排水管网维护新技术的应用

□文/何 奎 韩如珺

排水设施是重要基础设施，对环境的保护和改善、城市的建设和发展发挥着重要的作用。随着城市基础设施的建设与发展，当排水管网系统出现了问题需要检测和修复，如何使排水管网系统高效安全、经济且智能化的运行，是当前行业面临的一大课题。

排水管网维护新技术的应用

□文/何 奎 韩如珺

文章主要表述了管道运行情况评估、非开挖性修复、流量的测量及水力模型新技术的应用，该技术的推广应用能够提高排水管网管理水平以及维护效率，加强排水管网运行的安全性。

非开挖修复；流量测量；水力模型；排水管网；维护

排水设施是重要基础设施，对环境的保护和改善、城市的建设和发展发挥着重要的作用。随着城市基础设施的建设与发展，当排水管网系统出现了问题需要检测和修复，如何使排水管网系统高效安全、经济且智能化的运行，是当前行业面临的一大课题。

1 排水管网维护现状

天津市排水管道系统年久而疏于维护，1 km管网中有将近300 m已接近报废，再加上市区及周边地下水的渗入，使目前使用中的排水管网设施已超负荷运转。

2 排水管网检测技术

2.1 CCTV技术

1）CCTV简介。采用管道内窥电视检测系统，即CCTV（Closed Circuit Television）检测。

管道检测是管道修复和维护的基础和前提，通过了解管道内部状况，决策管道是否需要修复和维护以及采取何种手段和技术。对于人员无法进入的小管径管道，管道闭路电视检测系统（CCTV）技术日臻成熟。通过自行进出于管道内部的摄录技术，广泛应用于城市排水管网管道内部状况检测，效果良好。

2）检测评估

（1）管道结构状况评估。管道结构状况评估指数RI=0.7×结构性缺陷参数+0.1×地区重要性参数+0.05×管道重要性参数+0.15×土质影响参数。

（2）管道功能状况评估。管道功能状况评估指数MI=0.8×-功能性缺陷参数+0.15×地区重要性参数+0.05×管道重要性参数。

（3）评估结果分析见表1和表2。

表1 排水管道结构状况评估

表2 排水管道功能状况评估

2.2 声纳技术

声纳技术早期应用于军事领域，是通过声音进行探测的技术。如果管道检测时，能见度很低，采用CCTV无法进行检测，声纳技术解决了这一难题。将检测仪传感器浸入管道内污水中进行检测，由声纳探头发射声纳波，后接收被管壁或管中污淤积物反射的信号，通过计算机计算后，产生管道内部纵横断面效果图。但鉴于效果图的显示并不明确的缺陷，声纳检测一般应用于判断严重的管道结构性缺陷或管道积泥情况。

3 非开挖修复技术

非开挖修复技术的出现为城市排水管网管道的修复维护，提供了有效地解决方案。其修复工期短、可带水作业、对城市道路交通影响小。非开挖技术包括铺设新管线的定向钻探技术、旧管网增容的裂管技术和旧网改造通常采用的管中管修复技术。

1）CIPP（翻转内衬技术）。将无纺毡布或有纺尼龙粗纺布与聚乙烯或聚氯乙烯、聚氨酯薄膜复合成片材，根据介质不同选择工艺膜，然后根据被修管道内径，薄膜向外缝制成软管并用相同品种薄膜条封住缝合口，排出软管内空气，加入树脂，擀压使树脂与软管浸渍均匀，然后利用水或气将软管反转进入被修管道内，此时软管内树脂面翻出并紧紧贴在已清洗干净的被修管道内，经过一定时间或温度，软管固化成钢性内衬管，从而达到堵漏、提压、减阻的管道修复目的。

2）Rib-Loc（螺旋缠绕技术）。该技术主要是通过螺旋缠绕的方法在旧管道内部形成带状，通过压制卡口不断前进形成新的管道，新管道卷入旧管道后，通过扩张贴紧旧管壁，最后固定。管道修复后内壁光滑，过水能力比修复前的混凝土管要好，而且材料占地面积较小，适合长距离的管道修复。管道可在通水情况作业，水深30%通常可正常作业。

