（环境工程专业论文）上海市排水管道cctv检测评价技术研究.pdf

摘要 摘要 本文研究了排水管道状况的闭路电视( 简称“c 口”) 检测与评价技术， 并对上海市排水管道检测评价体系进行了深入探讨。 本文依托合流一期工程服务范围管道试验性修复工程，以静安、普陀、杨浦 区具有不同代表性的排水管道作为研究对象，对管道的状况进行了调查、评估， 并对修复工程的范围与工艺提出了建议。 通过初步调查，确定管道的检测范围，并跟踪、考察整个检测工程。通过分 析管道检测工程的结果，总结了上海市排水管道缺陷的特点。上述工程检测范围 内的管道缺陷主要类别有：管道接口渗漏、错口、管道腐蚀、管身穿孔、支管、 淤积、结垢、障碍物等。 参照英国、丹麦及我国台湾地区的检测评价标准，结合上海地区地下水位高、 部分排水系统位于流砂地区的特点，初步制定了上海市排水管道c c 】检测评 价标准。通过实际检验，该标准能真实的反映管道的结构性情况，为修复范围的 确定提供了可靠的依据。 在此基础上，针对上海市排水管道检测技术规程的制定，提出了一些看法和 应注意的问题。并论述了排水管道检测的必要性和迫切性。 本文的研究，对开展排水管道的检测评价起到了推动作用，为上海市排水管 道检测技术规程的制定提供了宝贵资料。 关键词：排水管道，c c t v 检测，缺陷分类，管道评价标准，流砂，非开挖修复 a b s t r a c t a b s t r a c t t 1 l em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri si n v e s t i g a t i n gt e c h n i q u e0 fc l o s e d a f c l l i t t e l e v i s i o n ( c c l v ) i n s p e c l j o nf o rs c w e re v a l u a t i 衄ad r a f ts t a i l d a r d0 f s e w e rs y s t e m a s s e s s m e n to fs h a n g h a iw a sp u tu p n e s t u d yo ft h i sp a p c fi ss u p p o r t e db yt h ep r o j e c to fa p p l i e dr e s e a f c ho ns e w e f i n s p e c t i o n a i l dr e h a b i l i t a t i o nw i t ht r e n c h l e s s t e c t l i l o l o g y s o m er e p r e s e n t a t i v e d f a i n a g cs y s t e m si l lj i n g 锄，p u t u o 壮dy 蛆印ud i s t r j c t sw e r es e l e d e da sf e s e a r c h o b j e c t s n es e w e rc o n d i t i o nw a se v a l u t a t c d 1 1 i e n ，a c c o f d i n gt ot h ef e s u l t s ，t h e p i p e l i n e st ob er c h a b i l i t a t e dw c r ed e t 咖i l l e da n ds o m es u g g e s t i o no nt h ec ：h o i c eo f t i 己n d l l e s st e c l l n o l o g yw a s 舀v e n i t h i sw o r ko fs e w e ri i l s p e c t i o n ，m a i nd c f c c t sf o u n da r ci n f i n r a t i o n ，p i p e l i n e 啪s i 咖，p i p e l i n eh o l e ，i l l e 鲥c 0 曲e c t i o n ，d e p o s i t s ，辨a s e o t h e rt y p e so fd e f c c t 0 f t e nr e p o n e d 盯es e l d o mf o u n d 0 l l l t l l eb a s i so fc c t vs t a n d a r do fb r i t a i n ，d e n l 盯k ，ad c f e c tr a t i n gs y s t e ma n d c ( 】vi i l s p e c t i o nr a l l l 【i l l gs y s t e mw 鹞e s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot l l es i t u a d o no fs e w e r s y s t e m si ns h a n 曲a i ，w l l i c hi sc