城市排水管网暗涵修复关键技术探究

李建涛

(深圳市光明区水务局，广东 深圳 518000)

1 工程概况

1.1 工程背景

项目建设内容包括公明核心片区及白花社区总面积约49.1 km2的厂站管网、城中村、工业区及小区存量管网、市政排水管网、暗涵及河道等以全面测绘、检测及提质增效为目标，一是根据管网测绘、检测成果进行系统性评估，提出管网整治及修复方案；二是对存量的厂站升级改造；三是结合评估结果，补充修正并录入光明智慧水务系统GIS数据，具体包括：管网缺陷评估、管网整治修复工程、暗涵修复升级改造、泵站升级改造工程，提供测绘管线数据录入智慧水务系统。

1.2 现状分析

本工程范围内大量存量管道高水位运行、管道内部缺陷隐患点多，错漏接等问题也依然存在，加上长期以来排水管理工作比较粗放，未抓住核心问题管养，导致雨污混流，系统混乱。经梳理，现状管网系统主要存在以下方面问题：

(1)存量排水管网“家底”不清。存量排水管网建设主体多元，经多次梳理仅核定了长度，虽由水务部门统一管理，但具体负责管养单位时常更换，绝大多数管网缺乏定位、高程、管径、坡度等信息，至今仍未全面实现信息化管理。

(2)存量管网系统性差。据现有数据显示，公明核心片区及白花社区在管排水管线总长不足500 km，实际建成长度远超在管数量，个别路段还出现多条相同功能排水管线，也有管线属性定义不清，周边个体排水户意识不强，私接乱接现象较普遍，导致雨污混流，排水系统混乱。

(3)前期工程存在空白。在市政管网测绘阶段，结合所收集已建及在建工程资料，梳理分析发现在管的市政存量管道仍有检测空白，没有完整管道的“体检报告”，还有部分道路由于历史原因(如拆迁、断头路等)造成市政管网未纳管却投入运行。

(4)管养缺失。由于城中村及排水小区大部分未纳管，物业或社区专业能力参差不齐，统一纳管是未来趋势，利于管网健康发展。急需掌握管网长度、运行状况等基本信息，通过排水系统运行工况评估指导下一步的清疏、养护工作，为委托运营测算费用提供依据。

2 存量管网提升治理

项目根据项目治理范围及管养单位提供的在管管网基本数据，结合收集已建及在建工程资料，开展多轮深入的调研工作，随着存量管网测绘及检测的深入，逐步梳理完善管网系统，并明确缺陷隐患治理方案。

2.1 存量管网检测方法与评估

2.1.1 管网检测方法

根据测绘资料对存量管网进行管网内窥检测，检测原则：明沟、边沟不进行检测，可直接通过测绘数据及现场判断；管径≤150 mm,因管径较小，基本不进行检测，但如该管为重要通道，可视情况进行检测；管径≤300 mm,采用QV进行检测，管径>300 mm,具备CCTV检测条件的采用CCTV进行检测，否则采用QV进行检测[1-3]。

检测存量管网的功能性缺陷和结构性缺陷，为设计对管网的评估提供基础资料。根据管网测绘、检测资料、市政管网图及新建管网竣工图资料对管网进行系统性评估，原则上，针对断头管、并排管、废弃管、无管区域全面梳理并归类处理，做到小区域系统完善，雨污错接点、内涝隐患点全面解决[4]。

2.1.2 管网安全评估方法

具体评估内容包括：

(1)针对管网系统完整情况的分析评估。

(2)分析排水系统的完整性，鉴别废弃管网。

(3)厂区雨污水主管道系统满足过流量要求的分析，从而达到排水功能的分析评估。

(4)结合检查出的管道缺陷情况，对管道本身排水能力的分析评估。

2.2 管网清淤工艺

清淤疏浚工程目的是对现状排水管及支管干管进行清淤，消除管道淤积、堵塞等不良运行状况，使管道发挥其最大功效。清淤措施：绞车清淤法、水冲清淤法、吸泥车清淤法、高压水射流清淤法及人工清淤法等，清淤对象是排水系统的干支管网，底泥需进行无害化处理，统一运送至光明区底泥处理厂处置。

管网清淤不仅要按照既定的施工程序完成清淤施工任务，其辅助工作较为繁多，除井盖揭开后的消毒、通风、气体检测、施工段隔离、施工导排外，为能准确进行结算，需由参建各方一起对淤泥厚度进行联测记录签字确认、并对现场泥样进行取样送检留底、经清淤完成后，进行CCTV(或者QV)等成像性检测，形成管道的缺陷评估资料，为下一阶段的修复治理提供基础性依据资料。清淤施工大致流程如下：施工准备(包括管道淤积方量确认、取部分泥样进行见证送检等)→交通疏解→开启井盖通风及消毒→有毒有害气体、含氧量检测→封堵、导流→降水、排水→吸污、管道(暗涵)清淤疏通→清理检查井→管壁(暗涵侧壁)冲洗→场地清理→检测形成评估资料→清淤工序验收[5]。

