排水管道檢測與非開挖修復技術的應用

王東輝

（上海市浦東新區港城城市管理署，上海市 201318）

0 前言

排水管道是城市重要基礎設施的一部分，城市排水管道的管理對城市的環境保護、城市的建設和經濟發展都具有重要的意義。隨著城市的發展，城市地下管網的規模在不斷擴大，大批的地下管道由于鋪設時間的久遠，現已紛紛達到或接近使用年限，管道的修復技術已日益引起各方面的關注[1]。城市管網系統猶如人體的血管系統一樣，錯綜復雜，不能堵、不能破，否則就要出大問題。同樣管道出現破裂、堵塞，就影響城市的排水暢通，并可能會造成嚴重事故。隨著人們對城市環境要求的逐步提高，對于管道出現問題，采用傳統的開槽埋管變得越來越困難。基于傳統技術種種弊端的顯現，管道CCTV檢測、非開挖技術等應運而生。

1 排水管網管理與維護現狀

排水管道肩負著收集、輸送城市雨污水的重任。據統計，截至到2011年，我國已建成城市排水管線總長超過50萬km。地下排水管線已成為城市經濟發展和人民生活保障的生命線，具有舉足輕重的作用。但是，城市排水管網的老化和管理的落后嚴重制約了社會的發展。以上海為例，上海市地下水位很高，管道系統役齡較長。現有管道系統在管材、接口方式、施工工藝方面抗滲能力差[2]。

由于受管理體制、資金等影響，大部分城市管道病害往往在出現初期得不到發現和維護，等到發展出現重大事故時才做應急處理，這時已對國家財產造成巨大經濟損失。并且受技術手段的限制，對于眾多存在復雜問題的管道缺乏有效的維護辦法。管道CCTV檢測、非開挖修復等技術提供了管網運行和管理中遇到難題的解決方案，豐富了排水管網管理和維護手段，降低了由于管網出現問題造成的損失。

2 管道檢測與評估技術

2.1 CCTV檢測技術介紹

管道閉路電視檢測系統（Closed-Circuit Television）（簡稱CCTV），是專門應用于地下管道檢測的工具。

CCTV的基本設備包括有：（1）攝影機；（2）燈光；（3）電線（線卷）及錄影設備；（4）攝影監視器；（5）電源控制設備；（6）承載攝影機的支架；（7）牽引器；（8）長度計算器。

進行CCTV檢測前需進行管道清洗工作，去除管內臟物，保證拍攝到效果良好的視頻錄像。現今，管道清洗通常采用高壓清洗車進行。清洗車將管內的淤泥、沉積砂及污物等清除并將管內表面清洗干凈，最后用清洗車的真空泵將匯集在窨井內的淤泥等吸除干凈。CCTV檢測作業時，通常是從上游窨井向下游窨井方向進行。當管內污水超過管徑的20%時，通常需要對管道進行封堵、抽水。

排水管道CCTV檢測示意見圖1。

圖1 排水管道CCTV檢測示意圖

2.2 CCTV檢測設備

CCTV檢測儀裝備有最先進的攝像頭、爬行器及燈光系統，完全由帶遙控操縱桿的監視器控制，操作簡單，移動方便。可以進行影像處理、記錄攝像頭的旋轉和定位。具有高質量的圖像記錄和文字編輯功能。其主要工作部分為一部四輪驅動的攝像小車和一臺計算機。根據不同管徑，可以選用不同型號的CCTV。通過它能夠將管道中的情況一覽無余。在檢查前首先要通過高壓沖洗車對所需檢測的管段進行沖洗，確保CCTV車能順利通過，然后通過一種專用排水管管道堵塞器將上游排水管暫時封堵，然后用抽水機將井中的污水抽至附近的污水井中，待被觀察管道中水深不至于淹沒CCTV攝像頭時即可投入工作。在抽完井中污水的同時也可觀察此時被檢測管道中的水流情況，原先埋在水下不便檢查的管段此時已“浮出水面”了。CCTV檢測主要設備見圖2。

