市政排水管道修复技术的研究及工程应用

市政排水管道修复技术的研究及工程应用

发表时间：2019-01-03T12:28:46.637Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第28期作者：刘晶晶

[导读] 我国有多个城市相继因暴雨引发严重内涝，兴建安全可靠的市政排水系统是解决城市内涝的有效途径。成都市水务工程质量监督站成都 610000

摘要：市政排水管道在城市污水收集与输送、防汛排水安全服务保障方面发挥着不可缺少的作用。近年来，既有市政排水管道发生破坏和渗漏的情况时有发生，排水管道的维护需求日显迫切。本文深入分析了排水管道发生破坏和渗漏的原因，归纳了排水管道缺陷检测及评估方法，同时重点探讨了国内外对受损地下排水管道的修复技术，并以工程实例为背景讨论了修复技术的选取原则，旨在为我国既有市政排水管道的修复提供一定参考。

关键词：市政工程；排水管道；渗漏；缺陷检测；非开挖修复

0引言

近年来，我国有多个城市相继因暴雨引发严重内涝，兴建安全可靠的市政排水系统是解决城市内涝的有效途径，排水管道的安全运行直接关系到人民的生活品质。然而，从既有排水管道建设和运行调研结果看，多数管道出现损坏，这严重影响了城市排水系统的安全运行。因此，要科学全面地掌握排水管道的运行状况，对存在缺陷的管道进行及时修复，从而确保城市排水系统的安全运行。

1排水管道塌陷的诱因与预防

1.1排水管道塌陷的诱因

在流沙地区，排水管道渗漏引起水土流失从而造成管道塌陷，出现所谓的“沉管”，由此导致地面坍塌，损坏道路周边地下管线、建筑物，严重影响道路交通，如图1所示。

图1 污水管“沉管”造成的路面坍塌

“沉管”现象的形成主要分为三个阶段（水土流失－空洞－坍塌）：（1）地下水经渗漏的接口流入管道，泥沙随之进入，造成水土流失；（2）水土流失导致管道周边土壤被掏空，出现空洞，管道基础承载力下降，出现接口脱节和错位，渗漏加剧；（3）受土体拱力和路面结构的支撑，早期的空洞尚未反映至路面，当空洞达到一定程度后，路面出现下陷，或突然坍塌。

“沉管”现象的直接诱因有：管道所在处地下水位较高；管道周围土质为易产生流沙现象的粉沙或轻质亚粘土；管道接口质量较差等。这些诱因的综合作用，使排水管道易发生“沉管”现象。

1.2排水管道塌陷的预防

结合管道塌陷形成过程及诱因的分析，可从多方面预防管道塌陷的发生：

（1）选用柔性接口，提高管道防渗等级；

（2）推广预制井，淘汰落后的砖砌井，减少检查井渗漏；

（3）加强管道检查，及时发现管道渗漏情况；

（4）有针对性地采取管道防腐措施；

（5）加强工业废水水质监管；

（6）采用非开挖技术及时修复渗漏和腐蚀的管道；

（7）提高排水管道的管理维护层次，从而延长设施使用寿命。

2.排水管道检测及评估

2.1排水管道检测

管道常规检测应定期实施，如能与养护工作同时进行更加有效、需修复管道的检测应在方案设计前进行，检测结果应结合日常检测和维护中的问题，作为管道修复设计方案的依据[1]。

排水管道详细检测是为了具体掌握管道损坏情况，若小口径管道无法直接进行目测，一般采用管道闭路电视检测系统检测。管道闭路电视检测系统（Closed-Circuit Television，简称CCTV）[2]，是专门应用于地下管道检测的工具。

2.2排水管道评估

排水管道评估主要是对管道功能性缺陷及结构性缺陷进行评判。评判管道功能性缺陷主要为修复方案计算清理管道的工作量及费用，其类型主要包括：沉积、结垢、障碍物、树根、坝头和浮渣。评判管道结构性缺陷是对管道缺陷类型、严重程度判断管道的损坏程度，其类型主要包括：破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀、胶圈脱落等。由详细检测结果，依据《排水管道电视和声纳检测评估技术规程》（DB31/T444-2009）对损坏情况进行准确的分类并确定损坏等级，而后根据损坏评估方法计算出修复指数[1]。

3.排水管道修复技术

管道修复主要包括两种：非开挖修复与开挖修复。针对已建成的城市地区，开挖修复会严重影响城市的环境和社会发展，而非开挖修复则可以有效地解决这一问题，故目前大部分城市均采取的是非开挖修复[3]。

3.1非开挖修复技术

非开挖修复是采用非开挖方式完成管道修理的一种技术，按修复范围主要分为局部修复和整体修复。局部修复通常指只对管道接口等损坏点进行防渗堵漏修理的一种做法，其针对性强，可以降低维修费用，但无法提高管道的整体刚度和强度。整体修复通常指对某一管段进行整体加固和修复，采用整体修复可以达到防腐、防渗、增加结构强度甚至整旧如新的效果[4]。

3.1.1局部修复

国内外常用的局部修复法有：（1）嵌补法：适用于接口或裂缝嵌补，其优点在于不影响流水和疏通且设备简单，价格便宜；（2）套环法：即在管道接口安装一个止水套环，其优点在于质量比较可靠、安装速度快、可少量带水作业；（3）注浆法：分裂缝注浆和土体注浆两种形式，注浆法经常与嵌补法、套环法结合使用[1]。