h a m c t e r i z e di nh i g l lg r o 岫d 1 a t e rt a b l e ，q u i c ks a n d c o n d i t i o n i n f e r i o rm a t e r i a l sa n ds oo n 1 n h i sp 叩e rp r e s e n t ss o m ea d v i c e so nt h ed e v e l o p m e n t0 fc c l vi i l s p e d i o n g u i d e l i n eo fs h a i l 曲a io nw h i c ht oe v a l u a t ea l l i i l s p e c t i o nw o r kf o rm a i n t e n a i l c e ， r e p a i r r e h a b i l i t a t i o n ， o r s i m p l e a s s e tc o n d i t i o na s s e s s m 锄t t h en e c e s s i t ya n d i m p o n a n c eo fs e w c ri n s p e c t i o nw a sd i s c u s s e d t 1 l ew o r ko ft h i sp a p e rp r o m o t e st h ew o r ko fs e w e ri n s p e c t i o n ，c o n d i t i o n a s s e s s m e n ta i l dm u t i n em a i n t e n a n c ei ns h 锄曲a i ，e v e ni no t h e r 盯e a so fc l l i n a i ta l s 0 p r o v i d e sl o t so fe x p e r i e n c e s 孤dd a t at ot t l ed e v e l o p m e n to fs e w e rm a i l a g c m e n t k e y w o r d s ： s e w e r ， c ( v i n s p e c t i o n ， d e f e c t ， s e w e ra s s e s s m e n t ，q u i c ks a n d ， 1 l e n c h l e s sr e h a b i l i t a t i o n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影 印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目 录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子 版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：街丑为系 2 0 0 6 年3 月1 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月 臼 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：z t 群矿万 7 鲫6 年多月f f 日 第1 章概述 1 1 课题研究背景 第1 章概述 自从城市的出现，地下管道就被用来改善人民的生活。这类构筑物的残迹已 在欧亚，甚至西半球发现了。我国在公元前2 0 0 0 年以前就用陶土管修建了地下 排水管道。在南美洲和中美洲的古人类时期，已经有了给水和排水系统。古罗马 大约在公元前6 世纪就开始修建地下排水管道i 。这些早期工程构筑物，往往被 视为工程技艺的范例。而且，无论是从工艺还是科学角度，工程师和科学家们都 会对这些早期给水排水工程感到惊奇。 今天，地下管道被广泛应用于各种工程，如污水管、雨水管、自来水管、煤 气管、热力管、电话、电力、涵管、油管、煤浆管、地下铁等。目前，已有可能 采用工程科学来设计这些管道，其精确度可与建筑设计和桥梁设计的精确度相媲 美。 随着经济的发展，城市进程的加快，地下管线在城市中所发挥的作用越来越 重要。地下管线是一个城市赖以生存和发展的“经脉”，常被人们喻为城市的“生 命线”，与人们的生活和工作息息相关。城市的给排水、能源、信息传输等都离 不开地下管线。人们通常认为它们的存在是当然的，不到它们损坏就不会注意到 它们的存在。从某种意义上讲，一个国家地下管线的拥有量，反映了这个国家的 经济发展水平和人们的生活、工作的环境质量。例如：目前北京每人拥有的上水 和下水管道分别为1 4 5 m 和1 。2 m ，而欧洲国家平均达到1 2 m 1 1 1 。而城市地下管网 的发展规模，管线铺设，维护和更换过程中对城市交通、环境的影响及对人民生 活、工作的干扰，也成为衡量一个城市基础设施完善程度和城市管理水平的重要 标志之一。这其中排水管线对于一个城市的重要性不容忽视。 