形成雨污分流排水体制，但一系列管网问题接踵而至。根据要求，加快推进源头治理，加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，在实现污水管网全覆盖、全收集、全处理的同时，在全市区范围内开展城市雨污水管网疏通修复工作，通过对全市雨污水管网的全面修复，改善和恢复排水大动脉，提高城市管网的通排能力，确保城市安全。

1 管网健康状况评价

1.1 管网健康

污水管网健康是指管网能够在规定条件下，安全稳定的完成预定功能，并且不对经济环境产生负面影响。管网健康状况与其完成预定功能的能力、受周围环境影响程度、管网损坏后对周围环境的影响程度相关。能力越强、受影响程度越低、造成的影响越小，则管网越健康。

目前管网健康问题主要分为结构性缺陷和功能性缺陷。结构性缺陷是指管道本体结构遭受损坏，管道刚度、强度、结构稳定性受到影响，主要有破裂、变形、起伏、错口、腐蚀、脱节、渗漏等；功能性缺陷是指管道过水断面发生变化，排水畅通性受到影响，主要有浮渣、沉积、结垢等。

1.2 管网健康状况评价系统

1.2.1评价指标

本文选取管道结构状况和功能状况作为准则层，10个指标作为管网健康评估的指标层，对管网健康状况进行综合评估，如图1所示。

图1 管道健康状况评价系统

1.2.2指标分级

为了准确评价污水管网健康状况，选择管道结构状况和功能状况作为准则层，对管网健康状况进行实际诊断，指标分级方式如表1所示。

表1 污水管网健康状况实际诊断指标分级

1.2.3管网健康状况分级

根据已有研究，将污水管网健康状况划分为

“健康(I级)、亚健康(Ⅱ级)、病态(Ⅲ级)、疾病(Ⅳ级)”4个等级,如表2所示。

表2 污水管网健康状况分级

1.3 管网健康状况风险预测及综合评价模型

以贝叶斯理论为基础，构建污水管网健康状况评价模型，根据管道健康状况等级的后验概率，制定管道维护方案。

1.3.1贝叶斯理论

贝叶斯公式如下：

(1)

式中：P(Si/T)为事件T发生后事件Si发生的后验概率；P(T/Si)为事件Si发生后事件T发生的条件概率；P(Si)为事件Si发生的先验概率。

基于贝叶斯理论的污水管网健康状况评价模型为：

(2)

式中：j为评价模型中的评价指标；i为管道等级，i=1,2,3,4(S为等级总数)；Nj为管道指标j的指标状态；Mj,i为指标j为等级i的事件,j=1,2,…，S，计算时取等级i范围内的管道指标j平均值；P(Mj,i)为管道指标j处于等级i的先验概率；P(Nj/Mj,i)为当管道指标j的等级为i，管道指标j状态为Nj的概率，即条件概率；P(Mj,i/Nj)为当管道指标j的状态为Nj时，其等级为i的概率，即后验概率。

其中，先验概率根据管网实际检测结果中结构性缺陷和功能性缺陷各等级占比确定。

1.3.2条件概率确定

指标权重是否合理直接影响评价结果的客观性，本文采用管道结构性和功能性缺陷各等级权重作为条件概率，各权重结果如表3所示。

表3 污水管网健康状况评价指标权重

1.3.3管道健康等级

管道各健康等级按式(3)计算：

Zi=QjP(Mj,i/Nj)

(3)

式中：Zi为管道所处健康等级；Qj为准则层权重。

1.4 实例分析

本文对A市28条道路进行分析，评估管道数量共1 456条，结果显示管道结构性缺陷有2 184处，管道功能性缺陷有139处。统计结果如表4，5所示。

表4 全管网缺陷统计

表5 管道结构状况和功能状况各等级所占比例

将管道结构状况和功能状况各等级所占比例作为先验概率，污水管网结构状况和功能状况的等级按式(2)计算，管道健康状况按式(3)计算，计算结果如表6所示。

表6 污水管网健康状况计算结果

由计算结果可知，研究区域内管道健康等级大多为Ⅲ级，这类管道处于病态，存在较大的结构性和功能性缺陷，管网健康问题不容忽视，管网急需进行修复。

2 管网修复技术

2.1 开挖修复技术

开挖修复施工工艺流程一般为：施工图放样→围挡及其他警示牌设置→按井位弹墨线放样→道面切割破除→沟槽土石方开挖→管沟基础施工→排水管焊接安装→检查井施工→管道闭水试验→沟槽回填→路面恢复→路面养护→围挡拆除。

