張學(xué)慧，劉存輝，宋國勇

(北京金河生態(tài)科技有限公司，北京 102200)

隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，水環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，黑臭水問題尤為突出[1-2]。為加快黑臭水體的綜合治理，國務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動計(jì)劃》，住建部組織編制了《城市黑臭水體整治—排水口、管道及檢查井治理技術(shù)指南》，全國黑臭水體整治工作的重要共識是“黑臭在水里，根源在岸上，關(guān)鍵在排口，核心是管網(wǎng)”[3]。排水管道投入運(yùn)營數(shù)年后，由于地面荷載、自身壽命、流體腐蝕、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍?，會出現(xiàn)不同等級的淤積、缺陷[4]。淤積導(dǎo)致管道過流能力不足、排水不暢，造成城市內(nèi)澇；缺陷導(dǎo)致雨污水外滲、地下水內(nèi)滲，造成水體黑臭，亟需對存在淤積、缺陷的管道進(jìn)行檢測修復(fù)。本文對深圳市某片區(qū)管道進(jìn)行檢測、統(tǒng)計(jì)、分析，據(jù)此提出管網(wǎng)的修復(fù)建議方案，以期為今后同類工程的實(shí)施提供借鑒。

1 檢測技術(shù)

傳統(tǒng)的檢測技術(shù)如目視、簡易工具、潛水等，可用于日常巡查，無法用于缺陷評估。目前廣泛用于管道缺陷評估的檢測技術(shù)有CCTV、QV等[5]。CCTV用于低水位(水位小于直徑的20%)管道的檢測；QV用于短距離管道及檢查井的檢測。本片區(qū)檢測以CCTV為主，QV為輔。對于高水位運(yùn)行管道的檢測，范麗[6]等提出可用CCTV與聲納聯(lián)合檢測，將CCTV爬行器置于驅(qū)動小船上，在驅(qū)動器底部牽引固定聲納探頭，CCTV檢測管道上方的缺陷，聲納觀察水下的缺陷。但聲納輪廓圖只能作為參考，不能作為結(jié)構(gòu)性缺陷的最終評判依據(jù)。

管道缺陷的識別與等級判定執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 181—2012《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》，管道缺陷的評估，直接影響著管網(wǎng)的修復(fù)、維護(hù)方案。該項(xiàng)工作主要依靠檢測人員來完成，效率較低，且容易受主觀因素影響。呂兵[7]等提出了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)的缺陷智能檢測，識別準(zhǔn)確率84.6%，其中3、4級缺陷識別準(zhǔn)確率93.75%；何嘉林[8]提出了基于隨機(jī)森林與貝葉斯優(yōu)化算法的排水管線缺陷檢測，識別準(zhǔn)確率93.1%；李若晗[9]采用基于模糊數(shù)學(xué)法的管網(wǎng)缺陷綜合評價方法對管道健康狀況進(jìn)行定量化描述。目前，管道缺陷的智能檢測技術(shù)還未得到大面積推廣。

2 結(jié)果與分析

檢測管道總長202.77km，管徑DN300—DN2000，管材鋼筋混凝土管、HDPE、PVC、混凝土管，埋深0.75～8.0m，管徑與管材分布如圖1所示。

圖1 管徑與管材分布

2.1 管道結(jié)構(gòu)性評估

根據(jù)檢測結(jié)果，對結(jié)構(gòu)性缺陷等級、缺陷類型，不同管徑、管長的缺陷管道，不同管材的缺陷類型、缺陷管道進(jìn)行分析，如圖2所示。

由圖2(a)可知，管道結(jié)構(gòu)性缺陷共4470處，其中1級(輕微)1177、2級(中等)1542、3級(嚴(yán)重)1159、4級(重大)592，占比依次為26.33%、34.50%、25.93%、13.24%。

由圖2(b)可知，管道結(jié)構(gòu)性缺陷中破裂、支管暗接、錯口最為嚴(yán)重，分別為1284、849、720，占比依次為28.72%、18.99%、16.11%；其余變形(503)、腐蝕(444)、異物穿入(314)、起伏(128)、滲漏(124)、脫節(jié)(86)、接口材料脫落(18)，占比依次為11.25%、9.93%、7.02%、2.86%、2.77%、1.92%、0.40%。

對比圖2(c)可知，每米缺陷的數(shù)量隨管徑的增加而降低；Ⅳ級管道的比率隨管徑的增加而降低；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級管道的比率最高的區(qū)間為600≤D≤1000。

