排水管網(wǎng)維護(hù)新技術(shù)的應(yīng)用

□文/何 奎 韓如珺

排水設(shè)施是重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)環(huán)境的保護(hù)和改善、城市的建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展，當(dāng)排水管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題需要檢測(cè)和修復(fù)，如何使排水管網(wǎng)系統(tǒng)高效安全、經(jīng)濟(jì)且智能化的運(yùn)行，是當(dāng)前行業(yè)面臨的一大課題。

排水管網(wǎng)維護(hù)新技術(shù)的應(yīng)用

□文/何 奎 韓如珺

文章主要表述了管道運(yùn)行情況評(píng)估、非開(kāi)挖性修復(fù)、流量的測(cè)量及水力模型新技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)的推廣應(yīng)用能夠提高排水管網(wǎng)管理水平以及維護(hù)效率，加強(qiáng)排水管網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

非開(kāi)挖修復(fù)；流量測(cè)量；水力模型；排水管網(wǎng)；維護(hù)

排水設(shè)施是重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)環(huán)境的保護(hù)和改善、城市的建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展，當(dāng)排水管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題需要檢測(cè)和修復(fù)，如何使排水管網(wǎng)系統(tǒng)高效安全、經(jīng)濟(jì)且智能化的運(yùn)行，是當(dāng)前行業(yè)面臨的一大課題。

1 排水管網(wǎng)維護(hù)現(xiàn)狀

天津市排水管道系統(tǒng)年久而疏于維護(hù)，1 km管網(wǎng)中有將近300 m已接近報(bào)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(shè)施已超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)

2.1 CCTV技術(shù)

1）CCTV簡(jiǎn)介。采用管道內(nèi)窺電視檢測(cè)系統(tǒng)，即CCTV（Closed Circuit Television）檢測(cè)。

管道檢測(cè)是管道修復(fù)和維護(hù)的基礎(chǔ)和前提，通過(guò)了解管道內(nèi)部狀況，決策管道是否需要修復(fù)和維護(hù)以及采取何種手段和技術(shù)。對(duì)于人員無(wú)法進(jìn)入的小管徑管道，管道閉路電視檢測(cè)系統(tǒng)（CCTV）技術(shù)日臻成熟。通過(guò)自行進(jìn)出于管道內(nèi)部的攝錄技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市排水管網(wǎng)管道內(nèi)部狀況檢測(cè)，效果良好。

2）檢測(cè)評(píng)估

（1）管道結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估。管道結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估指數(shù)RI=0.7×結(jié)構(gòu)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(zhì)影響參數(shù)。

（2）管道功能狀況評(píng)估。管道功能狀況評(píng)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(píng)估結(jié)果分析見(jiàn)表1和表2。

表1 排水管道結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估

表2 排水管道功能狀況評(píng)估

2.2 聲納技術(shù)

聲納技術(shù)早期應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，是通過(guò)聲音進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)。如果管道檢測(cè)時(shí)，能見(jiàn)度很低，采用CCTV無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，聲納技術(shù)解決了這一難題。將檢測(cè)儀傳感器浸入管道內(nèi)污水中進(jìn)行檢測(cè)，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(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算后，產(chǎn)生管道內(nèi)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(cè)一般應(yīng)用于判斷嚴(yán)重的管道結(jié)構(gòu)性缺陷或管道積泥情況。

3 非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)

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

1）CIPP（翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯技術(shù)）。將無(wú)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(fù)合成片材，根據(jù)介質(zhì)不同選擇工藝膜，然后根據(jù)被修管道內(nèi)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(nèi)空氣，加入樹(shù)脂，搟壓使樹(shù)脂與軟管浸漬均勻，然后利用水或氣將軟管反轉(zhuǎn)進(jìn)入被修管道內(nèi)，此時(shí)軟管內(nèi)樹(shù)脂面翻出并緊緊貼在已清洗干凈的被修管道內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間或溫度，軟管固化成鋼性內(nèi)襯管，從而達(dá)到堵漏、提壓、減阻的管道修復(fù)目的。