经过二十余年的改革开放，上海不仅在经济、社会和文化建设等方面取得了 令人瞩目的成就，在坚持可持续发展的方向、创建生态型国际大都市的道路上也 迈出了稳健的步伐。水环境治理方面，以合流污水一期工程与污水治理二期工程 建成并投入运行为标志，城市污水的收集、截流取得了突破性进展。 污水是在其源头收集的，并通过地下管道送入处理设施，处理排放标准越来 越严，处理费用逐渐升高。为了达到这些标准，控制地下水或地表水的入渗已成 为一项重大问题【。 在上海市，随着污水截留、处理比例得提高，排水系统的地下水渗入问题和 管道修复工程的必要性日益引起关注。上海市地下水位很高，管道系统役龄较长。 第1 章概述 现有管道系统在管材、接口方式、施工工艺方面抗渗能力差。据统计，上海市总 长近7 0 0 0 k m 的排水管道中，接近和超过耐用年限( 3 0 一4 0 年) 的约为1 2 0 0 k m 。 对合流一期工程服务范围内地下水渗入量的调查显示【2 1 ，区域内部分排水系统的 地下水渗入量超过污水总量的2 0 。过量地下水渗入造成多方面危害： ( 1 ) 侵占管道设计负荷，影响排水安全性 上海市渗入量的设计值一般取旱流污水量的1 0 。过量的地下水渗入使得 管道负荷加重，排水不畅。在雨天窨井或雨水口发生漫溢的频率加大，严重影响 环境卫生。 ( 2 ) 加剧了环境污染 首先，影响污水处理厂的运行。由于地下水的稀释作用，进入城市污水处理 厂的原生污水的浓度偏淡，从而影响到污水处理厂按设计参数运行，降低了污水 处理厂的运行效率和处理效果。 其次，不利于污水处理厂处理效率的评估。如果将受外渗水影响的进水浓 度考虑在内，那么对污水处理设施处理效率的评价等级会降低。虽然出水的浓度 仍然很低，但是由于进水被外渗水稀释，从而降低了污水处理的效率。换言之， 由于排放水量增加，尽管污水厂达标排放，进入自然水体中的污染物的总量却增 加了。 第三，对于合流制沟道，过量的地下水渗入导致雨天溢流事件发生频率提 高，溢流时间变长，加剧了对受纳水体的污染。 ( 3 ) 增加了污水输送、处理成本【3 】 渗入的地下水与污水消耗相同的输送费用和处理费用。渗入的地下水还增 加了新建泵站和污水处理厂的投资。 ( 4 ) 影响交通与管道设施使用 由于地下水长期的搬运作用，排水管道附近土壤流失，影响管道自身、周围 建筑物和其他管道的基础安全。污水管道一般敷设在路面以下，由于路基松动导 致路面高低不平的情况在上海随处可见，严重时还会发生沉管事故、路面塌陷， 危害交通安全和排水设施的正常使用。 由于管道的不可见性，地下管道总是等到发生事故时才被人们重视，这样造 成了大量的经济损失，给修复工作带来了很大的困难。为解决这一问题，世界各 国都投入了大量人力和财力进行研究并取得了一定进展。目前，普遍公认的观点 是应当及时掌握管道的状况【34 】。 管道修复方面，在生活、工作节奏不断加快，环境限制日益严厉的现代化大 城市中，人们对传统开挖路面施工带来的交通堵塞、绿地园林毁坏、出行不便和 堆土带来的扬尘及泥泞已难以接受；对管线修复、改造带来的“拉锁马路”的现 2 第1 章概述 象也难以容忍。非开挖技术的诞生和发展，成为解决这一系列矛盾的突破口。 1 2 国内外排水管道检测与非开挖修复发展动态 1 2 1 国内外管道检测技术现状与发展动态 掌握管道状况是进行修复的前提，根据管道状况，可以确认管道是否需要修 复以及修复应采用何种工法。对于人员可以进入的大口径管道，从经济上考虑， 可以由施工人员直接进入检查记录。而对于人员无法进入的管道，必须采用其他 方法。 管道检测根据检测设备所处位置不同可分为管道外检测和管道内检测两大 类1 4 1 。所谓外检测是将检测设备放在管道外部来了解有关管道的情况，例如对管 道的防腐层和水下埋深情况的探测；而内检测是指将检测器放在管道内，检测器 将管道情况信息采集并存储起来，然后，利用计算机对记录到的管道信息进行分 析，从而了解管道的状况。该方法可用于检测管道的变形、腐蚀和渗漏等，如 c c t v 。 管道检测评价技术主要包括：管道闭路电视检测系统( c l o s c d a f c u i t t c l e v i s i o n ，c c 】) 、声纳法( s o n a r ) 、潜望镜法( q u i c k v i e w ) 、红外线技术( h 丘盯e d t h e o 铲a p h ys y s t e m ) 、透地雷达技术( g r o u n dp e n e t m t i n gr a d a rt c c h i l i q u e ， g r p ) 、人工检视以及处于研究发展阶段的一些高级检测技术包括管道扫描与评 价技术( t h es c w c rs c 啪c ra n de v a l u a t i o nt c c h n o l o g y ，s s e t ) 、s c w e r 舡s e s s m e t w i mm u l t i s e n s o r s ( s j m ) 、p i r a t 掣5 1 6 7 1 ，下面对几种常用的检测技术做简要 介绍。 1 管道闭路电视检测系统 管道闭路电视检测系统( c 口) ，是专门应用于地下管道检测的工具。