對比圖2(d)可知，每米缺陷的數(shù)量隨管長的增加而降低；Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ級管道的比率隨管長的增加而升高，Ⅱ級管道的比率最高的區(qū)間為10

對比圖2(e)可知，管道的缺陷因管材的不同而有所差異，鋼筋混凝土管主要缺陷類型為破裂(1129)，占比31.97%；HDPE管主要缺陷類型為變形(482)，占比53.44%。

對比圖2(f)可知，鋼筋混凝土管存在缺陷的管道長度為47.68km，占比29.55%，Ⅱ級缺陷最高，占比為32.78%，結(jié)構(gòu)性缺陷占比為12.30%(Ⅲ、Ⅳ級缺陷管道所占比例)；HDPE存在缺陷的管道長度為11.75km，占比30.11%，Ⅳ級缺陷最高，占比32.69%，結(jié)構(gòu)性缺陷占比為18.59%。

綜上分析，管徑越大，管道出現(xiàn)重大缺陷的比率越??；管長越長，管道出現(xiàn)缺陷的比率越大；HDPE管缺陷率略大于鋼筋混凝土管，存在重大缺陷的管道占比明顯高于鋼筋混凝土管。存在上述差異的主要原因可能是：①HDPE管自身質(zhì)量參差不齊；②深圳市地下水位高，軟土地基處理不當(dāng)、不均勻沉降，管底基礎(chǔ)壓實(shí)度不夠等影響HDPE管的使用質(zhì)量；③施工操作不規(guī)范，如管道兩側(cè)、管頂以上0.5m范圍內(nèi)未采用人工回填，未采用輕型壓實(shí)機(jī)具，管頂填土壓力超限；④管道埋深不夠，管道上方荷載尤其是車輛的動負(fù)荷影響；⑤自然或人為破壞。

本次檢測PVC管1278.09m，缺陷管道119.44m，變形21處、破裂1處；混凝土管1101.91m，缺陷管道422.98m，錯口7處、腐蝕5處、支管暗接2處、起伏1處；占比較少不具代表性，不作單獨(dú)統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 管道功能性評估

根據(jù)檢測結(jié)果，對功能性缺陷等級、缺陷類型、不同管徑、管長的缺陷管道進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 功能性缺陷分布情況

由圖3(a)可知，管道功能性缺陷共3341處，其中1級1170、2級833、3級620、4級718，占比依次為35.02%、24.93%、18.56%、21.49%。

由圖3(b)可知，管道功能性缺陷類型中沉積、障礙物、樹根最為嚴(yán)重，分別為1456、997、590，占比依次為43.58%、29.84%、17.66%，其余結(jié)垢(157)、殘墻、壩根(100)、浮渣(41)，占比依次為4.70%、2.99%、1.23%。

對比圖3(c)可知，每m缺陷的數(shù)量隨管徑的增加而降低；Ⅲ、Ⅳ級管道的比率隨管徑的增加而降低；Ⅰ、Ⅱ級管道的比率最高的區(qū)間為600≤D≤1000。

對比圖3(d)可知，每米缺陷的數(shù)量隨管長的增加而降低；Ⅲ、Ⅳ級管道的比率隨管長的增加而降低，Ⅰ級管道的比率隨管長的增加而升高，Ⅱ級管道的比率最高的區(qū)間為10

由圖3(e)可知，存在缺陷的管道長度為52.78km，占比26.03%，Ⅰ級缺陷最高，占比為35.20%，功能性缺陷占比為10.63%。

綜上分析，管徑越大、管長越長，管道出現(xiàn)嚴(yán)重、重大缺陷的比率越?。还艿烙俜e較為嚴(yán)重，主要原因?yàn)椋孩俟艿廊粘ｐB(yǎng)護(hù)不到位；②人為傾倒垃圾到管道中；③管道坡度較小，甚至逆坡。

3 管道修復(fù)養(yǎng)護(hù)

3.1 管道結(jié)構(gòu)性修復(fù)

按照CJJ 181—2012，對管段內(nèi)結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量n、缺陷分值P、管道長度L進(jìn)行計(jì)算，得出管段缺陷參數(shù)F、缺陷密度SM；缺陷參數(shù)F結(jié)合管段地區(qū)重要性參數(shù)K、管道重要性參數(shù)E、土質(zhì)影響參數(shù)T，得出管道修復(fù)指數(shù)RI；從而判斷管段修復(fù)的必要性及迫切性，如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)性缺陷管段分布情況