2）Rib-Loc（螺旋纏繞技術(shù)）。該技術(shù)主要是通過(guò)螺旋纏繞的方法在舊管道內(nèi)部形成帶狀，通過(guò)壓制卡口不斷前進(jìn)形成新的管道，新管道卷入舊管道后，通過(guò)擴(kuò)張貼緊舊管壁，最后固定。管道修復(fù)后內(nèi)壁光滑，過(guò)水能力比修復(fù)前的混凝土管要好，而且材料占地面積較小，適合長(zhǎng)距離的管道修復(fù)。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(xué)漿與帶狀不銹鋼片。施工時(shí)將化學(xué)漿涂抹在海綿上，然后將帶有化學(xué)漿的海綿縛在不銹鋼套筒上，拖入管道修復(fù)位置，通過(guò)修復(fù)器將不銹鋼膨脹卡死。

4）PE穿插內(nèi)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(fù)管道內(nèi)徑相同的內(nèi)襯PE管外徑縮小，以減少拉入被修復(fù)埋地管道時(shí)的摩阻，保證PE內(nèi)襯管在穿插過(guò)程中不被損傷，PE內(nèi)襯管材到位后，兩端密封打壓，使內(nèi)襯PE管快速膨脹，恢復(fù)原型并漲緊在內(nèi)襯管道內(nèi)壁上，形成PE管中管。

4 流量測(cè)量技術(shù)

排水管道流量測(cè)量能夠通過(guò)提供建立水力模型所需的管網(wǎng)荷載數(shù)據(jù)，客觀地評(píng)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(cè)量、中期流量測(cè)量和長(zhǎng)期流量測(cè)量。短期流量測(cè)量主要用于短期管道流量調(diào)查，為管網(wǎng)系統(tǒng)局部問(wèn)題提出解決方案，有利于管網(wǎng)系統(tǒng)的及時(shí)維護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)管理，另外還用于管網(wǎng)水力模型的率定；中期流量測(cè)量主要對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)，一般要持續(xù)9個(gè)月或者1 a；長(zhǎng)期流量測(cè)量主要為了獲取管網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的數(shù)據(jù)，掌握管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行周期，紀(jì)錄最大流量，為管網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)期管理和維護(hù)制定計(jì)劃。借助管道流量計(jì)可以24 h連續(xù)測(cè)量管道內(nèi)水位、流速和流量。由于短期流量測(cè)量的具有速效性、實(shí)用性、可比較性及經(jīng)濟(jì)型等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外主要致力于這方面的研究和應(yīng)用。管道流量測(cè)量分晴天（旱流）流量測(cè)量和雨天流量測(cè)量。管道流量測(cè)量主要監(jiān)測(cè)管道內(nèi)污水的流速、水位及流量等數(shù)據(jù)，為管網(wǎng)設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)提供第一手資料。

5 水力模型技術(shù)

5.1 水力模型的原理

市政下水道排水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)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(gè)個(gè)微小的獨(dú)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(jìn)一步推算管段流量、水位等參數(shù)的變化趨勢(shì)。由于St.Venant方程滿足能量守恒、動(dòng)量守恒和水的不可壓縮性，所以排水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型可以較為精確的計(jì)算排水管網(wǎng)的重力流水力學(xué)特性、滿管流水力學(xué)特性、壅水現(xiàn)象、管道中的水力坡降線、控制構(gòu)筑物中的流態(tài)、樹(shù)狀和環(huán)狀管網(wǎng)的水力學(xué)特性等。

5.2 水力模型的建立

目前商業(yè)的排水系統(tǒng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型軟件有許多，如 SewerCAT(美國(guó))、Mouse(DHI, 丹麥)、Infoworks(英國(guó))、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(jìn)行模型的建立分析。

建立排水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)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(yàn)證

模型的驗(yàn)證是采用不同的降雨事件進(jìn)行模擬，將模型的模擬結(jié)果和實(shí)際情況進(jìn)行比對(duì)，以確認(rèn)模型的正確性。并對(duì)模擬結(jié)果和真實(shí)結(jié)果之間的誤差進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致誤差的原因

5.4 水力模型的應(yīng)用

通過(guò)模擬某一排水流域的水力狀態(tài)，可以獲得整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，為管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和管理提供可靠的依據(jù)，為防汛預(yù)警取得時(shí)間。

1）水位分析。通過(guò)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(guò)軟件模擬，得出某一降雨強(qiáng)度下發(fā)生地面積水冒溢點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，排水維護(hù)維修新技術(shù)的應(yīng)用大大提高排水管網(wǎng)管理和維護(hù)效率，為排水管網(wǎng)診斷、維護(hù)、分析和評(píng)價(jià)提供了可靠的方法。

□韓如珺/天津市翔達(dá)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(dá)市政工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。