排水管網(wǎng)維護新技術的應用

□文/何 奎 韓如珺

排水設施是重要基礎設施，對環(huán)境的保護和改善、城市的建設和發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著城市基礎設施的建設與發(fā)展，當排水管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)了問題需要檢測和修復，如何使排水管網(wǎng)系統(tǒng)高效安全、經濟且智能化的運行，是當前行業(yè)面臨的一大課題。

排水管網(wǎng)維護新技術的應用

□文/何 奎 韓如珺

文章主要表述了管道運行情況評估、非開挖性修復、流量的測量及水力模型新技術的應用，該技術的推廣應用能夠提高排水管網(wǎng)管理水平以及維護效率，加強排水管網(wǎng)運行的安全性。

非開挖修復；流量測量；水力模型；排水管網(wǎng)；維護

排水設施是重要基礎設施，對環(huán)境的保護和改善、城市的建設和發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著城市基礎設施的建設與發(fā)展，當排水管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)了問題需要檢測和修復，如何使排水管網(wǎng)系統(tǒng)高效安全、經濟且智能化的運行，是當前行業(yè)面臨的一大課題。

1 排水管網(wǎng)維護現(xiàn)狀

天津市排水管道系統(tǒng)年久而疏于維護，1 km管網(wǎng)中有將近300 m已接近報廢，再加上市區(qū)及周邊地下水的滲入，使目前使用中的排水管網(wǎng)設施已超負荷運轉。

2 排水管網(wǎng)檢測技術

2.1 CCTV技術

1）CCTV簡介。采用管道內窺電視檢測系統(tǒng)，即CCTV（Closed Circuit Television）檢測。

管道檢測是管道修復和維護的基礎和前提，通過了解管道內部狀況，決策管道是否需要修復和維護以及采取何種手段和技術。對于人員無法進入的小管徑管道，管道閉路電視檢測系統(tǒng)（CCTV）技術日臻成熟。通過自行進出于管道內部的攝錄技術，廣泛應用于城市排水管網(wǎng)管道內部狀況檢測，效果良好。

2）檢測評估

（1）管道結構狀況評估。管道結構狀況評估指數(shù)RI=0.7×結構性缺陷參數(shù)+0.1×地區(qū)重要性參數(shù)+0.05×管道重要性參數(shù)+0.15×土質影響參數(shù)。

（2）管道功能狀況評估。管道功能狀況評估指數(shù)MI=0.8×-功能性缺陷參數(shù)+0.15×地區(qū)重要性參數(shù)+0.05×管道重要性參數(shù)。

（3）評估結果分析見表1和表2。

表1 排水管道結構狀況評估

表2 排水管道功能狀況評估

2.2 聲納技術

聲納技術早期應用于軍事領域，是通過聲音進行探測的技術。如果管道檢測時，能見度很低，采用CCTV無法進行檢測，聲納技術解決了這一難題。將檢測儀傳感器浸入管道內污水中進行檢測，由聲納探頭發(fā)射聲納波，后接收被管壁或管中污淤積物反射的信號，通過計算機計算后，產生管道內部縱橫斷面效果圖。但鑒于效果圖的顯示并不明確的缺陷，聲納檢測一般應用于判斷嚴重的管道結構性缺陷或管道積泥情況。

3 非開挖修復技術

非開挖修復技術的出現(xiàn)為城市排水管網(wǎng)管道的修復維護，提供了有效地解決方案。其修復工期短、可帶水作業(yè)、對城市道路交通影響小。非開挖技術包括鋪設新管線的定向鉆探技術、舊管網(wǎng)增容的裂管技術和舊網(wǎng)改造通常采用的管中管修復技術。

1）CIPP（翻轉內襯技術）。將無紡氈布或有紡尼龍粗紡布與聚乙烯或聚氯乙烯、聚氨酯薄膜復合成片材，根據(jù)介質不同選擇工藝膜，然后根據(jù)被修管道內徑，薄膜向外縫制成軟管并用相同品種薄膜條封住縫合口，排出軟管內空氣，加入樹脂，搟壓使樹脂與軟管浸漬均勻，然后利用水或氣將軟管反轉進入被修管道內，此時軟管內樹脂面翻出并緊緊貼在已清洗干凈的被修管道內，經過一定時間或溫度，軟管固化成鋼性內襯管，從而達到堵漏、提壓、減阻的管道修復目的。

2）Rib-Loc（螺旋纏繞技術）。該技術主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內部形成帶狀，通過壓制卡口不斷前進形成新的管道，新管道卷入舊管道后，通過擴張貼緊舊管壁，最后固定。管道修復后內壁光滑，過水能力比修復前的混凝土管要好，而且材料占地面積較小，適合長距離的管道修復。管道可在通水情況作業(yè)，水深30%通常可正常作業(yè)。