圖2 CCTV檢測主要設備

攝像爬行系統：運用爬行系統將攝像設備推進至管道內部，由攝像系統拍攝管道內部影像，并適時將影像傳送至控制臺；

控制電纜：負責傳送爬行設備指令、適時影像數據；

控制臺：CCTV核心操作系統，負責發出控制指令，如爬行系統前行、倒退、攝像系統燈光等；接受影像數據并將影像數據儲存至存儲設備。

2.3 CCTV檢測流程

CCTV檢測流程見圖3。

圖3 管道CCTV檢測流程

2.4 CCTV檢測評估

2.4.1 排水管道缺陷分類

排水管道的缺陷分為功能性缺陷和結構性缺陷，功能性缺陷檢查主要是檢查管道的暢通情況，結構性檢查主要是檢查管道構造的完好程度。各缺陷類別及代碼表示可按照上海市相關規程規定表示[3]。詳見表 1、表 2。

表1 排水管道功能性缺陷分類、代碼及等級

表2 排水管道結構性缺陷分類、代碼及等級表

2.4.2 各缺陷的時鐘表示法

如圖4所示，采用時鐘時針位置來描述管道病害出現在管道環向的位置。

圖4 各缺陷的時鐘表示法示意

圖4中：第一幅表示管道環向3點至9點位置存在病害，第二幅表示管道環向9點至3點位置存在病害。

2.4.3 管道結構狀況評估

式中：RI——管道結構狀況評估指數；

F——結構性缺陷參數；

K——地區重要性參數；

E——管道重要性參數；

T——土質影響參數。

根據RI的值評估排水管道結構狀況，劃分不同的結構狀況等級，見表3。

表3 排水管道結構狀況評估

2.4.4 管道功能狀況評估

式中：MI——管道功能狀況評估指數；

G——功能性缺陷參數；

K——地區重要性參數；

E——管道重要性參數。

根據MI的值評估排水管道功能狀況，劃分不同的功能狀況等級，見表4。

表4 排水管道功能狀況評估

2.5 管道QV檢測技術

2.5.1 管道QV檢測工作原理

管道QV檢測，即管道快速視頻潛望鏡檢測。其提供把檢測設備置于檢查井中，通過QV檢測的燈光系統，照亮管道內部，使用QV檢測系統的攝像頭拍攝管道內部狀況。由于QV檢測系統的攝像頭可實現變焦拍攝，故可探測距離較遠的管道內部狀況，見圖5。

2.5.2 管道QV檢測的優點

（1）簡單、快捷

操作人員站在地面，對設備進行操作，通過調焦拍攝管道內部狀況。

圖5 QV檢測現場圖

（2）安全、可靠

由于管道檢測時，設備、人員無需進入管道，故沒有井下作業的風險。

（3）適用范圍廣泛

適用于管徑為150～2 400 mm的管道。

2.6 聲納檢測技術

聲納儀是利用聲音進行探測的一種工具，聲納技術最早應用于軍事領域，見圖6。在排水管道檢測中，如果管道中充滿水，那么管道中的能見度幾乎為零，故無法直接采用CCTV進行檢測。聲納技術正好可以克服此難點。將聲納檢測儀的傳感器浸入水中進行檢測。和CCTV不同，聲納系統采用一個適當的角度對管道內進行檢測，聲納探頭快速旋轉，向外發射聲納波，然后接收被管壁或管中物發射的信號，經計算機處理后，形成管道縱橫斷面，見圖7。

圖6 聲納儀

圖7 管道縱橫斷面圖

聲納檢測橫斷面圖像對輕微的結構性損壞缺陷不是非常明顯，故一般應用于判斷嚴重的管道結構性缺陷或管道積泥情況。

當今，聲納檢測技術用于調查管道積泥情況效果非常好，聲納檢測斷面圖可以清晰的看出管道內某一斷面的積泥高度。

聲納檢測評估與CCTV檢測相似，文中不再重復。但相比CCTV檢測，聲納檢測橫斷面圖像對輕微的結構性損壞缺陷不是非常明顯，故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 管道非開挖修復技術