该 系统该出现于2 0 世纪5 0 年代，随着科技的发展，到8 0 年代，此项技术基本成 熟。该系统最早用于煤气管道的内窥检测，后来也广泛应用于给排水管道检测中。 生产制造c a 检测系统的厂商很多，国际上一些知名品牌有：i b a k 、p e r a a r s l e f fa s 、t e l e s p e c 、p e a r p o i n t 、 岖i s 等；国内有雷迪公司。虽然c c t v 检 测系统种类繁多，但是其功能大同小异。通常，c c l l v 系统公司有自走式和牵引 式两种，其中自走式系统较为常见。c a 操作人员在地面远程控制c a r v 检 测车的行走，并进行管道内录像拍摄。相关的技术人员根据这些检测录像，进行 管道内部状况的判读与分析，以确定下一步管道修复采用哪种修复方法比较合 适。 第1 章概述 c c t v 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 ) 爬 行器；( 8 ) 长度测量仪。 图1 1c c t v 检测车 一般进行c c t v 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。c c t v 检测作业时，通常是从上游窨井向下游 窨井方向进行。 c c t v 检测车进入管道后，由地面控制人员控制其行走和拍摄工作。检测过 程中，如发现异常现象，需在异常点位置停留片刻，并将异常点的位置、方位以 及异常现象的种类，按所采用的缺陷分类、定义方法，通过监视屏上的对话界面 输入电脑，拍照存档。 记录管道状况异常点的方位通常采用时钟表示法。时钟表示法是将管道断面 看作一面时钟，按照顺时针方向，用2 个钟点数表示管道异常点的位置。例如， “0 9 一0 3 ”点表示管道0 9 点至0 3 点位置出现异常现象。如果异常点仅仅出现在 某一点，可以用一个时钟点数表示，例如“0 2 ”点。具体表示方法如图1 2 所示。 o oo 0 3 0 9 0 9 0 31 1 0 10 2 图1 2 时钟表示法 c c t v 检测设备确定管道缺陷纵向位置的原理是：与检测车连接的电缆配有 4 第1 章概述 计数测量仪( 最小计量单位为o 1 m ) ，并且电缆上也有距离标记，以便在每一段 检测完成后对电缆计数测量仪进行修正。摄像机进入管道起始位置时，先将电缆 计数测量仪归零；摄像机进入管道后，计数器自动记录电缆经过的距离，并经过 信号传输直接在显示器上显示行进距离，由此可以确定缺陷距离进口的位置。 国内应用c c t v 系统检测的业绩较少，相应的研究几乎是一片空白。而国 外上世纪5 0 年代就已经开始了研究。内容包括装置性能的改进、c c t v 检测录 像的判读与管道损坏状况分析等方面。 2 声纳法 排水管道中充满水的的部分能见度几乎为零，采用c c t v 进行检测需要排 干管道中的水。然而，声纳管道监测仪可以将传感器头浸入水中进行检测。和 c c t v 不同，声纳系统对管道内侧进行声纳扫描，声纳探头快速旋转，向外发射 声纳信号，然后接收被管壁或管中物发射的信号，经计算机处理后，形成管道的 横断面图。由接收器的信号受探测对象反射度的影响，数据合成影像可显示不同 程度的反射性，例如管道底部积泥与下方质地较硬的管壁，其影像因反射度不同 显示不同的颜色。声纳通常不能穿透坚硬的表层，所以无法得知管壁厚度及管线 周围土壤的性质。一般来说，声纳系统可以提供准确合理的资料，以判断管线断 面的管径、沉积物形状及其变形范围。 图1 3 声纳探测图像 3 潜望镜法 潜望镜( q u i c k v i e w ) 为便携式视频检测系统，操作人员将设备的控制盒 和电池挎在腰带上，使用摄像头操作杆( 一般可延长至5 5 m 以上) 将摄像 头送至窨井内的管道口，通过控制盒来调节摄像头和照明，获取清晰的录像 或图像。数据图像可在随身携带的显示屏上显示，同时可将录像文件存储在 存储器上。该设备对窨井的检测效果非常好，也可用于靠近窨井管道的检测。 适用管径：中1 5 0 m m 巾2 0 0 0 m m 。 第l 章概述 图1 4 左图为潜望镜( o u c v i e w ) 检视系统；右图为管道检测影像 该技术轻便、快捷，操作简单、使用方便。可单人地面操作，人员无须进入 管道内。不足之处是摄像头只能在窨井内对管道进行检测，检测距离有限，如果 两段窨井之间的距离较长，则无法进行全面的检查。该方法近两年来才开始在我 国应用，目前上海已有单位引进该设备。 相比较而言，潜望镜法有一定的局限，很多管道病害不易被发现；声纳法 分辨能力有限，不易发现轻微缺陷；c c t v 虽然易于受主观影响而产生偏差，但 能清晰的反映管道的内部状况而被广泛应用。本课题将以c c t v 检测为依据，对 管道的状况进行评价。 1 2 2 国内外管道修复现状与发展动态 管道修复技术主要是随着城市基础设施的老化出现的，1 9 0 0 年美国人采用 顶管法成功地实现了非开挖铺设管线的技术突破。非开挖技术经历6 0 年的发展， 先后发明了螺旋钻进法和冲击矛法技术。1 9 7 0 年，英国首次研究开发了下水道 非开挖修复技术，并逐渐推广到全吐界。