本项目基本采用高压射水+人工辅助疏通方式对管道进行清淤，高压清洗车进行管道内淤泥冲击、稀释，用吸污车将两检查井内淤泥抽吸干净，两检查井剩余少量的淤泥向井室内用高压水枪冲击井底淤泥，再一次进行稀释，然后进行抽吸完毕，运送进行处理。

2.3 管网修复治理工艺

管网整治工程包括管网完善工程、隐患修复工程、构件修复工程等3类工程。管网完善工程主要包括雨水管接污水管、污水管接雨水管、大管接小管、断头管等问题整改；隐患修复工程：评估后管道自身按缺陷类型可分为16类缺陷(其中功能性缺陷类型6类，结构性缺陷类型10类)，而不同的缺陷隐患点分为四个等级，结合16类缺陷、四个等级分别采取观测(纳入计划修复项)、局部内衬修复、管道基层加固、整体修复技术(垫衬法、短管内衬)等措施[5]；构件修复工程，主要对存在问题的排水设施如检查井、连接件等的更换或修复。

根据工程经验及本工程特性，紫外光原位固化法、不锈钢快速锁法、局部树脂固化法具有较成熟的施工工艺，修复效果好且对周围环境影响较小，大多存量管道的修复采用以上的修复工艺进行非开挖修复，而开挖修复主要在原管道路由的基础上开展。

3 暗涵整治

据收集正本清源、雨污分流、管网全普查等资料，首先针对工程区域内所有暗涵进行梳理，形成作战图表。梳理时按照暗涵范围及名称，保持前后统一，方便识别。经梳理，共有133条暗涵需要进行勘察设计工作。

3.1 暗涵隐患检测评估方法

3.1.1 暗涵检测方法

暗涵测量工作主要内容是对暗涵的平面位置、高程、埋深、走向、规格测量。工作方法主要为：在通风良好、无安全风险的情况下才采用人工测量的方式进行暗涵测量。暗涵内部检测主要为缺陷检测、质量检测。其中缺陷检测采用管涵智能检测系统，质量检测采用地质雷达方法。

管涵智能检测系统是基于载体与多传感器数据融合的智能检测系统，可获得暗涵及排水口准确位置、视频、图像等成果数据[6]。水深大于30 cm，且水位不宜高于大部分排口管底高程的暗涵。采用特制的船舶，移动检测设备，如图1所示。进行检测工作，结合实时差分定位设备(RTK)、全站仪测距技术，可获取清晰的暗涵内影像资料，应用分析软件，进行暗涵排口位置精确定位、功能性、结构性缺陷评估。

图1 智能暗涵检测系统(溯源机器人)设备

在检测时，检测人员通过地面控制站对检测船进行实时操纵，对暗涵和排口的基本尺寸、排口、缺陷、定位、淤积、污染源等信息进行综合采集。

智能管涵检测系统核心优势：无须人员下涵，最大限度保障人员安全；无须封堵、导排，减少对排水系统影响；检测效率高，可检测300～500 m/日。

图2 地质雷达工作原理图

地质雷达法是依据地下介质界面对电磁波的反射同相轴的连续性进行判断，数据利用德国的Reflexw软件进行数据处理成图。其处理流程如下：数据解编→剔除直流漂移→静校正→增益控制(突出深部信号)→抽取平均道→一维带通滤波→滑动平均→输出时间剖面图→根据速度分析进行时深转换。

3.1.2 暗涵评估方法

暗涵检测评估主要包括：

(1)暗涵测量，确定暗涵的平面位置、高程、埋深、走向、规格空间结构信息；

(2)暗涵缺陷与隐患检测，查明暗涵内部的结构性缺陷、功能性缺陷、墙体质量、强度的检测；

(3)暗涵安全评估，对暗涵过流能力安全评估、结构安全与耐久性安全评估、运行维护设施安全评估。

暗涵安全评估是以获取子单元安全指标为目的布置检测工作，包括过流能力安全评估、结构安全评估、运行维护设施安全评估。

根据《深圳市排水暗涵安全检测与评估》(指南)进行外业数据采集，完成对应子单元安全指标的评估，而暗涵总体安全评估与分级应按评估单元中过流能力、结构安全等安全评估等级中的最不利等级确定。

