市政管網修復優化設計研究

夏永峰

（中榕規劃設計有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

國家《水污染防治行動計劃》對黑臭水體的控制提出了明確的要求，然而，我國目前市政道路管網存在破裂、擁堵以及雨污分流不徹底等多方面的問題，對城市內河造成嚴重的污染，影響了水質，與人民群眾生活水平相關指標存在嚴重的矛盾。本文從實際出發，基于楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域系統治理及大排查項目，重點分析了實際存在的問題，有針對性地提出了管網修復的優化設計措施。

1 工程概況

楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域范圍是指黃金大道、普瑞大道、瀟湘北路和銀星路圍合區域，范圍內共有23 條市政道路，分別是：黃金大道、桑梓路、金甲沖路、桑梓二路、澳海路、澳海南路、金奧路、銀星路、梅園路、月亮島路、金星北路、樟木路、盛騰路、金瀟路、楊峰路、銀杉路、瀟湘北路、博士路、星峰路、王家灣路、銀月路、銀江路以及銀晟路。

該項目設計內容含楊峰撇洪渠、白石湖前渠管網修復和雨污水分流改造兩部分。此次針對長沙市望城區楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域范圍內市政道路、街巷等排水管網的清淤工程，包含市政道路污水管及雨水管（管徑為DN200～DN2400），道路長約38km。任務是解決區域內管網的淤積問題，恢復已建排水設施的排水能力。清淤設計主要包含管道封堵、臨時通風、管道清淤、排水以及外運清淤產生的淤泥，管道內的其他雜物如樹葉、垃圾等的清除一并屬于本次設計內容。

該工程為城市排水管網清淤工程，共包括區域內的15 條道路，分別是：黃金大道、金甲沖路、銀杉路、瀟湘北路、銀星路、月亮島路、澳海路、博士路、金奧路、金瀟路、梅園路、桑梓二路、桑梓路、盛騰路、金星路。根據各條道路的管網QV 檢測報告及其養護建議，此次設計對報告管道中功能性缺陷等級為Ⅲ級和Ⅳ級的管網進行養護，其他的暫不處理。

2 工程相關問題及原因分析

2.1 擁堵問題及原因分析

城市排水管道在長期運行中由于水質的物理化學特性及微生物的作用，常常使管道內壁產生腐蝕和結垢的現象，從而導致管道流量降低，排水能力迅速下降，還常常使水質變壞發臭。

該方案中排水管道懸浮固體物濃度較高，且其密度均比水大，極易造成固體物質沉積。懸浮固體主要有自然泥沙、腐質殘留等物質，通常情況下，這些固體物質的下沉速度和淤積程度與其粒徑和密度有關，也與流量有關。根據流量流速公式，流速小、密度大、粒徑大的顆粒容易沉積造成管道淤積。而且，污水管道的流速不能時時刻刻保證在0.6m/s 以上，由于管道彎曲轉折造成的局部損傷、顆粒黏附力較強，以及管徑的突變都會造成流速下降，一旦流速下降，淤積可能性會大幅提高。該案結合過去的管網普查經驗分析得出，污水管道淤積一般是由以下原因造成：

一是管道施工過程中有施工殘留，未對管道進行沖洗，管道接口有砂漿掉落，日積月累，管道經常會發生擁堵。

二是隨著城市建設的加快，很多垃圾污染物未能及時運輸出去，反而人為地排向排水管道，這種情況極易造成管道卡死，大幅降低管道的過水斷面和通水能力。

三是餐飲業油脂廢水的排入造成管道黏稠，也會造成淤積。

四是大量泥沙隨雨水排入雨水管道，此泥沙有來自路面的，也有綠地中泥土漫流進入的。

五是市政道路排水管道周邊往往有喬木的根系，其根系進入管道，造成管道滲漏或斷面縮小，一些其他植物也會在管道內繁殖，造成管道擁堵。

六是市政管網的流量不足、坡度不夠，造成管道水流速度經常處于0.6m/s 以下，必然會導致淤積情況發生。淤積會造成過水斷面縮減、過水能力下降，更有甚者會直接造成市政管網的堵塞。在市政管道的后期管理中，有必要對管道進行養護性管理，定期和不定期疏通管道，確保水流速度滿足設計要求。

2.2 雨污分流問題及原因

根據管網普查資料，流域范圍內共存在雨污混接點5 處，均為市政污水管道接入市政雨水管道系統。主要分布于2 條道路，1 處位于梅園路（雨污水主管有連通），4 處位于星峰路（3 處雨水口錯接污水井，1 處污水混接進雨水井）。針對雨污混接的成因，有歷史原因和施工原因，也有一些商鋪污水直接接入雨水口。城市發展初期，在城區設計了大量合流制排水系統，導致雨水污水合流直接排入城市內河。隨著科技的進步、生活水平的提高，人們對水質要求越來越高，截流式合流制在城市管道改造中得到大量應用。此次改造過程中雖然大部分污水進入污水處理廠，但是仍有少量污水進入河流，污染城市內河。另外，在施工過程中，由于施工方錯誤地連接雨水污水管網，導致部分污水直接污染城市河流。

