余凱華，鮑月全，楊青坡，江曉華

1.上海市城市排水有限公司，上海市 2 00233；2.上海市城市排水有限公司管線管理分公司，上海市 2 01103；3.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

特大管涵運(yùn)行現(xiàn)狀分析綜述

余凱華1，鮑月全2，楊青坡3，江曉華2

1.上海市城市排水有限公司，上海市 2 00233；2.上海市城市排水有限公司管線管理分公司，上海市 2 01103；3.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

通過(guò)對(duì)我國(guó)特大管涵運(yùn)行現(xiàn)狀及其受損研究成果的分析，總結(jié)了目前管涵研究工作在評(píng)估及適用性的一些不足之處，同時(shí)提出：建立一套受損機(jī)理研究-受損承載力評(píng)估研究-受損后工程性對(duì)策研究的系統(tǒng)性研究理念；構(gòu)建管涵全壽命式的健康管理數(shù)據(jù)平臺(tái)。

特大管涵；受損；評(píng)估

1 特大管涵運(yùn)行現(xiàn)狀概述

特大管道（箱涵）是城市排水體系的重要基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著確保城市污水有序收集、運(yùn)輸和治理，以及維護(hù)城市日常運(yùn)行的重要作用。根據(jù)中國(guó)城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)排水專業(yè)委員會(huì)排水設(shè)施工作部向全國(guó)各大城市相關(guān)管線管理單位的調(diào)研，我國(guó)大部分管涵已進(jìn)入或接近設(shè)計(jì)年限中期，排水系統(tǒng)逐漸進(jìn)入事故頻發(fā)、建設(shè)和維修管理并重的時(shí)代。近兩年經(jīng)常發(fā)生因排水管道年久失修引起道路坍塌，甚至置人死亡的事件，排水管道的安全問(wèn)題已不容忽視。

以上海特大管涵為例，其管齡普遍已10～30多年。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，污水長(zhǎng)期沖刷腐蝕及軟土地基變形引起的相鄰管段不均勻變形等問(wèn)題導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身存在安全隱患。隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，道路交通日趨繁忙，既有道路負(fù)荷的加重、道路擴(kuò)寬改造或其它日益增加的周邊工程活動(dòng)影響，對(duì)這些存在安全隱患的排水箱涵的安全性更是提出了考驗(yàn)。此外，上海市目前在役排水系統(tǒng)互通性較差（如合流污水一期與污水二期箱涵無(wú)互通），應(yīng)急調(diào)度功能較弱，一旦出現(xiàn)影響箱涵正常運(yùn)營(yíng)的損壞險(xiǎn)情，如要停水修復(fù)，將導(dǎo)致箱涵服務(wù)區(qū)域內(nèi)污水無(wú)法輸送的局面，極大影響城市正常運(yùn)行，這就對(duì)既有排水管涵安全性提出了更高要求。

2 特大管涵受損已有研究成果分析

由于管涵結(jié)構(gòu)的腐蝕情況嚴(yán)重，已不能按照無(wú)損設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行評(píng)估，因而研究既有管涵在受腐蝕等受損條件下的結(jié)構(gòu)承載力對(duì)后續(xù)工程處理等具有重要意義。目前許多學(xué)者進(jìn)行了研究，梁莉等[1]研究了腐蝕對(duì)埋地污水管道管土相對(duì)剛度的影響，并基于剛度折減的思想推導(dǎo)了受腐蝕管道的土壓力計(jì)算公式；雷晗等[2]等針對(duì)上海市污水工程通過(guò)數(shù)值分析的方法對(duì)大直徑混凝土管道的受力特性進(jìn)行了研究；王志委[3]對(duì)埋地式圓形混凝土排污管的腐蝕規(guī)律及蝕后力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并依據(jù)腐蝕介質(zhì)在每一份中的濃度將其彈性模量進(jìn)行折減來(lái)進(jìn)行模擬；金偉良等[4]對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法與壽命預(yù)測(cè)進(jìn)展進(jìn)行了分析；陳朝暉等[5]對(duì)銹蝕鋼筋混凝土粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了銹蝕作用下鋼筋混凝土粘結(jié)性能的主要影響因素及退化機(jī)制；李忠等[6]對(duì)受氯鹽侵蝕的盾構(gòu)隧道襯砌的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，指出蝕后混凝土襯砌既有承載力的降低，又有延性及變形（裂縫開(kāi)展等）的惡化。楊綠峰等[7]針對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，提出海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的計(jì)算模型和定量設(shè)計(jì)方法。宋小雷等[8]的研究表明，隨著疲勞荷載的增加及鋼筋銹蝕率的提高，試驗(yàn)梁的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命顯著降低。

從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，其主要側(cè)重于管涵某一方面進(jìn)行研究，在特大排水管涵受損機(jī)理及相應(yīng)工程處理措施方面的研究缺乏系統(tǒng)綜合性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作。系統(tǒng)性的梳理提煉影響特大排水管涵的安全因素并分析關(guān)鍵因素的機(jī)理，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)公開(kāi)的文獻(xiàn)。

3 特大管涵受損研究關(guān)鍵問(wèn)題-受損機(jī)理及工程性對(duì)策

對(duì)于地下排水管道（管涵）這種服役環(huán)境嚴(yán)苛、局部銹蝕率極高、混凝土和鋼筋受損顯著在受損機(jī)理、修復(fù)性對(duì)策方面的研究還非常少見(jiàn)。導(dǎo)致對(duì)極端腐蝕環(huán)境下排水管涵的受損機(jī)理、受損規(guī)律、服役性能評(píng)估和預(yù)測(cè)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)極度匱乏。因此，亟需對(duì)處于極端腐蝕環(huán)境中排水管涵的受損發(fā)展規(guī)律、力學(xué)性能退化規(guī)律、性能評(píng)估和預(yù)測(cè)方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，為其安全評(píng)估、修復(fù)、加固等工作提供理論支持和技術(shù)依托。