1 9 8 3 年，英国w i 比f w a t e r r e s e a r c h c e n t e r ) 颁布了管道非开挖修复的技术标准。从1 9 8 6 年开始，英国w i s ( 英国水道协会) 发布了各类施工方法的规范。1 9 8 8 年，美国a s t m ( 美国国家材料实验中心) 将各种施工方法的技术规范及构造设计工艺等归纳成技术标准，并出版发行。 1 9 9 0 年开始，管道非开挖技术以其便宜的价格和对交通、环境等影响降至最小 的魅力在西欧、美、日等发达国家得到了广泛的应用。 在排水管道方面，发达国家自上世纪7 0 年代起，对地下水渗入给予了较多 的关注和研究，形成了较为系统、可行的调查方案和操作程序，同时对已发牛过 量地下水渗入的排水管道的修复方法进行了深入的研究，发明了多种非开挖修复 方法。世界各圄均将非开挖技术作为地下排水管道新建、修复的主流技术加以研 究，发明了多种t 法，在新材料应用方面也取得了重要进展。 第1 章概述 确定排水管道的渗漏点，指导非开挖修复实施的技术在发达国家已经相当成 熟，并被广泛运用。运用非开挖技术施工量已占全部地下管线工程施工量的1 0 ，个别地区如柏林市已达到4 0 左右【引。发达国家调查管道渗漏情况的一般做 法是：对人员能进入的巾1 0 0 0 以上管道，清洗后工人进入管道进行目视调查、或 采用c i ：1 v 探察，记录渗漏点，根据损坏情况研究是否修复。对人员不能进入的 管道，一般采用c c 】技术进行探查。 目前国内已有的管道非开挖修复工程主要集中于旧燃气管道的修复，排水管 道的非开挖修复研究与应用尚处于起步阶段。主要是一些小范围的演示或示范性 的应用，近年有一些应用实例，但尚没有形成行业规范、标准。管道修复的配套 检测技术设备( 如c c t v ) ，上海进口了不同型号产品，但实际应用机会不多，在 操作经验等方面与发达国家存在差距。 上海、沈阳、马鞍山、石家庄、芜湖等地采用u - h d 陋( u 型高密度聚乙烯) 非开挖修复方法对旧燃气管道进行了修复，取得了良好的效果。近年来，上海市 积极研究非开挖在排水管道修复方面的应用。前期主要使用的了石棉水泥嵌缝和 钢套环为代表的非开挖修复技术。随着非开挖技术的不断发展，上海市普陀区市 政工程管理所已经成功引进了德国t r 0 1 i n i n g 公司的技术及全套设备，并且在 1 9 9 8 年8 月份和德国专家一起完成了两段试验管道的修复，以后又相继完工了 很多项目，管径范围从7 0 0 2 4 0 0 胁的各种管道修复工程总长大约1 5 千米。2 0 0 2 年4 月，日本湘南树脂公司采用i c p 技术对云岭西路下由6 0 0 的排水管道进行了 修复演示。2 0 0 3 年春季，上海市排水处采用国产聚乙烯管对四川北路和天宝路 下的排水管道进行了试验性短管焊接修复。2 0 0 4 年3 月，a a r s l e f f 公司已与自 来水市北公司签约，对四平路下长4 3 0 余米的耷1 5 0 0 的给水管段进行了修复， 采用的旌工工法是现场固化法( c i p p ) 。2 0 0 4 年4 月，管丽环境技术( 上海) 有 限公司对白杨路北蔡泵站的一段污水管道进行了内衬加固工程，采用的也是c i p p 工法。2 0 0 4 年5 月，其士普鲁斯( 亚洲) 集团有限公司在杨浦中原小区采用了 螺旋制管法( r i b l 0 c ) 成功的修复了一段污水管道。此外，国内对管径大于m 8 0 0 ，人员可以进入的管道采用人工涂衬玻璃钢进行修复方面已经积累了一定的 经验。 非开挖技术( t r e n c h i c s st e 曲n o i o g y ，又称d 适) 是在地表不开槽的情况下 探测、检查、铺设、更换、或修复各种地下管线的技术或工艺【8 ，取1 0 】。 目前非开挖技术不仅用于穿越高速公路、铁路、河流、古迹保护区等区域的 管线修复，在城市市政供水、排水、石油、通讯光缆、电力线缆、煤气和热力等 管线的更新或修复也越来越多地得到应用，成为丌挖施工很好的替代方法。 非开挖地下管线施工技术可分为：非开挖铺设新管线、旧管的原位更换和修 第1 章概述 复破坏的旧管道三种基本类型。其中管道的修复一般可分为整体修复和局部修 复，如下图所示。 图1 5 管道修复方法分类 与开挖施工技术相比，非开挖施工技术的主要优势是： 1 ) 可以避免开挖施工对居民正常生活的干扰，以及对交通、环境、周边建筑 基础的破坏和不良影响。非开挖施工不会阻断交通，不破坏绿地、植被，不影响商 店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序。 2 ) 在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合( 如穿越河流、湖泊、重要 交通干线、重要建筑物的地下管线) ，可用非开挖技术从其下方穿越铺设，并可将 管线设计在工程量最小的地点穿越。 3 ) 现代非开挖技术可以高精度地控制地下管线的铺设方向、埋深，并可使管 线绕过地下障碍( 如巨石和地下构筑物) 。 4 ) 有较好的经济效益和社会效益。在可比性相同的情况下，非开挖管线铺设、 更换、修复的综合技术经济效益和社会效益均高于开挖施工，管径越大、埋深越 大时越明显。