2.3 結構性問題分析

管網結構性檢測的結果顯示，該案中現狀排水管道存在相關缺陷，典型缺陷為變形、錯口、滲漏以及外物進入現象。經過視頻判讀發現，檢測管網存在Ⅲ級和IV 級結構性缺陷75 處，其中管道變形44 處（Ⅲ級19 處 和IV 級25 處）、錯 口5 處（Ⅲ級3 處 和IV 級2處）、破 裂24 處（Ⅲ級10 處 和IV 級14 處）、起伏1 處、滲漏1 處。流域范圍內存在雨污水混接6 處（雨水進入污水3 處、污水進入雨水3 處），其中1 處位于金甲沖路、1 處位于梅園路、4 處位于星峰路。

管道結構性問題主要是指管道損壞和嚴重變形后，過流截面急劇減少，或輸水能力喪失。造成該問題的主要因素是土壤風險和管道自身風險，前者取決于管道鋪設位置的地質條件和動荷載變化，后者取決于管道自身的幾何尺寸和構造材料。結構性問題成因總體如下：一是施工原因。最常見的問題是，管溝不是用良性土壤或粗砂分層回填，而是用雜填土回填，導致管溝胸腔回填密實度達不到要求，使管側無抗荷載能力，荷載集中在管頂，造成管道變形斷裂。由于壓實度不足形成的軟土壓縮性高，管道容易發生縱向和垂直位移。二是管基原因。軟土管基處理不當也會導致管道結構問題。以該案為例，所涉及片區地質軟土較多，早期施工技術不成熟，管基未能采取換填法，或管基未能坐落于原土上，導致地基承載力達不到相關要求。三是管道材質的原因。剛度不足的管道抗荷載和變形能力較差，柔性不足的管道抗變形能力較差。在選擇管道時，應滿足這兩個方面的性能要求。

3 市政管網修復優化設計措施

3.1 清淤修復設計方案

一般而言，清通措施有水力清通、人工清通、竹片（玻璃鋼竹片）疏通、絞車疏通、鉆桿疏通等。對于小管徑且沉積固體較少時，水力沖洗和機械沖洗都能達到清淤的目的。對于大量沉積固體物質的管道，通常會采用單一機械沖洗的方式或幾種機械沖洗結合絞車疏通等方案。單一的機械沖洗比較省力，施工成本也不大，但是在沉積固體偏大時效果不好，常需結合絞車疏通，才能達到良好的清通效果，而且耗費工時較多。若管道淤塞較輕，可采取機械沖洗和竹片（玻璃鋼竹片）疏通兩種方法，施工成本低，見效快。根據該項目管道QV 檢測報告，該次設計清淤修復管道段落主要考慮功能性缺陷Ⅲ級和Ⅳ級的管段，其管道的淤積深度約為30%～95%，大部分在管徑的1/2 以內，且有較多的障礙物，故該工程建議采用機械沖洗配合人工疏通方法。當障礙物無法通過機械沖洗清除時，需人工清掏或采用專用清障設備去除管內障礙物。

具體設計工藝流程為：準備工作—管道接口—安裝管塞—安裝防滑支架—管塞充氣封堵—清淤—檢測等。施工前，應告知沿線企事業單位，在片區主要路口設置車輛繞路行駛指示牌、施工告示牌，力求減少道路擁堵。在施工區域四周放置施工圍擋或紅錐桶、夜間施工警示燈、交通導行標志，安排專人負責維持、指揮交通，確保無行人、車輛擅自闖入，確保施工人員和車輛通行安全。施工期間結合交通組織及現狀施工場地具體情況，設置的施工圍擋形式可參考《長沙市房建和市政施工圍擋指導圖集》，建議工期7d 以內的節點采用水馬隔離墩，7～30d 的節點采用D-2 類圍擋。井下維護前，技術人員必須對施工人員進行技術交底，下井之前檢測污水管道可燃氣體情況，保持通風，在確認對人無影響的情況下方可進行清通作業。嚴禁帶火作業，確保施工安全。時刻檢測有毒有害氣體，一旦發現有毒有害氣體濃度超標，務必立即停止施工。再次下井前應先使用通風機通風30min，再使用便攜式硫化氫檢測儀和報警儀檢測，在確認有毒有害氣體已被排除后，方可下井工作，下井期間應保持持續通風。清理完畢后對檢查井及檢查井之間的管道進行CCTV 檢測，確保清理達到標準，無死角。

3.2 分流改造修復設計方案

該方案中星峰路現狀污水管徑DN500，由西往東排入銀杉路雨水井，6WS1435～6WS1397 段現狀污水管道標高37.03～35.81，下游銀杉路污水干管標高36.64～36.59，星峰路污水難以接入銀杉路，為逆坡段，因此必須對星峰路6WS1435～6WS1397 段現狀污水管道進行廢除，新建污水管道以順接上下游標高。中國的其他城市也可能會遇到雨污水混合和分流改造的問題，為確保城市居民生活排水安全，根據現狀可應用多種措施，如改造雨污合流管道、修復結構和功能缺陷管道、改造專用的混合管道、改造化糞池出口等，提高社區雨污分流水平。沿街商鋪改造主要包括：餐飲業在排水處增設隔油池；對于美容院等立面，修建隔油沉砂池和頭發污水收集井，產生的污水經過排水構筑物后進一步輸送至污水管道，形成清晰的流道；對于隨意傾倒污水的用戶，應在其立面房屋前設置傾倒口，并加強管理，在日常運行中合理排放污水，避免污水直接排入雨水管道。

