排水管道检测与非开挖修复技术的应用

王东辉

（上海市浦东新区港城城市管理署，上海市 201318）

0 前言

排水管道是城市重要基础设施的一部分，城市排水管道的管理对城市的环境保护、城市的建设和经济发展都具有重要的意义。随着城市的发展，城市地下管网的规模在不断扩大，大批的地下管道由于铺设时间的久远，现已纷纷达到或接近使用年限，管道的修复技术已日益引起各方面的关注[1]。城市管网系统犹如人体的血管系统一样，错综复杂，不能堵、不能破，否则就要出大问题。同样管道出现破裂、堵塞，就影响城市的排水畅通，并可能会造成严重事故。随着人们对城市环境要求的逐步提高，对于管道出现问题，采用传统的开槽埋管变得越来越困难。基于传统技术种种弊端的显现，管道CCTV检测、非开挖技术等应运而生。

1 排水管网管理与维护现状

排水管道肩负着收集、输送城市雨污水的重任。据统计，截至到2011年，我国已建成城市排水管线总长超过50万km。地下排水管线已成为城市经济发展和人民生活保障的生命线，具有举足轻重的作用。但是，城市排水管网的老化和管理的落后严重制约了社会的发展。以上海为例，上海市地下水位很高，管道系统役龄较长。现有管道系统在管材、接口方式、施工工艺方面抗渗能力差[2]。

由于受管理体制、资金等影响，大部分城市管道病害往往在出现初期得不到发现和维护，等到发展出现重大事故时才做应急处理，这时已对国家财产造成巨大经济损失。并且受技术手段的限制，对于众多存在复杂问题的管道缺乏有效的维护办法。管道CCTV检测、非开挖修复等技术提供了管网运行和管理中遇到难题的解决方案，丰富了排水管网管理和维护手段，降低了由于管网出现问题造成的损失。

2 管道检测与评估技术

2.1 CCTV检测技术介绍

管道闭路电视检测系统（Closed-Circuit Television）（简称CCTV），是专门应用于地下管道检测的工具。

CCTV的基本设备包括有：（1）摄影机；（2）灯光；（3）电线（线卷）及录影设备；（4）摄影监视器；（5）电源控制设备；（6）承载摄影机的支架；（7）牵引器；（8）长度计算器。

进行CCTV检测前需进行管道清洗工作，去除管内脏物，保证拍摄到效果良好的视频录像。现今，管道清洗通常采用高压清洗车进行。清洗车将管内的淤泥、沉积砂及污物等清除并将管内表面清洗干净，最后用清洗车的真空泵将汇集在窨井内的淤泥等吸除干净。CCTV检测作业时，通常是从上游窨井向下游窨井方向进行。当管内污水超过管径的20%时，通常需要对管道进行封堵、抽水。

排水管道CCTV检测示意见图1。

图1 排水管道CCTV检测示意图

2.2 CCTV检测设备

CCTV检测仪装备有最先进的摄像头、爬行器及灯光系统，完全由带遥控操纵杆的监视器控制，操作简单，移动方便。可以进行影像处理、记录摄像头的旋转和定位。具有高质量的图像记录和文字编辑功能。其主要工作部分为一部四轮驱动的摄像小车和一台计算机。根据不同管径，可以选用不同型号的CCTV。通过它能够将管道中的情况一览无余。在检查前首先要通过高压冲洗车对所需检测的管段进行冲洗，确保CCTV车能顺利通过，然后通过一种专用排水管管道堵塞器将上游排水管暂时封堵，然后用抽水机将井中的污水抽至附近的污水井中，待被观察管道中水深不至于淹没CCTV摄像头时即可投入工作。在抽完井中污水的同时也可观察此时被检测管道中的水流情况，原先埋在水下不便检查的管段此时已“浮出水面”了。CCTV检测主要设备见图2。

图2 CCTV检测主要设备

摄像爬行系统：运用爬行系统将摄像设备推进至管道内部，由摄像系统拍摄管道内部影像，并适时将影像传送至控制台；

控制电缆：负责传送爬行设备指令、适时影像数据；

控制台：CCTV核心操作系统，负责发出控制指令，如爬行系统前行、倒退、摄像系统灯光等；接受影像数据并将影像数据储存至存储设备。

2.3 CCTV检测流程

CCTV检测流程见图3。

图3 管道CCTV检测流程

2.4 CCTV检测评估

2.4.1 排水管道缺陷分类

排水管道的缺陷分为功能性缺陷和结构性缺陷，功能性缺陷检查主要是检查管道的畅通情况，结构性检查主要是检查管道构造的完好程度。各缺陷类别及代码表示可按照上海市相关规程规定表示[3]。详见表 1、表 2。

表1 排水管道功能性缺陷分类、代码及等级

表2 排水管道结构性缺陷分类、代码及等级表

2.4.2 各缺陷的时钟表示法

如图4所示，采用时钟时针位置来描述管道病害出现在管道环向的位置。

图4 各缺陷的时钟表示法示意

图4中：第一幅表示管道环向3点至9点位置存在病害，第二幅表示管道环向9点至3点位置存在病害。

2.4.3 管道结构状况评估

式中：RI——管道结构状况评估指数；

F——结构性缺陷参数；

K——地区重要性参数；

E——管道重要性参数；

T——土质影响参数。

根据RI的值评估排水管道结构状况，划分不同的结构状况等级，见表3。

表3 排水管道结构状况评估

2.4.4 管道功能状况评估

式中：MI——管道功能状况评估指数；

G——功能性缺陷参数；

K——地区重要性参数；

E——管道重要性参数。

根据MI的值评估排水管道功能状况，划分不同的功能状况等级，见表4。

表4 排水管道功能状况评估

2.5 管道QV检测技术

2.5.1 管道QV检测工作原理

管道QV检测，即管道快速视频潜望镜检测。其提供把检测设备置于检查井中，通过QV检测的灯光系统，照亮管道内部，使用QV检测系统的摄像头拍摄管道内部状况。由于QV检测系统的摄像头可实现变焦拍摄，故可探测距离较远的管道内部状况，见图5。

