市政給排水管網非開挖檢測修復技術分析

陳邦杰

（武漢市城市排水發展有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著工業化發展，城市的污水排放量越來越大，給城市給排水管網造成了較大壓力，為給排水管網修復帶來了一定的挑戰。目前我國各城市的市政工程給排水管網都面臨著嚴重的管網檢測修復問題[1]，因此急需設計新的市政給排水管網檢測修復技術。傳統的市政給排水管網檢測技術主要通過采集部分管內的壓力信息，制定相關的修復方案完成修復，往往需要進行大規模的開挖處理，不僅增加了處理的成本，對市政環境建設也十分不利。非開挖方式可以用最小的開挖量實現市政給排水管網檢測修復，降低了維修成本，有利于后續發展。因此，本文結合城市發展概況，分析了目前城市市政給排水管網現狀，并設計了市政給排水管網非開挖檢測修復技術。

1 市政給排水管網現狀

（1）目前城市化進程較快，城市管網數量也越來越多，相關人員在給排水管網規劃布置時，沒有深入了解城市現狀，導致市政給排水管網布置極不合理[2]。同時，部分建設部門為了節省資金，降低了給排水管網建設標準，存在規劃不科學、不合理的問題，造成給排水管網修復困難；（2）隨著城市環境的變化，原有的市政給排水管網修復技術已經無法滿足目前的需求，很多城市仍沿用傳統的檢測修復技術進行修復[3]，檢測修復效果不理想；（3）市政給排水管網老化，管道壓力較大，導致陸續出現質量問題[4]，增加了給排水管網修復的壓力和難度。

2 非開挖市政給排水管網檢測修復技術設計

2.1 市政給排水管網腐蝕因素檢測

在市政給排水管網破壞因素中，破壞性最高的就是腐蝕因素，因此，在市政給排水管網修復前，首先需要檢測腐蝕因素。市政給排水管中的化學腐蝕狀態可以劃分成中度、重度、非常嚴重等不同等級，這些等級可以根據污水中的硫酸根離子數量來確認，結合腐蝕等級，總結出以下基礎性腐蝕因素。

（1）排水管內的硫循環作用。大量的硫離子會導致排水管內產生硫化氫氣體，從而造成排水管內部腐蝕，硫循環示意圖如圖1所示。

圖1 排水管內的硫循環

結合圖1的循環示意圖，可以分析硫的主要來源，并在排水管道內設置相應的生物處理膜，降低排水管內部的腐蝕作用。

（2）混凝土壓力和酸性鹽離子釋放。在排水管工作過程中，受重力流的影響，很容易導致混凝土壓力，釋放酸性鹽，導致排水管腐蝕，還可能產生酸性氣體釋放作用，導致流態改變。針對這種腐蝕因素，本文設計的技術分析了排水管斷面不同位置的腐蝕規律，并結合基礎性腐蝕條件完成綜合處理，為后續的排水管網綜合修復打下基礎。

2.2 市政給排水管網結構承載力評估

混凝土是市政給排水管網最常用的材料，但受混凝土的力學特性影響，給排水管網會出現極限強度問題，因此，需要結合給排水管網的受力特性，分析該結構的基礎承載力。首先結合混凝土基體黏聚力可知，在外力作用下，混凝土會出現尖端應力集中效應，導致排水管應力改變，造成排水管破裂，因此，本文設計的給排水管網檢測修復技術結合虛擬裂縫模型進行了承載力結構分析，設置了給排水管網的裂縫自由面，裂縫擴展作用影響，可能會出現承載力計算困難問題，此時需要結合裂縫的敏感性，構建應力分布網格，有效地分析承載力與裂縫之間的敏感性關系，得出有效的分析參數。

經過計算發現，給排水管網結構改變過程符合線性變化關系，本文設計的技術采集了管道破裂過程中可能產生的損傷變量，結合應變力軟化進行彈性剛度處理，確定給排水管網的位置，提高給排水管網檢測的精確性。此時產生的力學損傷參數受變量影響，可能會產生連續性誤差，此時可以構建ABAQUS損傷屬性模型，結合流動法則構建改進DP屈服面，此時會形成各種不同的軟化曲線，可以利用不同的軟化曲線設計損傷演化函數，進一步進行市政給排水管網結構承載力評估，確保評估的有效性。