由圖4可知，局部存在缺陷的管段為1095段，其中局部存在重大缺陷，應(yīng)立即修復(fù)108段，應(yīng)盡快修復(fù)1段；局部缺陷嚴(yán)重，應(yīng)盡快修復(fù)210段，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃3段；局部缺陷明顯超過一級，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃391段；局部輕微缺陷，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃65段，暫不修復(fù)317段。

整體存在缺陷的管段為30639.49m，其中整體存在重大缺陷，應(yīng)立即修復(fù)6530.65m，應(yīng)盡快修復(fù)289.73m；整體缺陷嚴(yán)重，應(yīng)盡快修復(fù)11152.13m，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃645.16m；整體缺陷明顯超過一級，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃8230.35m；整體輕微缺陷，應(yīng)做修復(fù)計(jì)劃739.77m，暫不修復(fù)3051.7m。

結(jié)合圖4和同類工程經(jīng)驗(yàn)[10]，對存在結(jié)構(gòu)性缺陷的管段給出修復(fù)建議。修復(fù)指數(shù)RI>7、43，缺陷嚴(yán)重的管段進(jìn)行修復(fù)；其中SM<0.1，局部修復(fù)，SM≥0.1，整體修復(fù)；其他暫不修復(fù)。特殊情況下，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況、成本、工期等因素綜合確定修復(fù)方案。

按上述原則，需修復(fù)管段1388段27312.73m，其中局部修復(fù)322段，整體修復(fù)18617.67m。

本工程由于待修復(fù)管道眾多且分散，綜合考慮工期、成本、社會、環(huán)境等因素，盡量采用非開挖修復(fù)，非開挖修復(fù)無法滿足管道的修復(fù)要求時，選擇開挖修復(fù)。

非開挖修復(fù)包括整體、局部、更新修復(fù)[11]。整體修復(fù)主要采用熱塑固化、紫外光固化、高分子噴涂；局部修復(fù)主要采用點(diǎn)狀原位固化，高分子噴涂；檢查井修復(fù)主要采用高分子噴涂。修復(fù)方式見表1。4種修復(fù)方式均屬于原位固化，對含有變形、起伏缺陷的管段，采用非開挖修復(fù)后仍具有缺陷，該部分管段建議采用開挖修復(fù)。

表1 管道修復(fù)方式

采用非開挖修復(fù)時，預(yù)處理是關(guān)鍵。預(yù)處理不到位，原管道有漏水、凸起、尖銳毛刺等，一則會損壞內(nèi)襯管，二則修復(fù)后的管道依然存在缺陷，驗(yàn)收無法通過。預(yù)處理方式見表2。

表2 管道預(yù)處理方式

非開挖修復(fù)施工時，須實(shí)地測量待修復(fù)管道的管徑、管長，確保定制材料的準(zhǔn)確性。

紫外光固化是將浸潤樹脂的玻璃纖維軟管拉入待修復(fù)管道內(nèi)，通過壓縮氣體使軟管張開緊貼舊管內(nèi)壁，在紫外光的作用下固化，形成具有一定強(qiáng)度的內(nèi)襯管。主要工序：①拉入底模②拉入軟管③充氣膨脹軟管④安裝紫外光燈⑤固化⑥端口切割平整、去除內(nèi)膜。施工時，燈架輪子表面不得附著異物，金屬扎頭不得有毛刺，防止劃破材料內(nèi)膜，使空氣從內(nèi)膜破洞進(jìn)入材料層，導(dǎo)致材料層內(nèi)的樹脂局部被吹散，影響固化效果；施工段的水要抽干，防止材料浸水。

熱塑固化是將工廠預(yù)制的內(nèi)襯管，在現(xiàn)場加熱軟化，通過牽拉的方法置入原管道內(nèi)部，加熱加壓使襯管與原管緊密貼合，冷卻形成內(nèi)襯管。主要工序：①內(nèi)襯管現(xiàn)場預(yù)熱②拖入待修管道③加熱加壓④冷卻，切除多余內(nèi)襯管。施工時，內(nèi)襯管現(xiàn)場預(yù)加熱時間要充足。

高分子噴涂是采用專用設(shè)備將材料(催化劑與樹脂)加熱加壓，用高速氣流將其霧化并噴到管道表面，形成覆蓋層，以提高管道抗壓、耐腐蝕、耐磨等性能。主要工序：①材料預(yù)熱②材料攪拌③噴涂試塊④噴涂作業(yè)⑤陰角處理。施工時管基底必須干燥。