近年來隨著人們環保意識的增強，保護城市道路環境，維護城市道路交通正常運行越來越引起了全社會各有關部門的重視，各類非開挖修復地下管線技術先后出現，非開挖修復具有對道路交通影響小、施工工期短、甚至可以帶水作業等優點。縱觀各類非開挖技術，除了鋪設新管線的定向鉆技術和需要舊管網增容的裂管技術外，舊管網改造修復基本上都是采用管中管修復技術思路，我們通俗地統稱為管中管修復技術。現今國內外應用較多的管中管技術主要有CIPP（翻轉內襯法）、Rib-Loc（螺旋纏繞法）、局部點狀樹脂內襯技術、不銹鋼發泡桶法和PE穿插內襯等[4]。

3.1 CIPP（翻轉內襯法）

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，根據介質不同選擇工藝膜，然后根據被修管道內徑，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，趕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。

3.2 Rib-Loc（螺旋纏繞法）

該技術主要是通過螺旋纏繞的方法在舊管道內部形成將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。管道可在通水的情況作業，水深30%通常可正常作業。新管道與原有管道之間可不注漿或注漿。

3.3 點狀樹脂內襯修復技術

局部樹脂固化采用特種環氧樹脂和乙烯基樹脂，可使用含鈷錳化合物作為催化劑來加速樹脂的固化，進行聚合反應成高分子化合物。該材料是單液性注漿材料，施工簡單，設備清洗也十分方便。

其樹脂與水具有良好的混溶性，漿液遇水后自行分散、乳化，立即進行聚合反應，誘導時間可通過配比進行調整。

該材料對水質的適應較強，一般酸堿性及污水對其性能均無影響

3.4 不銹鋼發泡桶法（EXLT）

該工法采用的主要材料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，拖入管道待修復位置，通過修復器將不銹鋼膨脹卡死。

3.5 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 結語

實際證明，應用管道檢測評估、非開挖修復等高新技術能大大提高排水管網管理和維護效率，為排水管網診斷、維護、分析和評價提供了可靠的方法。根據上海市近年來的實際管道修復工程概算,統計分析開挖與非開挖工程的平均單位直接成對大中城市交通阻塞關切程度的不斷提高,非開挖修復在社會及環境成本方面的優勢將逐漸受到重視[5]。

在實際工程應用中，具體選擇何種修復工法需根據施工條件、工程造價、社會影響等因素綜合考慮。在城市中心區域，排水管道修復宜采用CIPP翻轉法，可達到“零”開挖，而且施工速度快,一個工作循環可控制在15 h以內,對交通造成的影響可降到最低。大型雨水管道宜采用點狀樹脂內襯修復技術，經濟而且合理。在沿江、沿海的流沙地區宜采用PE穿插等整體內襯技術。目前，隨著排水管道檢測和非開挖技術的日趨成熟，上海市已經制定了排水管道聲納與CCTV檢測規程，但非開挖技術的標準化工作缺乏體系指導、標準制定滯后。因此，亟需加快非開挖管道修復技術標準及相應的規范、標準化工作缺乏體系的建立。

[1]陳春茂.非開挖管道修復技術[J].市政技術,2004,22(4).

[2]劉華平.上海市排水管道清洗檢測技術應用研究[D].上海:同濟大學,2005.

[3]上海市排水管理處.上海市排水管道聲納與CCTV檢測規程[S].2005.

[4]葉建良,蔣國盛,竇斌.非開挖鋪設地下管線施工技術與實踐[M].北京:中國地質大學出版社,2000.

[5]王中柱,李田.城市排水管道開挖與非開挖修復的綜合成本分析[J].給水排水,2008,34(6).