污水管網(wǎng)健康狀況分析與修復技術選型*

張輝煌，宮經(jīng)成，黃 超，李祥圣，徐林箏

(中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100161)

0 引言

污水管網(wǎng)是城市排水系統(tǒng)建設過程中投資最高的部分，是保障城市正常代謝的重要基礎設施。污水管網(wǎng)正常穩(wěn)定運行，才能保證城市正常運轉，保障人民生活質量，促進城市經(jīng)濟發(fā)展，保障水環(huán)境治理工作正常開展。但是部分管網(wǎng)建成年代久遠，排水設施維護管養(yǎng)不足，設施運行狀況不佳。部分管網(wǎng)出現(xiàn)結構性缺陷和功能性缺陷，管道出現(xiàn)腐蝕、破裂、滲漏、淤積等問題，造成城市管網(wǎng)排水通行能力降低，局部地域雨水內澇、污水橫溢，管網(wǎng)急需修復。

針對管網(wǎng)修復問題，本研究采用污水管網(wǎng)健康狀況評價模型，選取管道結構狀況和管道功能狀況作為準則層，管道破裂程度、滲漏程度、管道充滿度等10個指標作為管網(wǎng)健康評估的指標層，對管網(wǎng)進行健康評價，再根據(jù)評價結果擬定修復方案，提高管網(wǎng)修復效率。管網(wǎng)修復技術分為開挖修復技術和非開挖修復技術，本文從優(yōu)缺點、環(huán)境成本等各方面綜合分析，對各修復工藝進行比選，其中非開挖修復技術因其優(yōu)越性在國內外均得到廣泛應用。

漳州市區(qū)目前大部分城市道路已基本完成雨污水管網(wǎng)鋪設，形成雨污分流排水體制，但一系列管網(wǎng)問題接踵而至。根據(jù)要求，加快推進源頭治理，加快補齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設施短板，在實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理的同時，在全市區(qū)范圍內開展城市雨污水管網(wǎng)疏通修復工作，通過對全市雨污水管網(wǎng)的全面修復，改善和恢復排水大動脈，提高城市管網(wǎng)的通排能力，確保城市安全。

1 管網(wǎng)健康狀況評價

1.1 管網(wǎng)健康

污水管網(wǎng)健康是指管網(wǎng)能夠在規(guī)定條件下，安全穩(wěn)定的完成預定功能，并且不對經(jīng)濟環(huán)境產(chǎn)生負面影響。管網(wǎng)健康狀況與其完成預定功能的能力、受周圍環(huán)境影響程度、管網(wǎng)損壞后對周圍環(huán)境的影響程度相關。能力越強、受影響程度越低、造成的影響越小，則管網(wǎng)越健康。

目前管網(wǎng)健康問題主要分為結構性缺陷和功能性缺陷。結構性缺陷是指管道本體結構遭受損壞，管道剛度、強度、結構穩(wěn)定性受到影響，主要有破裂、變形、起伏、錯口、腐蝕、脫節(jié)、滲漏等；功能性缺陷是指管道過水斷面發(fā)生變化，排水暢通性受到影響，主要有浮渣、沉積、結垢等。

1.2 管網(wǎng)健康狀況評價系統(tǒng)

1.2.1評價指標

本文選取管道結構狀況和功能狀況作為準則層，10個指標作為管網(wǎng)健康評估的指標層，對管網(wǎng)健康狀況進行綜合評估，如圖1所示。

圖1 管道健康狀況評價系統(tǒng)

1.2.2指標分級

為了準確評價污水管網(wǎng)健康狀況，選擇管道結構狀況和功能狀況作為準則層，對管網(wǎng)健康狀況進行實際診斷，指標分級方式如表1所示。

表1 污水管網(wǎng)健康狀況實際診斷指標分級

1.2.3管網(wǎng)健康狀況分級

根據(jù)已有研究，將污水管網(wǎng)健康狀況劃分為

“健康(I級)、亞健康(Ⅱ級)、病態(tài)(Ⅲ級)、疾病(Ⅳ級)”4個等級,如表2所示。

表2 污水管網(wǎng)健康狀況分級

1.3 管網(wǎng)健康狀況風險預測及綜合評價模型

以貝葉斯理論為基礎，構建污水管網(wǎng)健康狀況評價模型，根據(jù)管道健康狀況等級的后驗概率，制定管道維護方案。

1.3.1貝葉斯理論

貝葉斯公式如下：

(1)