2.2 非开挖修复技术

非开挖修复技术可分为整体修复和局部修复。目前国内外应用较为广泛的管道非开挖修复工艺主要有：紫外光固化修复技术、套环修复技术、局部树脂固化修复技术、注浆法修复技术等。

2.2.1紫外光固化修复技术

紫外光固化修复技术属于整体修复，是原位固化修复技术中的一种，将玻璃纤维软管拉入待修复管道，通过紫外光照射，使玻璃纤维软管固化紧贴于原有管道内壁，形成坚硬衬层，从而实现管道修复。紫外光固化修复技术适用范围广，不局限于圆形断面管道修复，几乎所有断面形状都适用，修复时间快，几小时便能完成，修复完即可投入使用，且无需开挖路面，施工方便简单，费用低。

漳州市区内河水环境综合整治PPP项目采用紫外光固化修复技术，施工工艺流程如图2所示。

图2 紫外光固化修复技术工艺流程

2.2.2套环修复技术

套环修复技术属于局部修复，是利用专业液压设备对止水套环施压，使其在管道接口或局部损坏部位固定安装，修复管道渗漏。该技术施工速度快、工期短、修复稳定性好，但对过水断面和水流形态有影响。常用的有不锈钢双胀环修复技术和不锈钢发泡筒修复技术等。本项目采用不锈钢双胀环修复技术，工艺流程如图3所示。

图3 不锈钢双胀环修复技术工艺流程

2.2.3局部树脂固化修复技术

局部树脂固化修复技术又称毡筒气囊局部成型法。该技术是在玻璃纤维毡布上涂抹树脂混合液，然后通过空气压缩机加压，使气囊膨胀将毡布紧压于待修复管道内壁，再通过常温或加热等方式，使毡布固化形成内衬管，实现管道修复。局部树脂固化修复技术属于局部修复，针对性强，可降低修复成本，修复快速且质量高，但材料费用高，且缺乏整体性。本项目局部树脂固化修复技术工艺流程如图4所示。

图4 局部树脂固化修复技术工艺流程

2.2.4注浆法修复技术

注浆法修复技术是在管道开裂处或接口处注入无机浆液或化学浆液，从而对管道进行修复。使用注浆法修复的管道结构性需完好，注浆法主要用于修复管道的渗漏处(接头部分)或砖制的污水管道。注浆法施工费用低，密封能力强，很多管材都适用，但施工质量难以保证，可与其他非开挖修复技术结合使用。本项目采用辅助修复(预处理注浆)技术-地基加固防渗施工，工艺流程如图5所示。

图5 注浆法修复技术工艺流程

2.3 修复技术比选

2.3.1功能性缺陷修复

管道功能性缺陷可采用管道疏通技术解决，目前常用的疏通技术有：推转杆疏通、水力疏通、高压射水+绞车疏通、高压射水+喷射铣头(见表7)。

表7 常用疏通技术对比

2.3.2结构性缺陷修复

现状道路排水管网修复，一般采用开挖修复技术和非开挖修复技术。开挖修复技术主要适用于道路交通面宽广、非交通要道、不阻塞城市其他使用功能的部位。非开挖修复技术主要适用于交通要道，人车流量大或地下管线复杂、开挖深度大，使用基坑支护的工作面不足或基坑支护费用高以及严重影响城市环境等的管段修复。

由于开挖修复技术施工周期长、安全性低、增加城市交通负担、对周围居民造成影响等原因，优先选用非开挖修复技术。但非开挖修复技术不适用于管道变形、异物穿入、支管错接等情况，此时应采用开挖修复技术。主要对非开挖修复技术进行对比，如表8所示。

表8 非开挖修复技术对比

3 结语

针对目前污水管网存在的问题，采用污水管网健康状况评价模型，对污水管网健康状况进行分析，由分析结果可知漳州市污水管道健康状况大部分为Ⅲ级，存在较严重的结构性缺陷和功能性缺陷，需要进行修复。通过污水管网健康状况评价模型对现有管网进行分析，便于决定管道修复先后次序并指定管道维护方案，提高管道维护和修复效率。

管网修复技术中，非开挖管道修复技术虽起步较晚，但发展迅速。与开挖修复技术相比，非开挖修复技术可提高施工效率、控制施工成本、减小施工影响范围且施工安全性较高，因此被广泛应用。本文对各种修复技术进行对比，分析各修复技术适用条件及优缺点，施工时可结合实际情况进行具体修复技术选型。