3.3 結構性修復設計方案

該案設計的主要依據是《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網檢測報告》的管道評估結果，對管道存在的所有Ⅲ級及以上的結構性缺陷進行修復。

一是對于管道破裂、變形嚴重，甚至坍塌、喪失過流能力的管道，采用開挖修復。對于埋設較淺，且開挖修復對居民生活及交通通行影響小的，也考慮開挖修復。

二是對于管道結構發生破壞，但不影響過流能力的，且無開挖條件的結構性缺陷管道，從社會影響、經濟效益等方面考慮，采用非開挖修復（局部樹脂固化）。

三是Ⅰ級和Ⅱ級的結構性缺陷該設計暫不修復。

開挖修復設計主要是根據《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網檢測報告》的管道評估結果，楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域內現狀排水管道Ⅲ級、IV 級結構性缺陷主要有變形、錯口、破裂、起伏、滲漏。嚴重阻礙了已建排水管道的排水能力，為恢復已建排水管道的排水能力并解決因管道破損造成的管周泥沙塌陷問題，需要對該部分管道進行開挖換新管修復。

開挖施工修復步驟為：交通疏導—開挖區管道CCTV 檢測明確缺陷點準確位置—溝槽開挖范圍現有管線摸排—施工圍擋—人工開挖探溝—破碎路面及基層—土方開挖—現狀管線懸吊保護—溝槽支護施工—敷設管道—閉水實驗—CCTV 復測確認修復情況—支護拆除—溝槽回填—路面（或人行道、綠化帶）原狀恢復—恢復交通。如CCTV 復測出現該次設計外的新增結構性缺陷，不列入該項目此次改造范圍。施工單位記錄相關數據，以便發生特殊情況時隨時和業主及設計方交流溝通。

非開挖修復設計主要依據《楊峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管網檢測報告》中的管道評估結果，對管道存在的Ⅲ級及以上的破裂、變形等結構性缺陷綜合采用局部樹脂固化、切割+局部樹脂固化等非開挖修復技術進行處理。該次設計共3 處非開挖修復，主要分布于3 條道路，1 處位于銀杉路、1 處位于梅園路、1 處位于金瀟路。銀杉路WS0328～WS0335 段污水管道有Ⅲ級變形1 處，位于地鐵控制保護區范圍內，其污水管上部有現狀交通信號燈管線平行敷設，不具備開挖條件，建議采用非開挖修復。梅園路3YS655～3YS657 段雨水管道有IV 級滲漏1 處，由于現狀管道埋深較深，約為5.3m，雨水管道上方有污水管道穿過，同時雨水管道位于梅園路和桑梓二路交叉口，如采用開挖修復，對兩條路的交通影響都比較大，因此建議采用非開挖修復。金瀟路4YS22～3YS196 段雨水管道有Ⅲ級錯口1 處，由于現狀管道埋深較深，約為3m，雨水管道上方有現狀通信管線穿過，同時人行道路邊線有擋墻，考慮到施工安全和工程造價，該處管道修復建議采用非開挖修復。局部樹脂固化法，旨在利用兩種不同樹脂（均含有促進劑）混合，嚴格控制比例，將混合好的樹脂敷設在玻璃纖維上，并包裹氣囊，一切準備就緒之后放置于管道中，準確定位且予以充氣，確保纖維材料黏附于管道內壁，常溫靜置60min 后玻璃纖維增強塑料得以形成。

3.4 建立健全相關機制的設計

除了有針對性地進行管網修復設計外，還應建立健全保水長效機制的設計，加強各類污染治理設施的運行管理，完善黑臭水體修復的績效考核和責任追究制度。不定期或定期對城區水體展開綜合性調查，巡查管理城市區域內存在黑臭水體的河道，與此同時，鼓勵各地優先利用符合城市污水回用水質標準的污水處理廠尾水和河流補給景觀環境。在城市管網建設方面，建立混接處罰機制，加強老舊城區的排水管網改造，落實污水接入、初期雨水管理規定，規范城市內工業企業的排污管理，完善江河湖泊水位與市政排污口協調機制等措施，因地制宜完善設施運行維護制度，提高污水處理廠進水有機物濃度，提升污水收集效率。在污水資源利用方面，組織地方排水主管部門積極配合水利部門，加強非常規水資源的統一配置，合理布局規劃污水資源利用設施建設，加強排水資源的利用。

4 結語

綜上所述，市政管網在長期的使用中往往存在很多問題，針對實際案例中的具體問題，應究其原因、因地制宜地利用最優的設計方案和設計措施予以解決。相信隨著我國管道優化技術的更新和進步，上述問題會逐漸減少。