3.2 暗涵清淤工艺

暗涵清淤方案与管网清淤雷同，主要采用高压射水+人工辅助疏通方式对暗涵进行清淤，高压射水清洗车由管道系统、清洗车系统、和喷头工具组成[7]。利用高压水泵抽取清洗车内的净水，通过高压软管将水压向高压喷头，利用喷头尾部的喷射孔喷射高压水产生反作用力而使喷头带动软管向前行进[7]。高压水喷头边前进边对管壁淤泥污物进行冲洗，再利用吸污车将封堵管段内被冲洗出来的污水抽至吸污车罐体内。也有较大的暗涵可下机械或人工直接进入清淤。

3.3 暗涵隐患修复工艺

大部分暗涵修建年代久远，顶部已成为城市主要交通道路，经过长时间车辆通行及河道内部水体侵蚀，部分箱涵顶部结构混凝土保护层脱落，钢筋外露，锈蚀严重，侧墙石块松动，影响结构安全，亟须进行箱涵加固、修复。

4 修复方法

目前针对混凝土结构腐蚀破坏的修复方法主要有物理方法、电化学方法及缓蚀剂修复方法，各方法特征如下：

(1)物理方法是最直接的修复方法，将混凝土结构损伤部位进行破除，替换性能降低的钢筋，回补质量好的混凝土，该方法安全有效，应用广泛，修复流程如图3。

图3 混凝土结构物理修复流程

(2)电化学方法是利用阴阳离子的运行及相互反应，形成新的保护层，阻隔有害离子的侵蚀，该方法可有效应对钢筋腐蚀问题，但对腐蚀程度大、存在混凝土脱落的结构作用有限，目前多处于研究阶段，工程应用较少。

(3)缓蚀剂修复技术(防腐修复)是用化学腐蚀剂来延缓混凝土侵蚀，在电厂、化工厂和制造厂中广泛应用。采用此化学物处理硬化的混凝土可以延长混凝土结构寿命，降低维护费用，延缓或终结腐蚀，对混凝土干扰小。

根据暗涵化渠道结构检测成果，箱涵结构存在混凝土脱落，部分钢筋锈蚀严重，采用电化学方法结构修复作用有限。因此，本次暗涵化河道混凝土结构修复首先采用物理方法，将破损的混凝土进行拆除置换，修复混凝土结构强度损失，其次采用缓蚀剂修复技术，对箱涵内表面进行防护，阻止有害介质对混凝土结构侵蚀。

根据暗涵缺陷统计，暗涵混凝土结构缺陷主要分布在顶板及侧墙位置，大部分呈现钢筋锈蚀、外露，混凝土保护层脱落，墙体垮塌变形、渗漏、裂缝等，轻微隐患混凝土结构修补厚度一般在15 cm，中等及严重结构隐患修补厚度一般在30 cm左右，优先用非开挖修复，也考虑局部开挖后拆除重建，受上部交通影响，本次结构修复仅对钢筋除锈，并凿除破损混凝土进行补强处理。暗涵混凝土结构修复宜采用混凝土材料。

根据结构损坏程度，本次暗涵针对轻微隐患部位、中等与严重隐患部位及局部严重隐患部位分别采用不同方案进行结构修复。

轻微隐患结构修复方案，浆砌石砌体砂浆流失、表层砌体会有局部渗漏，顶板局部有钢筋裸露问题，局部结构损伤情况如下图4所示。应避免结构损坏部位在腐蚀性水环境中继续发展，影响结构安全。

图4 轻微隐患部位

轻微隐患结构修复方案有：采用NE-Ⅱ型环氧砂浆修补；结构底板及侧墙钢筋保护层脱落、表层混凝土侵蚀类：采用硅粉高强砂浆修补(抗压强度≥30 MPa)[8]。

暗涵中等级严重隐患结构损伤主要表现为：混凝土脱落钢筋外露、局部混凝土松散脱落严重，需尽快进行修复[8]，中等及严重隐患结构损伤情况如下图5所示。中等及严重隐患结构修复方案：采用C30(P8)细石混凝土修补。

图5 中等隐患部位

局部严重隐患结构修复方案：采用C30(P8)细石混凝土修补。严重隐患结构范围凿除混凝土，切除锈蚀钢筋；隐患范围混凝土处理时，应向主筋左右两侧边墙各延伸50 cm，其他两侧各延伸不小于20 cm；新增同规格钢筋与原钢筋焊接。特别严重区域可考虑暗涵翻建。

5 结 论

本项目因水环境治理为系统性工程，建议加快管网完善、正本清源、河道综合整治等前序水务工程项目的建设，在保证前序工程实施效果，加上对存量排水设施的提质增效工程，后期应注重后续管网监测运营管理，可有效达成治理目标。

存量排水设施提质增效工程主要为排水管网的提升改造，以完善区域污水管道建设为主，对排水系统分单元实现达标改造。项目的边界复杂，系统庞杂，任务繁重，具有点多、面广、线长等特点，很多细项在实施过程中会与现场实际情况存在较大出入，在实施前需制定完善的设计变更流程，参建各方及相关管理部门应提前介入配。