3.1.2整体修复

目前常用的整体修复法主要有：（1）现场固化内衬：其将浸满热固性树脂的毡制软管通过翻转或牵引等方法将其送入已清洗干净的需要修理的管道中，并通过水压或气压使其紧贴于管道内壁，然后进行加热固化，形成内衬树脂新管；（2）螺旋管内衬：它是通过安放在井内的制管机将塑料板带绕制成螺旋状管不断向旧管道内推进，在管内形成新的内衬管；（3）短管及管片内衬：它是将特制的塑料短管或管片由检查井进入管内，组装成衬管，然后逐节向旧管内推进，最后在新旧管道的空隙间注入水泥浆固定，这种复合结构内衬管是在旧的管道中形成“管中管”，使修复后的管道具备结构性能加强，可延长使用寿命，但该方法的管道横截面面积损失较大；（4）牵引内衬：其采用牵引机将整条塑料管由工作坑或检查井牵引拉入旧管内，然后进行形状复原形成新的内衬管；（5）涂层内衬：它是一种不增强结构强度的排水管道非开挖整体修复技术，主要用于防腐处理，对轻微渗漏也有一定预防作用[1]。

3.2修复工艺选择

上述管道修复技术在国外应用均较为普遍，国内目前正处于发展阶段，上海等重点城市正积极推广上述管道修复技术进行中心城区排水管道的修复更新。在实际工程修复过程中，应根据具体状况，恰当地选用修复工艺[5]。工艺选择一般遵循如下原则：

（1）依据管道损坏类型、损坏程度选择合适的修复工艺，如对于少量接口损坏可用点状局部修复；

（2）考虑施工质量稳定性的影响，如嵌补、注浆的施工质量稳定性较差；

（3）考虑修复结构对水流的影响，如套环、短管内衬对水流有一定影响；

（4）依据工期长短选择合适的修复工艺，如嵌补、涂层、注浆工期较长；

（5）依据施工环境选择合适的修复工艺，如螺旋管可以适当带水作业；

（6）考虑施工对周围管线的影响，如裂管法可能影响周围管道的正常运行；

（7）结合工程造价选择合适的修复工艺，如现场树脂固化虽质量好，但造价较高。

4.工程应用

4.1工程概况

成都市某区域城市道路污水管道修复工程，管道全长约3.2km。近年来，工程范围内的污水管线老化、破损严重，造成水土流失，对该区域造成了较大的影响。为改善工程范围内的交通以及排水，彻底地修复道路下的污水管道，提高道路的服务水平，需对损坏的污水管道进行修复设计。

4.2排水管道损坏情况及评估

根据相关污水管道CCTV检测报告调查结果，本工程污水管道存在重大缺陷（修复指数RI≥4），管道损坏严重或即将导致破坏。结构已经发生或即将发生破坏，应立即修复。

4.3排水管道修复技术比选

《混凝土和钢筋混凝土排水管》GB T11836-1999规定：钢筋混凝土管钢筋保护层厚度至少15mm。根据缺陷评估结果，经多年使用的既有管道腐蚀等级大多为3级，保护层基本脱落，钢筋混凝土管道厚度损失15mm，即厚度减小23%。在不考虑钢筋的作用下，其承载能力下降了约35%，存在安全隐患。随着管道腐蚀的继续，其承载能力还在继续下降，故本工程设计不考虑旧管的结构强度，并建议尽快对该管道进行全管段结构性修复。同时，考虑到工程范围交通繁忙，故选用非开挖修复方案。

现对国内外应用广泛的非开挖修复技术进行比较，见表1。根据表1综合比较的结果，本工程宜采用紫外线内衬固化技术对既有管道进行修复。

表1 非开挖修复技术比选

修复技术 HDPE内衬不锈钢内衬紫外线固化局部现场固化现场固化内衬机械螺旋管内衬水泥基聚和物涂层

适用管径（mm） 800—2400 800—2400 400—1600 200—1500 150—2200 150—3000 ≥800

适用管材钢砼钢砼钢砼所有所有所有钢砼

适用修复目的永久永久永久永久永久永久永久

优点施工速度快，整体密封，防渗效果好，使用寿命长，不需要进行防腐处理，施工周期较长，施工质量难以保证。安装方便，施工速度快。整体性较好，施工速度快，不开挖路面，设备占地面积小，施工时占用道路面积小。施工速度快，耐腐蚀，使用寿命长。施工速度快，具有耐腐蚀、耐磨损，可防地下水渗入问题，整体修复效果良好。可带水操作，施工速度快，耐腐蚀，独立承载性好，使用寿命长。柔韧性好，可抵抗构筑物产生的细小裂缝，施工方便，无接缝，设备简单，造价便宜。

缺点对错位严重的管节预处理要求较高，对焊接施工工艺要求较高。造价较高，对管道防腐处理要求较高。对材料要求较高，必须满足弹性模量要求。材料成本很高，大口径修复成本高，施工技术要求高。材料成本较高。材料成本较高。小管径无法修理，接口多，对管道表面处理要求高，工期长。

造价中高中高较高高中

紫外线内衬固化技术待内衬固化后可对原有管道结构进行修复补强，且将原水泥管道与污水产生的腐蚀性气体进行隔离，避免了管道