式中：P(Si/T)為事件T發(fā)生后事件Si發(fā)生的后驗概率；P(T/Si)為事件Si發(fā)生后事件T發(fā)生的條件概率；P(Si)為事件Si發(fā)生的先驗概率。

基于貝葉斯理論的污水管網(wǎng)健康狀況評價模型為：

(2)

式中：j為評價模型中的評價指標；i為管道等級，i=1,2,3,4(S為等級總數(shù))；Nj為管道指標j的指標狀態(tài)；Mj,i為指標j為等級i的事件,j=1,2,…，S，計算時取等級i范圍內的管道指標j平均值；P(Mj,i)為管道指標j處于等級i的先驗概率；P(Nj/Mj,i)為當管道指標j的等級為i，管道指標j狀態(tài)為Nj的概率，即條件概率；P(Mj,i/Nj)為當管道指標j的狀態(tài)為Nj時，其等級為i的概率，即后驗概率。

其中，先驗概率根據(jù)管網(wǎng)實際檢測結果中結構性缺陷和功能性缺陷各等級占比確定。

1.3.2條件概率確定

指標權重是否合理直接影響評價結果的客觀性，本文采用管道結構性和功能性缺陷各等級權重作為條件概率，各權重結果如表3所示。

表3 污水管網(wǎng)健康狀況評價指標權重

1.3.3管道健康等級

管道各健康等級按式(3)計算：

Zi=QjP(Mj,i/Nj)

(3)

式中：Zi為管道所處健康等級；Qj為準則層權重。

1.4 實例分析

本文對A市28條道路進行分析，評估管道數(shù)量共1 456條，結果顯示管道結構性缺陷有2 184處，管道功能性缺陷有139處。統(tǒng)計結果如表4，5所示。

表4 全管網(wǎng)缺陷統(tǒng)計

表5 管道結構狀況和功能狀況各等級所占比例

將管道結構狀況和功能狀況各等級所占比例作為先驗概率，污水管網(wǎng)結構狀況和功能狀況的等級按式(2)計算，管道健康狀況按式(3)計算，計算結果如表6所示。

表6 污水管網(wǎng)健康狀況計算結果

由計算結果可知，研究區(qū)域內管道健康等級大多為Ⅲ級，這類管道處于病態(tài)，存在較大的結構性和功能性缺陷，管網(wǎng)健康問題不容忽視，管網(wǎng)急需進行修復。

2 管網(wǎng)修復技術

2.1 開挖修復技術

開挖修復施工工藝流程一般為：施工圖放樣→圍擋及其他警示牌設置→按井位彈墨線放樣→道面切割破除→溝槽土石方開挖→管溝基礎施工→排水管焊接安裝→檢查井施工→管道閉水試驗→溝槽回填→路面恢復→路面養(yǎng)護→圍擋拆除。

2.2 非開挖修復技術

非開挖修復技術可分為整體修復和局部修復。目前國內外應用較為廣泛的管道非開挖修復工藝主要有：紫外光固化修復技術、套環(huán)修復技術、局部樹脂固化修復技術、注漿法修復技術等。

2.2.1紫外光固化修復技術

紫外光固化修復技術屬于整體修復，是原位固化修復技術中的一種，將玻璃纖維軟管拉入待修復管道，通過紫外光照射，使玻璃纖維軟管固化緊貼于原有管道內壁，形成堅硬襯層，從而實現(xiàn)管道修復。紫外光固化修復技術適用范圍廣，不局限于圓形斷面管道修復，幾乎所有斷面形狀都適用，修復時間快，幾小時便能完成，修復完即可投入使用，且無需開挖路面，施工方便簡單，費用低。