3）EXLT（不銹鋼發(fā)泡桶）。采用的主材為遇水膨脹化學漿與帶狀不銹鋼片。施工時將化學漿涂抹在海綿上，然后將帶有化學漿的海綿縛在不銹鋼套筒上，拖入管道修復位置，通過修復器將不銹鋼膨脹卡死。

4）PE穿插內襯。該工法采用U型縮徑方法或物理擠縮方法使原本與被修復管道內徑相同的內襯PE管外徑縮小，以減少拉入被修復埋地管道時的摩阻，保證PE內襯管在穿插過程中不被損傷，PE內襯管材到位后，兩端密封打壓，使內襯PE管快速膨脹，恢復原型并漲緊在內襯管道內壁上，形成PE管中管。

4 流量測量技術

排水管道流量測量能夠通過提供建立水力模型所需的管網(wǎng)荷載數(shù)據(jù)，客觀地評估管道的輸水能力與工作狀況。根據(jù)不同的目的可以分為短期流量測量、中期流量測量和長期流量測量。短期流量測量主要用于短期管道流量調查，為管網(wǎng)系統(tǒng)局部問題提出解決方案，有利于管網(wǎng)系統(tǒng)的及時維護和現(xiàn)場管理，另外還用于管網(wǎng)水力模型的率定；中期流量測量主要對管網(wǎng)系統(tǒng)的運行進行結構性能評價，一般要持續(xù)9個月或者1 a；長期流量測量主要為了獲取管網(wǎng)系統(tǒng)長期運行的數(shù)據(jù)，掌握管網(wǎng)系統(tǒng)運行周期，紀錄最大流量，為管網(wǎng)系統(tǒng)長期管理和維護制定計劃。借助管道流量計可以24 h連續(xù)測量管道內水位、流速和流量。由于短期流量測量的具有速效性、實用性、可比較性及經濟型等優(yōu)勢，現(xiàn)階段國內外主要致力于這方面的研究和應用。管道流量測量分晴天（旱流）流量測量和雨天流量測量。管道流量測量主要監(jiān)測管道內污水的流速、水位及流量等數(shù)據(jù)，為管網(wǎng)設計、管理和維護提供第一手資料。

5 水力模型技術

5.1 水力模型的原理

市政下水道排水管網(wǎng)計算機水力學模型建立的基本原理是采用有限元法，將管網(wǎng)系統(tǒng)分解為一個個微小的獨立單元，建立各單元的St.Venant方程，求解聯(lián)立非線性方程組，從而進一步推算管段流量、水位等參數(shù)的變化趨勢。由于St.Venant方程滿足能量守恒、動量守恒和水的不可壓縮性，所以排水管網(wǎng)計算機水力學模型可以較為精確的計算排水管網(wǎng)的重力流水力學特性、滿管流水力學特性、壅水現(xiàn)象、管道中的水力坡降線、控制構筑物中的流態(tài)、樹狀和環(huán)狀管網(wǎng)的水力學特性等。

5.2 水力模型的建立

目前商業(yè)的排水系統(tǒng)計算機水力學模型軟件有許多，如 SewerCAT(美國)、Mouse(DHI, 丹麥)、Infoworks(英國)、PC SWMM(加拿大)等。由于水力模型商用軟件功能大體相似，本文中僅選取丹麥的MOUSE軟件進行模型的建立分析。

建立排水管網(wǎng)計算機水力學模型的工作分為管網(wǎng)建模、荷載建模和邊界條件建模3部分。

5.3 水力模型的驗證

模型的驗證是采用不同的降雨事件進行模擬，將模型的模擬結果和實際情況進行比對，以確認模型的正確性。并對模擬結果和真實結果之間的誤差進行分析，找出導致誤差的原因

5.4 水力模型的應用

通過模擬某一排水流域的水力狀態(tài)，可以獲得整個排水系統(tǒng)的運行情況，為管網(wǎng)的設計和管理提供可靠的依據(jù)，為防汛預警取得時間。

1）水位分析。通過在模型中輸入入流流量，可以獲得下游管網(wǎng)的水位情況。

2）流速分析。水力模型可以模擬管網(wǎng)流速變化。

3）積水分析。通過軟件模擬，得出某一降雨強度下發(fā)生地面積水冒溢點。

6 結語

實踐證明，排水維護維修新技術的應用大大提高排水管網(wǎng)管理和維護效率，為排水管網(wǎng)診斷、維護、分析和評價提供了可靠的方法。

□韓如珺/天津市翔達市政工程有限公司。

TU992

C

1008-3197（2011）04-63-02

2011-05-13

何 奎/女，1982年出生，助理工程師，天津市翔達市政工程有限公司，從事工程技術管理工作。