2.3 市政給排水管網結構的非開挖綜合修復

結合給排水管網結構承載力和相關的腐蝕因素實施綜合修復。首先根據給排水管網腐蝕因素可以劃分給排水管網的損傷類型，包括由外部因素（施工等）引起的表面裂縫，導致管道受力狀態超出了承載力范圍，從而發生管道破損；其次是由于施工缺陷或雨水外溢造成的頂板局部破損，這兩種排水管網破損都可以使用局部結構修復即可。因此，本文使用非開挖檢測修復技術，設計了短管內襯施工方案進行施工，在施工前期需要進行空間清淤施工，為后續的牽拉頂推管道注漿施工作基礎。

由于排水管年限較高、耐久性降低導致的頂板保護層腐蝕，一般腐蝕程度較低，僅保護層部位被腐蝕了，因此可以根據具體的腐蝕程度，進行基面處理，或噴涂防腐涂料，完成排水管道修復。由于鋼筋腐蝕作用導致的頂板鋼筋腐蝕造成的排水管破裂較嚴重，一般會出現不同程度的塌陷情況，此時管道內部的荷載已經超標，管道運行十分危險，這種類型的損傷需要對管道頂板進行結構補強，保證其恢復正常的受力狀態，避免出現管道受力不穩定導致的管道破裂。由管道側壁鋼筋腐蝕導致的管道內壁脫落也較嚴重，需要恢復原本的受力結構條件，保證管道受力穩定性。由于管道變形產生的管道接頭損傷，一般無法使用原始的修復方法進行修復，則需要使用整體外貼修補法結合非開挖方式進行局部修復，最大程度上降低修復成本損耗，提高排水管網的修復有效性。

3 實例分析

3.1 工程概況及管道缺陷分析

為了驗證本文設計的市政給排水管網非開挖檢測修復技術效果，本文選取了X市政給排水管網工程，進行實例分析。該工程構建于1995年，處于城市的中心區域，城市管道總長約為1500km，管徑有幾種不同的規格，包括D300、D2400等，日污水處理能力超過了190萬t，排水管與若干污水處理廠相連，根據降雨統計資料可知，該工程內部管徑＜500mm的約860km，剩余的管徑均在500～1500mm之間，經過長期使用，該工程內部已經形成了多處管道缺陷，檢測結果如表1所示。由表1可知，該工程內部的管道缺陷類型共有五種，管道缺陷等級代表缺陷輕重，部分管道破裂情況如圖2所示。

表1 管道缺陷檢測結果

圖2 管道破裂概況

由圖2可知，經過長期污水壓力，該管道已經形成了多處等級不同的嚴重破損。根據破損基本情況，本文設計了具體的實例分析方案，在管徑為300mm、長度為24m段、8m處存在三級滲漏、二級變形，此時的修復指數約為6.23，可以使用2處局部樹脂固化處理，在管徑為300mm、長度為30m段、24m處存在二級破裂，14m處存在三級破裂，此時優化指數為1.05，可以使用一處局部樹脂固化修復，在管徑為400mm、長度為40m段、16.5m處存在三級滲漏，16m處存在三級破裂，此時的修復指標為5.1，需要使用內襯整體修復法進行修復，在管徑為300mm、長度為14m管道中、2.5m處存在二級脫節，5.5m出存在三級破裂，8.4m處存在大管套小管，此時的修復指數較高，約為7.45，應該使用內襯整體修復結合翻排修復，綜合上述管徑破損現狀，可以設計給排水管網檢測修復指標計算式如下：

式中：d1——初始管道指標；

d——檢測修復后管道指標；

f——修復檢測權重，該檢測修復指標與標準指標1.0越接近，證明檢測修復效果越好，反之則證明檢測修復效果較差。

3.2 新的修復技術應用效果

在上述試驗準備基礎上，分別使用本文設計的市政給排水管網檢測修復技術和傳統的市政給排水管網檢測修復技術對該區域內不同編號的管道進行修復，使用公式（1）計算兩種方法的綜合修復指標，計算結果如表2所示。

表2 兩種方法的綜合修復指標對比

由表2可知，本文設計的檢測修復技術修復后的綜合修復指標與標準指標1.0更接近，證明檢測修復效果較好，具有有效性，有一定的應用價值。

4 結束語

隨著工業化發展，市政工程的污水排放總量越來越高，給內部的給排水管網帶來了巨大的壓力，急需進行檢測修復。傳統的市政給排水管網檢測修復技術較落后，無法滿足目前的需求，因此本文設計了新的市政給排水管網非開挖檢測修復技術，并進行實例分析。結果表明，新檢測修復技術的綜合指標較高，檢測修復效果較好，具有較好的應用價值，可以作為市政生態環境建設和水環境保護的應用技術之一。