3）EXLT（不锈钢发泡桶）。采用的主材为遇水膨胀化学浆与带状不锈钢片。施工时将化学浆涂抹在海绵上，然后将带有化学浆的海绵缚在不锈钢套筒上，拖入管道修复位置，通过修复器将不锈钢膨胀卡死。

4）PE穿插内衬。该工法采用U型缩径方法或物理挤缩方法使原本与被修复管道内径相同的内衬PE管外径缩小，以减少拉入被修复埋地管道时的摩阻，保证PE内衬管在穿插过程中不被损伤，PE内衬管材到位后，两端密封打压，使内衬PE管快速膨胀，恢复原型并涨紧在内衬管道内壁上，形成PE管中管。

4 流量测量技术

排水管道流量测量能够通过提供建立水力模型所需的管网荷载数据，客观地评估管道的输水能力与工作状况。根据不同的目的可以分为短期流量测量、中期流量测量和长期流量测量。短期流量测量主要用于短期管道流量调查，为管网系统局部问题提出解决方案，有利于管网系统的及时维护和现场管理，另外还用于管网水力模型的率定；中期流量测量主要对管网系统的运行进行结构性能评价，一般要持续9个月或者1 a；长期流量测量主要为了获取管网系统长期运行的数据，掌握管网系统运行周期，纪录最大流量，为管网系统长期管理和维护制定计划。借助管道流量计可以24 h连续测量管道内水位、流速和流量。由于短期流量测量的具有速效性、实用性、可比较性及经济型等优势，现阶段国内外主要致力于这方面的研究和应用。管道流量测量分晴天（旱流）流量测量和雨天流量测量。管道流量测量主要监测管道内污水的流速、水位及流量等数据，为管网设计、管理和维护提供第一手资料。

5 水力模型技术

5.1 水力模型的原理

市政下水道排水管网计算机水力学模型建立的基本原理是采用有限元法，将管网系统分解为一个个微小的独立单元，建立各单元的St.Venant方程，求解联立非线性方程组，从而进一步推算管段流量、水位等参数的变化趋势。由于St.Venant方程满足能量守恒、动量守恒和水的不可压缩性，所以排水管网计算机水力学模型可以较为精确的计算排水管网的重力流水力学特性、满管流水力学特性、壅水现象、管道中的水力坡降线、控制构筑物中的流态、树状和环状管网的水力学特性等。

5.2 水力模型的建立

目前商业的排水系统计算机水力学模型软件有许多，如 SewerCAT(美国)、Mouse(DHI, 丹麦)、Infoworks(英国)、PC SWMM(加拿大)等。由于水力模型商用软件功能大体相似，本文中仅选取丹麦的MOUSE软件进行模型的建立分析。

建立排水管网计算机水力学模型的工作分为管网建模、荷载建模和边界条件建模3部分。

5.3 水力模型的验证

模型的验证是采用不同的降雨事件进行模拟，将模型的模拟结果和实际情况进行比对，以确认模型的正确性。并对模拟结果和真实结果之间的误差进行分析，找出导致误差的原因

5.4 水力模型的应用

通过模拟某一排水流域的水力状态，可以获得整个排水系统的运行情况，为管网的设计和管理提供可靠的依据，为防汛预警取得时间。

1）水位分析。通过在模型中输入入流流量，可以获得下游管网的水位情况。

2）流速分析。水力模型可以模拟管网流速变化。

3）积水分析。通过软件模拟，得出某一降雨强度下发生地面积水冒溢点。

6 结语

实践证明，排水维护维修新技术的应用大大提高排水管网管理和维护效率，为排水管网诊断、维护、分析和评价提供了可靠的方法。

□韩如珺/天津市翔达市政工程有限公司。

TU992

C

1008-3197（2011）04-63-02

2011-05-13

何 奎/女，1982年出生，助理工程师，天津市翔达市政工程有限公司，从事工程技术管理工作。