2.5.2 管道QV检测的优点

（1）简单、快捷

操作人员站在地面，对设备进行操作，通过调焦拍摄管道内部状况。

图5 QV检测现场图

（2）安全、可靠

由于管道检测时，设备、人员无需进入管道，故没有井下作业的风险。

（3）适用范围广泛

适用于管径为150～2 400 mm的管道。

2.6 声纳检测技术

声纳仪是利用声音进行探测的一种工具，声纳技术最早应用于军事领域，见图6。在排水管道检测中，如果管道中充满水，那么管道中的能见度几乎为零，故无法直接采用CCTV进行检测。声纳技术正好可以克服此难点。将声纳检测仪的传感器浸入水中进行检测。和CCTV不同，声纳系统采用一个适当的角度对管道内进行检测，声纳探头快速旋转，向外发射声纳波，然后接收被管壁或管中物发射的信号，经计算机处理后，形成管道纵横断面，见图7。

图6 声纳仪

图7 管道纵横断面图

声纳检测横断面图像对轻微的结构性损坏缺陷不是非常明显，故一般应用于判断严重的管道结构性缺陷或管道积泥情况。

当今，声纳检测技术用于调查管道积泥情况效果非常好，声纳检测断面图可以清晰的看出管道内某一断面的积泥高度。

声纳检测评估与CCTV检测相似，文中不再重复。但相比CCTV检测，声纳检测横断面图像对轻微的结构性损坏缺陷不是非常明显，故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 管道非开挖修复技术

近年来随着人们环保意识的增强，保护城市道路环境，维护城市道路交通正常运行越来越引起了全社会各有关部门的重视，各类非开挖修复地下管线技术先后出现，非开挖修复具有对道路交通影响小、施工工期短、甚至可以带水作业等优点。纵观各类非开挖技术，除了铺设新管线的定向钻技术和需要旧管网增容的裂管技术外，旧管网改造修复基本上都是采用管中管修复技术思路，我们通俗地统称为管中管修复技术。现今国内外应用较多的管中管技术主要有CIPP（翻转内衬法）、Rib-Loc（螺旋缠绕法）、局部点状树脂内衬技术、不锈钢发泡桶法和PE穿插内衬等[4]。

3.1 CIPP（翻转内衬法）

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，赶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。

3.2 Rib-Loc（螺旋缠绕法）

该技术主要是通过螺旋缠绕的方法在旧管道内部形成将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。管道可在通水的情况作业，水深30%通常可正常作业。新管道与原有管道之间可不注浆或注浆。

3.3 点状树脂内衬修复技术

局部树脂固化采用特种环氧树脂和乙烯基树脂，可使用含钴锰化合物作为催化剂来加速树脂的固化，进行聚合反应成高分子化合物。该材料是单液性注浆材料，施工简单，设备清洗也十分方便。

其树脂与水具有良好的混溶性，浆液遇水后自行分散、乳化，立即进行聚合反应，诱导时间可通过配比进行调整。

该材料对水质的适应较强，一般酸碱性及污水对其性能均无影响

3.4 不锈钢发泡桶法（EXLT）

该工法采用的主要材料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，拖入管道待修复位置，通过修复器将不锈钢膨胀卡死。

3.5 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 结语

实际证明，应用管道检测评估、非开挖修复等高新技术能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。根据上海市近年来的实际管道修复工程概算,统计分析开挖与非开挖工程的平均单位直接成对大中城市交通阻塞关切程度的不断提高,非开挖修复在社会及环境成本方面的优势将逐渐受到重视[5]。

在实际工程应用中，具体选择何种修复工法需根据施工条件、工程造价、社会影响等因素综合考虑。在城市中心区域，排水管道修复宜采用CIPP翻转法，可达到“零”开挖，而且施工速度快,一个工作循环可控制在15 h以内,对交通造成的影响可降到最低。大型雨水管道宜采用点状树脂内衬修复技术，经济而且合理。在沿江、沿海的流沙地区宜采用PE穿插等整体内衬技术。目前，随着排水管道检测和非开挖技术的日趋成熟，上海市已经制定了排水管道声纳与CCTV检测规程，但非开挖技术的标准化工作缺乏体系指导、标准制定滞后。因此，亟需加快非开挖管道修复技术标准及相应的规范、标准化工作缺乏体系的建立。

[1]陈春茂.非开挖管道修复技术[J].市政技术,2004,22(4).

[2]刘华平.上海市排水管道清洗检测技术应用研究[D].上海:同济大学,2005.

[3]上海市排水管理处.上海市排水管道声纳与CCTV检测规程[S].2005.

[4]叶建良,蒋国盛,窦斌.非开挖铺设地下管线施工技术与实践[M].北京:中国地质大学出版社,2000.

[5]王中柱,李田.城市排水管道开挖与非开挖修复的综合成本分析[J].给水排水,2008,34(6).