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的埋深较深时 非开挖施工是明挖施工很好的替代方法：在特殊情况下，例如穿越公路、铁路、河 流、建筑物等，非开挖施工更是一种经济可行的施工方法。 第1 章概述 1 3 课题的来源、目的与意义 本课题来源于污水三期工程的一个子项目合流一期工程管道试验性修 复工程。该工程不仅要通过招投标程序完成指定区域的排水管道检测与修复，同 时承担着考察、评价适用于上海市排水系统的非开挖修复技术，建立管道检测评 估实施程序等研究任务。 本课题是依托上述工程开展的实验研究。本文的研究将在排水管道c c r v 检测的基础上，对检测录像进行分析、评价，确定修复对象，同时，根据检测情 况，分析上海市排水管道的缺陷特点，制定适合上海地区的管道评价标准，为下 一步上海市排水管道的修复提供方案选择与经济技术分析的可靠依据。排水管道 的c c 】检测及非开挖修复技术，在国外应用已经很广泛，但在国内，因其应 用正处于起步发展阶段，在工程经验与技术方面积累都很少。该课题研究成果可 为制定管道检测规程提供宝贵的依据和经验。 9 第2 章管道状况的调查及评估 第2 章管道状况的调查及评估 受到资金、人力的限制，对所有管道同时进行检测是不可行的，而且没有必 要进行全面的检测。因而进行排水管道状况c 口检测之前，有必要对管道状 况做一个初步调查，然后根据关键管道的确认程序，确定管道检测的范围，为后 续的管道详细调查做必要的准备以及提供相应的背景资料。管道状况调查是进行 管道非开挖修复的前提【1 1 1 2 ，1 射。 2 1 排水管道状况的初步调查 2 1 1 基本资料搜集 1 现有资料收集 包括该排水系统区域内人口资料、管道竣工资料、降雨资料、以往管道c c 】 检测资料以及管道维护资料等。 2 地质调查 管道所在区域的土质对日后的管道运行状况影响非常大。特别是在地下水位 高的流砂地区，管道周围的砂粒很容易随着水流从管道不良的接头、管身裂缝、 穿孔等缺陷处流入管道，逐步淘空管道周围土壤，持续恶化将导致管道坍塌。本 课题研究的杨浦区中原排水系统和普陀区的泸定系统就处于流砂地区，发生管道 坍塌的可能性很大，应该重点考察。 3 交通流量调查 管道所在路面的交通流量也是考察的重点。地面交通流量大的管道发生事故 后，将造成更大的损失。地面交通流量大，地面车辆荷载对地下排水管道影响也 大，管道存在结构性缺陷的可能性比较大，因为管道受到经常性地面车辆等垂直 荷载的压力下，管道基础容易下沉、导致管道随之发生变形甚至坍塌等。 本课题考察范围内的排水管道所在路段大多处于繁华商业区，交通流量大。 4 地下水位调查 地下水位的高低直接影响渗入量的大小，而地下水位不仅和地区有关，还跟 季节有密切关系。雨季地下水位较高，而旱季则较低。为了便于检测，一般c a v 检测都是在旱季进行，因此考察渗入量时，需考虑这个因素。 上海市地下水位较高。多数管道埋设于地下水位之下，地下水很容易从管道 缺陷处流入或渗入管道。因此，在管道的c 研v 检测中，应该着重考察地下水 1 0 第2 章管道状况的调查及评估 渗入的情况。 5 管道材质调查 管道的材质一般包括钢筋混凝土、陶土、砖砌、塑料管材等。 现今上海市排水管道材质绝大部分是混凝土或钢筋混凝土。砖砌管道非常 少，已基本上被淘汰；陶土管在其它排水区域可能存在。随着技术的进步，塑料 管材越来越便宜，用于排水管道也日益增多。 2 1 2 水力状况调查 1 污水量的组成 按照来源的不同，排水管道中的污水可分为生活污水、工业废水和降水三类。 但实际上管道内的污水远不止这些。由于管道和窨井存在缺陷，地下水很容易渗 入管道，导致管道输送的流量增加。地下水渗入的多寡与地下水位、降雨、土质、 管长、管径、管材、接头型式、窨井型式、管道施工质量以及操作维护状况等因 素相关。进行管道c 口检测时应该详细记录这些因素。上海排水管道混接相 当严重，条件允许的情况下，可对此类情况进行彻底的调查。 2 管道容量调查 由于上海市城市人口的增加，合流一期范围内的部分管道原来的设计标准偏 低或管道存在堵塞、变形、接头错位等缺陷，造成排水管道通水能力不足。有些 管道满管运行造成管道压力流或逆坡。特别是在雨季，由于管道容量不足，路面 雨水不能及时排入管道，导致长时间地面积水，严重影响交通。而且雨天部分窨 井内的污水可能溢出，造成环境污染。 3 管道流速调查 根据室外排水设计规范的规定，管道的最小设计流速为o 6 m s ，最大 设计流速为1 0 m s ( 金属管道) ，5 m s ( 非金属管道) 。最小设计流速是保证管道 内不致发生淤积的流速；最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。由于管 道中的流速大小，将影响到排水管道是否造成沉积物淤积、管壁冲刷以及硫化氢 腐蚀等现象，进而影响到管道结构状况。 水力调查的基本数据获得之后，应对其分析。国内管道设计时一般采用曼宁 公式( m a n n i n gf o r m u l a ) ，但是曼宁公式无法分析管道逆坡、回水等现象。最近 国内外出现了许多商业化的水力模型软件。