局部樹脂固化是采用專用的修復(fù)氣囊，將涂抹樹脂的玻璃纖維布緊貼在管道缺陷位置，常溫固化后，形成局部內(nèi)襯。主要工序：①玻璃纖維布剪裁②樹脂混合、浸潤③定位固化④修復(fù)氣囊泄壓，拉出管道。施工時，由作業(yè)人員現(xiàn)場涂抹樹脂，需嚴(yán)格把控質(zhì)量，確保樹脂涂抹均勻。

3.2 管道功能性養(yǎng)護(hù)

同結(jié)構(gòu)性評估類似，對管段內(nèi)功能性缺陷數(shù)量n、缺陷分值P、管道長度L進(jìn)行計(jì)算，得出管段缺陷參數(shù)G、缺陷密度YM；缺陷參數(shù)G結(jié)合管段地區(qū)重要性參數(shù)K、管道重要性參數(shù)E，得出管道養(yǎng)護(hù)指數(shù)MI；從而判斷管段養(yǎng)護(hù)的必要性及迫切性，如圖5所示。

圖5 功能性缺陷管段分布情況

由圖5可知，局部存在缺陷的管段為1105段，其中局部過流受阻很嚴(yán)重，應(yīng)立即進(jìn)行處理175段；局部過流受阻比較嚴(yán)重，應(yīng)盡快處理86段，宜安排處理計(jì)劃2段；局部過流有一定的受阻，宜安排處理計(jì)劃244段；局部輕微影響，宜安排處理計(jì)劃292段，暫時無需處理306段。

整體存在缺陷的管段為25110.4m，其中整體過流受阻很嚴(yán)重，應(yīng)立即進(jìn)行處理7230.82m；整體過流受阻比較嚴(yán)重，應(yīng)盡快處理7219.41m，宜安排處理計(jì)劃172.51m；整體過流有一定的受阻，宜安排處理計(jì)劃5761.4m，暫無需處理12m；整體輕微影響，宜安排處理計(jì)劃1267.15m，暫時無需處理3447.11m。

結(jié)合圖5，對養(yǎng)護(hù)指數(shù)MI>7、43，管道過流受阻管段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

按上述原則，需養(yǎng)護(hù)管段為1217段21533.39m。

管道養(yǎng)護(hù)主要采用清洗吸污兩用車、管道機(jī)器人、人工疏通。利用清吸兩用車的高壓水射流在管道內(nèi)來回移動，完成初步清理；無法清理的硬質(zhì)沉積物、混凝土固結(jié)物等，管徑DN<800，配合管道機(jī)器人進(jìn)行清淤，管徑DN≥800，配合人工疏通，完成徹底清理。

養(yǎng)護(hù)管道水位≥1/5，應(yīng)先封堵導(dǎo)排后，再進(jìn)行清淤。以上游段、養(yǎng)護(hù)管段、下游段(通常為4個檢查井)組成一工作區(qū)間，管徑DN<800，上下游管段采用氣囊封堵，管徑DN≥800，上下游管段采用磚砌墻封堵。為保障排水通暢，在上游檢查井安放水泵，通過導(dǎo)流管引水至下游檢查井。

高水位管道的養(yǎng)護(hù)，降水導(dǎo)排需投入大量的人力、物力，實(shí)施難度大、安全性差、工期長、費(fèi)用高。

4 結(jié)論

通過對202.77km排水管道檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析可知，本片區(qū)結(jié)構(gòu)性缺陷管道為59.98km占比29.58%，功能性缺陷管道為52.78km占比26.03%；需要修復(fù)管道為27.31km占比13.47%，養(yǎng)護(hù)管道為21.53km占比10.62%。鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)性缺陷管道占比12.30%，HDPE管結(jié)構(gòu)性缺陷管道占比18.59%，且HDPE管存在重大缺陷的管道占比高于鋼筋混凝土管。建議新建管網(wǎng)時，優(yōu)先采用鋼筋混凝土管；對存量管網(wǎng)，應(yīng)開展檢測、普查、排查工作，加強(qiáng)維修養(yǎng)護(hù)，保障傳輸通暢、控制入滲率。

管網(wǎng)修復(fù)檢測、設(shè)計(jì)、施工是一項(xiàng)長期且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要深入研究全面考慮，保障工程項(xiàng)目實(shí)施的可行性和成功性。