影響管涵安全性的因素涉及外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)本身狀況、內(nèi)部水環(huán)境和沖刷淤積等，如過(guò)重的外荷載、地基不均勻沉降，污水的沖刷、腐蝕引起的管渠損壞、裂縫，固體和淤泥引起的底部淤塞和頂部板結(jié)等，從管涵外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)特性、內(nèi)部水環(huán)境多因素梳理管涵的安全因素并研究其機(jī)理，對(duì)全面評(píng)估管涵的安全性具有重要意義。

結(jié)合排水管涵的外部條件、結(jié)構(gòu)、水力和水質(zhì)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀況，從承受荷載、管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、管道材料、埋設(shè)年代、污水流態(tài)和污水水質(zhì)等方面，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究排水管涵結(jié)構(gòu)隨年代的變化、排水管涵病害在整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中的分布，總結(jié)排水管涵病害隨時(shí)空變化的規(guī)律，重點(diǎn)從大型管涵內(nèi)部水環(huán)境和外部結(jié)構(gòu)荷載兩方面梳理排水箱涵的安全因素，為及時(shí)診斷排水管道安全性提供依據(jù)。

結(jié)合排水管涵受損發(fā)展的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)和受損機(jī)理研究，可以建立受損管道的受損發(fā)展模型與控制方程；基于敏感性分析，揭示不同參數(shù)對(duì)排水管涵結(jié)構(gòu)受損發(fā)展的影響，明確排水管涵受損發(fā)展的主控因素。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的特大管涵的修復(fù)技術(shù)相對(duì)薄弱，相應(yīng)的研究也較為缺乏。因此，有必要針對(duì)特大排水管涵各種不同類型的缺陷、受損，以及不同的修復(fù)條件，進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究并提出相對(duì)應(yīng)的修復(fù)方法，完善各類修復(fù)方法的管理、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)配合及驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，為特大排水管涵的修復(fù)工作提供指導(dǎo)與參考。

4 特大管涵受損研究工作的思考

目前，國(guó)內(nèi)在特大管道（箱涵）安全性檢測(cè)、評(píng)估和保護(hù)技術(shù)研究及修復(fù)性技術(shù)研究方面所做的工作存在以下不足：

（1）缺乏綜合性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，相關(guān)研究成果較少，可供參考的相關(guān)示范性工程較少。

（2）現(xiàn)行檢測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（如《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》（CJJ181-2012）規(guī)程，《上海市公共排水管道電視和聲納檢測(cè)評(píng)估技術(shù)規(guī)程》等）所采用的檢測(cè)手段和分析角度以圖像分析為主，結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析不夠清晰，沒(méi)有區(qū)別不同運(yùn)行工況下的管道（箱涵）的安全冗余度的需求差異。不便于管線管理單位對(duì)箱涵（管道）的各種有利、不利運(yùn)行工況及外部附加荷載進(jìn)行針對(duì)性控制。

（3）現(xiàn)有評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有考慮管道接口變形、差異沉降引起的滲漏，以及污水滲漏影響區(qū)域土性改變對(duì)箱涵的長(zhǎng)期安全性帶來(lái)的隱患。

（4）由于目前部分混凝土排水管道（箱涵）頂板底部鋼筋銹斷（如南干線），從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，其板底抗彎承載力已完全喪失，無(wú)法進(jìn)一步按照規(guī)范設(shè)計(jì)方法評(píng)估。

（5）現(xiàn)有的管道保護(hù)技術(shù)較適用于中小口徑管道，特大型管道（箱涵）的保護(hù)技術(shù)相對(duì)薄弱。

（6）在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上應(yīng)建立受損機(jī)理研究—受損承載力評(píng)估研究—受損后工程性對(duì)策研究的系統(tǒng)性研究。

5 結(jié)語(yǔ)

特大排水管涵受損機(jī)理規(guī)律研究是其受損后承載力評(píng)估和研究的基礎(chǔ)，管涵的工程性對(duì)策研究是其受損后修復(fù)的關(guān)鍵。鑒于我國(guó)特大管涵已經(jīng)逐步進(jìn)入到修復(fù)的關(guān)鍵時(shí)期，建立受損機(jī)理研究—受損承載力評(píng)估研究—受損后工程性對(duì)策研究的系統(tǒng)性研究非常迫切。

本文分析了特大管涵運(yùn)行現(xiàn)狀、已有研究成果，并就其局限性提出了一些問(wèn)題，包括（1）缺乏綜合性技術(shù)指標(biāo)；（2）現(xiàn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不利于不同荷載工況下的控制；（3）現(xiàn)行評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)無(wú)針對(duì)性；（4）對(duì)于結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化時(shí)無(wú)法按規(guī)范方法評(píng)估；（5）特大管涵保護(hù)技術(shù)研究不足。這些問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究和解決。同時(shí)，本文提出：建立受損機(jī)理研究—受損承載力評(píng)估研究—受損后工程性對(duì)策研究的系統(tǒng)性研究理念；在系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上構(gòu)建管涵健康管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，全壽命式的服務(wù)于管涵安全運(yùn)行。

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TU992.2

A

1009-7716（2017）01-0093-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.026

2016-11-14

余凱華（1968-），男，浙江紹興人，工程師，從事城市排水運(yùn)行網(wǎng)管管理工作。