例如，美国e p a 开发的s w m m 模型软 件、英国w a l l i n g f o r ds o f t w a r e 公司开发的i n f o w o r k s 模型软件和美国b o s s 公 司的h y d r a 软件等。借助这些水力模型软件，即可获得管道容量和流速分析成果， 为后续的管道c a w 检测提供一些必要的资料。 管道流速调查不是c c t v 检测及非开挖修复必须进行的，但条件允许的情况 第2 章管道状况的调查及评估 下，应该进行调查和研究。 2 1 3 环境影响调查 排水管道系统是国家地下设施的重要组成部分，在维护公共健康方面发挥着 巨大作用。管道系统一旦出现问题( 例如管道溢流、沉管等事故) ，就会影响管 道的正常运行和附近居民的日常生活。在环境影响方面，管道c a 检测中应 该关注以下几个方面【1 3 ，1 7 ，1 8 】： ( 1 ) 排水溢流事故多发点 此处的排水溢流指得是排水管道中的污水通过窨井溢流到路面，造成环境污 染。溢流事故调查数据可以通过对该排水区域的管道维护负责单位保留的记录以 及对附近居民进行问询调查获知。管道发生溢流的原因可能是：管道内油脂堆积， 管道内淤泥堆积，管道内建筑垃圾堆积，管道发生了变形，管道管径过小，支管 侵入，树根侵入以及其它。 ( 2 ) 居民异味气体投诉 排水管道中产生的异味气体主要是硫化氢气体。如果附近居民抱怨排水系统 周围经常有异味气体弥漫，干扰了他们的生活，那么管道c a 检测时应该着 重调查管道内是否发生了硫化氢腐蚀现象。调查的重点应该是在管道内的顶部、 水液交界和管道转弯处等。 ( 3 ) 沉管事故调查 沉管事故是指由于地下管道周围产生了空洞，管道周围缺乏土壤的侧面支 撑，一旦受到外界荷载的干扰，管道所在的路面产生沉陷的现象。 上海市排水系统发生的沉管事故很多，特别是在流砂地区。每年用于沉管修 复的资金近二千万元。沉管事故发生的根本原因也是管道存在缺陷，管道周围砂 粒随着地下水进入管道，导致管道周围逐步淘空，持续恶化，最终发生地面沉陷 事故【1 9 ，2 0 ，2 ”。 ( 4 ) 水质监测数据调查 水质监测数据调查包括：长期水质监测数据和现场采样水质监测数据。通过 监测排水管道内的水质情况，可以间接得了解管道内部状况。例如，污水处理厂 的水质浓度经常性地低于以往正常运行的水质浓度，很可能是由于地下水渗漏产 生的稀释作用造成的。 ( 5 ) 对水源的污染调查 地下水源受到的污染主要是由于管道泄漏造成的。地下水和管道内污水在存 在缺陷的管道周围发生流入流出循环，污染了地下水源。除了管道缺陷，影响 流入流出循环的因素还有土壤类型和地下水流经时间等。渗透率低的土壤或岩 第2 章管道状况的调查及评估 石可以有效的防止污染范围的扩大。地下水在岩层中流经时间也会影响污染程 度。如果污水在岩层中流经时间较长，那么污染物很可能在这段时间内逐步降解， 对地下水源污染就较小。 管内污水同样会通过地下水循环间接地进入地表水。发生溢流事故时，将直 接污染地表水源。 2 1 4 操作维护状况调查 操作维护状况调查主要是通过调查排水管道养护单位的维护记录，以了解排 水管道运行中遇到的问题。管道的日常清洗是养护部门的正常工作项目之一。通 过管道清洗和泵站维护，可以发现许多管道中存在的问题。例如管道中淤泥堆积 等。 操作维护调查中还需注意雨污混接问题。根据上海松涛市政工程公司的关 于2 1 个分流制排水地区雨、污水管道混接情况复查的调查报告( 2 0 0 1 年5 月) ， 上海市雨污混接非常严重，雨污混接造成部分雨水进入污水管道，增加了污水处 理厂的处理负荷。因此在c c 】调查中应该详细记录这些情况。 本课题研究人员于2 0 0 4 年9 月到上海市静安区养护队进行了问询调查。通 过调查，了解到静安区所属范围内的排水管道内油脂堵塞严重、建筑垃圾较多和 部分管道管径偏小等等，严重影响了管道日常运行工作。 由于本次检测工程前期准备时间较少，加上条件所限，本次检测工程的初步 调查对基本资料进行了调查，这些数据足以掌握管道的基本情况。在对区域内管 道的总体情况进行详细调查时，条件允许，可以对水力状况及环境影响调查。 2 2 关键管道( c t i c a ls e w e r ) 的确认 通常在进行大规模的区域管道调查前，应先将众多管道依其重要性，水力特 点或其他因素，订出进行调查的先后顺序，这样才能在有限的经费及计划日期内， 有效地掌握管道存在的关键问题【“。 2 2 1 关键管道检出程序 关键管道一般为管道修复的首要考虑对象，其特点为： 管道一旦发生坍塌或毁坏时，需要花费巨额费用进行管道修复。 管道发生坍塌或毁坏时，对交通影响非常严重。 管道在管网中所处的位置非常重要，损坏后严重影响排水系统的功能。 第2 章管道状况的调查及评估 根据以上关键管道的特点，英国水研究中心( w a t e rr e s e a r c hc e n t e f w r c ) 在下水道修复手册( s e w e r a g er e h a b i l i t a t i o nm a n i i u a l ，s r m ) 关键管道的筛选程 序部分中，将管道分为“a ”、“b ”和“c ”三个等级，具体见表2 1 。