漳州市區(qū)內河水環(huán)境綜合整治PPP項目采用紫外光固化修復技術，施工工藝流程如圖2所示。

圖2 紫外光固化修復技術工藝流程

2.2.2套環(huán)修復技術

套環(huán)修復技術屬于局部修復，是利用專業(yè)液壓設備對止水套環(huán)施壓，使其在管道接口或局部損壞部位固定安裝，修復管道滲漏。該技術施工速度快、工期短、修復穩(wěn)定性好，但對過水斷面和水流形態(tài)有影響。常用的有不銹鋼雙脹環(huán)修復技術和不銹鋼發(fā)泡筒修復技術等。本項目采用不銹鋼雙脹環(huán)修復技術，工藝流程如圖3所示。

圖3 不銹鋼雙脹環(huán)修復技術工藝流程

2.2.3局部樹脂固化修復技術

局部樹脂固化修復技術又稱氈筒氣囊局部成型法。該技術是在玻璃纖維氈布上涂抹樹脂混合液，然后通過空氣壓縮機加壓，使氣囊膨脹將氈布緊壓于待修復管道內壁，再通過常溫或加熱等方式，使氈布固化形成內襯管，實現(xiàn)管道修復。局部樹脂固化修復技術屬于局部修復，針對性強，可降低修復成本，修復快速且質量高，但材料費用高，且缺乏整體性。本項目局部樹脂固化修復技術工藝流程如圖4所示。

圖4 局部樹脂固化修復技術工藝流程

2.2.4注漿法修復技術

注漿法修復技術是在管道開裂處或接口處注入無機漿液或化學漿液，從而對管道進行修復。使用注漿法修復的管道結構性需完好，注漿法主要用于修復管道的滲漏處(接頭部分)或磚制的污水管道。注漿法施工費用低，密封能力強，很多管材都適用，但施工質量難以保證，可與其他非開挖修復技術結合使用。本項目采用輔助修復(預處理注漿)技術-地基加固防滲施工，工藝流程如圖5所示。

圖5 注漿法修復技術工藝流程

2.3 修復技術比選

2.3.1功能性缺陷修復

管道功能性缺陷可采用管道疏通技術解決，目前常用的疏通技術有：推轉桿疏通、水力疏通、高壓射水+絞車疏通、高壓射水+噴射銑頭(見表7)。

表7 常用疏通技術對比

2.3.2結構性缺陷修復

現(xiàn)狀道路排水管網(wǎng)修復，一般采用開挖修復技術和非開挖修復技術。開挖修復技術主要適用于道路交通面寬廣、非交通要道、不阻塞城市其他使用功能的部位。非開挖修復技術主要適用于交通要道，人車流量大或地下管線復雜、開挖深度大，使用基坑支護的工作面不足或基坑支護費用高以及嚴重影響城市環(huán)境等的管段修復。

由于開挖修復技術施工周期長、安全性低、增加城市交通負擔、對周圍居民造成影響等原因，優(yōu)先選用非開挖修復技術。但非開挖修復技術不適用于管道變形、異物穿入、支管錯接等情況，此時應采用開挖修復技術。主要對非開挖修復技術進行對比，如表8所示。

表8 非開挖修復技術對比

3 結語

針對目前污水管網(wǎng)存在的問題，采用污水管網(wǎng)健康狀況評價模型，對污水管網(wǎng)健康狀況進行分析，由分析結果可知漳州市污水管道健康狀況大部分為Ⅲ級，存在較嚴重的結構性缺陷和功能性缺陷，需要進行修復。通過污水管網(wǎng)健康狀況評價模型對現(xiàn)有管網(wǎng)進行分析，便于決定管道修復先后次序并指定管道維護方案，提高管道維護和修復效率。

管網(wǎng)修復技術中，非開挖管道修復技術雖起步較晚，但發(fā)展迅速。與開挖修復技術相比，非開挖修復技術可提高施工效率、控制施工成本、減小施工影響范圍且施工安全性較高，因此被廣泛應用。本文對各種修復技術進行對比，分析各修復技術適用條件及優(yōu)缺點，施工時可結合實際情況進行具體修復技術選型。