其中“a ” 定义为首要关键管道；“b ”定义为次要关键管道；而“c ”则定义为非关键管道， 其具体判定标准如下： 1 a 类管道 a 类管道属于首要关键性管道，其判定标准至少包括下列特点： ( 1 ) 在地质不佳的环境下( 即需排水，稳定或特殊工法支撑，如流砂或淤泥) ， 其管线埋深大于5 m 。 ( 2 ) 管径大于6 0 0 l i n m 。 ( 3 ) 管线位于重要的交通干线上，或是位于某些敏感地段，如医院、铁道下或 隧道内等。 2 b 类管道 b 类管道属于次关键性管道，其判定标准包括： ( 1 ) 埋深3 m ( 至管底) 以上。 ( 2 ) 管径大于4 5 0 l i 吼。 ( 3 ) 管线位于次要交通干线上。 3 c 类管道 c 类管道属于非关键性管道，即a 、b 类管道以外的管道。因此，管线坍塌 或毁坏而需修复时，其花费相对于般管线修复，并无明显差异，对交通影响也 不显著。 表2 1 关键性管线筛选程序表 a 类管线类别 1 地质状况良好且管线埋深6 米或超过6 米； a 1 2 地质状况不佳且管线埋深5 米以上； 3 合流式或雨水管线，管径大于1 5 0 0 仃m ( 污水管管径大于 6 0 ( h m ) 4 管线埋设于受保护街道下 a 2 5 管线埋设于交通敏感的街道下，且没有可行的疏散办法 6 管线一旦坍塌或毁坏影响影响医院的交通干线 7 其他管线埋设于下列各种结构之f ： ( 1 ) 铁路、隧道、河川、高速公路 a 3 ( 2 ) 组合式房屋以外的建筑物 a 4 ( 3 ) 主要商店街 a 5 ( 4 ) 工业区的主要通道a 6 至少列为b 类的管线 1 管线埋深3 米以上 b 1 2 合流式或雨水管线，管径在6 0 0 1 5 0 0 l i n m ( 污水管管径大于 1 4 第2 章管道状况的调查及评估 4 5 0 6 0 0 m m ) 3 通行量高的人行道 b 2 4 施工困难的街道 5 管线埋设于交通敏感的街道下但有可行的疏散办法 6 坍塌后，不易进入进行修复的管道 7 管线位于观光地区 b 3 8 其他管线埋设位于下列地区内： ( 1 ) 主要工业区 b 4 ( 2 ) 高危险性装置地区( 煤气管、电线管) b 5 ( 3 ) 管线破裂造成河川污染的地区 b 6 可能列为a 、b 或c 类的管线 位于堤防或高架上的管线 位于i 临近公园、展览中心及大型集会中心等的管线 + 不易进入指机械设备不易进入管线埋设位置如窄巷等。 由关键管道的定义可知，关键管道的分类可按上表的定性叙述进行筛选，但 是通常情况下要处理的管线资料量非常庞大，因此可用一定程序进行初步筛选， 再根据个别区域的特点做最后的修正。 在量化检出程序中，主要用来衡量关键管道类别的因素包括管径大小、管线 埋深、地质好坏及交通流量等，并计算出修复成本指数( r c p a i rc o s tf a c t o r s ，r c f ) 及包括交通流量的整体成本指数( 0 v e r a l lc o s tf a d o r s ，o c f ) ，来获得关键管道 的初步分类。表2 2 列出了管道修复成本指数及其关键管道分类，表2 3 则包括 了管线所在位置交通的重要性及交通流量状况，将r c f 值与个别交通流量的多 少及路段的重要性系数相乘，所得结果即为0 c f 值，根据表2 4 可得出o c f 值 所对应的关键管道的分类结果。路段的重要性系数可根据是否位于中心商业区或 旅游区及其他考虑因素来判定。 表2 2 管道修复成本指数( r c f ) 及关键管道分类 管径地质状况管线埋深( m ) ( n l m ) 1 0 1 9 92 0 2 9 93 0 3 9 94 o - 4 9 95 0 - 5 9 96 o 以上 巾9 0 0 好 1 02 03 o4 o5 57 o 差1 52 53 55 o6 58 5 关键管道分类 cba 9 0 0 好 4 07 o1 3 o1 9 o2 6 03 3 0 差 5 59 o1 6 02 4 o3 1 04 0 0 关键管道分类 cba 表2 - 3 管道整体成本指数( o c f ) 的计算 交通流量( 车次日)重要路段( r c f )次重要路段( r c f ) 5 ，0 0 0 7 ，4 9 94 81 6 7 ，5 0 0 _ 9 ，9 9 9 6 31 9 1 0 ，0 0 0 1 2 ，4 9 97 82 1 第2 章管道状况的调查及评估 1 2 ，5 0 0 - 1 4 ，4 9 99 32 4 1 5 ，0 0 0 1 7 ，4 9 91 0 82 6 1 7 ，5 0 0 1 9 ，9 9 91 2 32 9 2 0 ，0 0 0 +1 3 83 1 注：若该路段交通流量少于5 0 0 0 车次，日，则o c f - r c f 表2 4 根据管道整体成本的关键管道分类 l 整体成本指数( o c f ) 0 乏93 o - 5 96 0 + f 关键管道分类 cba 关键管道的修复，对交通、污水排放及施工成本的影响相当大，因此常被列 为下水道系统全面调查的优先评估对象，以便了解是否存在水力及结构问题，从 而及时进行修复。 2 2 2 关键管道检出结果