（环境工程专业论文）上海市排水管道清洗检测技术的应用研究.pdf

摘要 摘要 本课题集中研究了管道的封堵、清洗和管道状况的闭路电视( 简称“c c t v ”) 检测与评价。 课题选择了合流一期工程服务区域内昌平、叶家宅等具有典型性的排水系统 的排水管道作为研究对象。在进行排水管道状况c c t v 调查之前，本文对相关 管道状况做了简单的初步调查。 管道清洗是管道c c t v 检测的预备性工作。本次检测工程采用了德国生产 的s u p e r 3 0 0 0 下水道清洗车，该车自动化程度高，清洗效果良好。但是由于某 些管段积泥严重，直接水力冲洗耗时长，影响了管道检测工程的进度。 本次检测工程中管道封堵采用的是橡皮气囊封堵，与传统的砖块封堵相比， 它具有作业速度快、效果好、可重复使用及经济性好等优点。 管道的c c t v 检测是本课题研究的重点。通过管道检测工程，发现研究中 所检测的管道主要缺陷类别有：管道接口错位、管道腐蚀、管身穿孔、支管非正 常连接、地下水渗漏、树根入侵，而其它类型缺陷鲜有发现。 本文尝试采用英国、日本、丹麦等国家的检测标准，对管道状况进行了打分 评价。最后分析了排水管道结构性损坏的机理，对管道损坏的原因进行了初步探 索。 本课题的研究，为开展排水管道的清洗检测获得第一手的经验与数据。对推 动我国的管道检测评价、以及修复提供了宝贵的经验。 关键词：排水管道，清洗，封堵，c c t v 检测，缺陷，评价，非开挖修复 a b s t r a c t t 1 1 em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri sr e s e a r c h i n g o l lt e c h n i q u eo fs e w e rc l o s l n g 。1 i l ， w 础i n 舀a i l dc l o s e d c i r c u i tt e l e v i s i o n ( c c t v ) i n s p e c t i o na n d e v a l u a t l o no is e w 优 s o r n er e p r e s e i l t a t i v ep i p e si nc h a n g p i n ge t cd r a i n a g es y s t e m sw e r es e l e c t e d a s r e s e 鲫c ho b i e c t s ，锄di ns i t ew o r ko fw a s h i n g ，i n s p e c t i o n 弱w e l l a se v a l u a t l o nw e r e c a r r i e do u t b e f o r ec c t vi n v e s t i g a t i o no fs t a t eo ft h ed r a i n a g ep i p e l i n e s ，i t i sn e c e s s a r yt o c a r r yo nt h eo n s i t es u r v e yo fi n s p e c t e ds e w e r s o m es i m p l ep r e l i m i n a r yi n v e s t i g a t i o n h a sb e e nd o n et ou n d e r s t a n dt h es t a t eo f t h ep i p e l i n e s u p p e r3 0 0 0w a s ht r u c k ( w i e d e m a n n r e i c h h a r d t ) w a s 唧l o y e dm 恤s p r o j e c t t 1 1 et r u c kp r o d u c e sh i g hp r e s sw a t e rw i t hr e a s o n a b l eq u a n t i t y , a n d i t sa b i l i t y 0 fw a s h i n gi sq u i t eg o o d h o w e v e r , b e c a u s eo f t h ee x i s t e n c eo fs o m es e r v l c ed e f e c t s o fp i p e l i n e s ，s u c ha st o om u c hs i l ts t o r e di ns o m ep i p e s ，t h ew o r k i n gp r o g r e s so i t n e p r o j e c tw a s l i m i t e ds o m e w h a tb yw a s h i n gs t e p i i lt l l i sp r o j e c t ，m b b e rg a s b a g sw e r ea d o p t e d t oc l o s ei ns e w e r c o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a ls i t 吼t i o no fb r i c k l a y e r sw o r k i n gu n d e r w a t e r , r u b b e rg a s b a g s a r en o to r a y h i g he f f i c i e n c y , b u ta l s oe c o n o m i c a l t h em o s ti m p o r t a n tw o r ko ft h ep a p e r i si n s p e c t i o nt h es e w e rw i t hc c t v i no u r w o r ko fs e w e ri n s p e c t i o n ，m a n ym a i nd e f e c t s a r ef o u n d ，s u c ha sd i s p l a c e dj o i n t ， p i p e l i n ec o r r o s i o n ，p i p e l i n eh o l e ，i l l e g a lc o n n e c t i o n ，g r o u n d w a t e ri n f i l t r a t i o n , 1 哕s s o fr o o t a n dt h eo t h e rd e f e c tt y p e sa l e s e l d o mf o u n d i i lt h i sp a p e rs o m ei n s p e c t i o ns t a n d a r d so fd i f f e r e n tc o u n t r i e s ，s u c h a sb n t a l n ， j a p a n d e n m a r k ，e t c ，w e r ea p p l i e d t oe v a l u a t et h es t a t eo ft h ep i p e l l n e s d i s c u s s i o no f 血em e c h 撕s mo f s t r u c t u r a ld a m a g e o fd r a i n a g ep i p e l i n ew a s d o n e i i lt k sp a p 既t h i si si m p o r t a n tt ob u i l df o u n d a t i o no f p i p e l i n ed a m a g i n gt h e o r y b a s e do na b o v ew o r kd i r e c te x p e r i e n c ea n dd a t af o rs e w e r c l e a n i n g ，i n s p e c t l 0 玛 e v a l u a t i o nw a so b t a i n e df o rs h a n g h a i ，w h i c hi s m e a n f u lt op u tf o r w a r dt h ew o r ko 士 s e w e rm a n a g e m e n to fo u rc o u n t r y k e y w 。r d s ：s e w e r , w a s h ，c l o s e i n , d e f e c t , c c t vi n s p e c t i 。n ，a p p r a i s e ，骶n c l l l e s s r e h a b i l i t a t i o n i i 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：o ) 御 2 0 0 5 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： 洳r 年弓月曙e l 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。 躲却印 h 舻年；月f e t 第1 章概述 第1 章概述 1 1 课题研究的背景 上海地处长江三角洲前缘，东濒东海，南临杭州湾，西与富庶的江苏、浙江 毗邻，北界黄金水道长江入海口，是中国最大的城市之一，最重要的经济金融贸 易中心、交通枢纽和对外贸易1 2 1 岸，也是中国科学技术、文化教育事业的重要基 地。上海市人口总数为1 4 6 4 万，全市陆地面积为6 3 4 0 5 平方公里，其中外环线 以内主城区面积6 1 0 平方公里。 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，以合流污水治理一期工程( 简称“合流一 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。 ： 但是，合流一期工程投入运行1 0 多年来，出现了许多问题，如管道损坏和 地下水渗漏等等。这严重影响了工程的效用。 随着上海市污水截留、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。现 有管道系统在管材、接口方式、施工工艺方面抗渗能力差【l 】。据统计，上海市总 长4 0 0 0 k m 的排水管道中，接近和超过耐用年限( 3 0 4 0 年) 的约为1 2 0 0 k m ，占 管道总长的3 0 。对合流一期工程服务范围内地下水渗入量的调查显示【2 】，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。部分发达国家在污水排放法中有相关规定【3 j ，必 须确认污水处理厂的出水是否会因为外渗水的进入而导致水质降低甚至不能满 第1 章概述 足排放标准，同时规定，出水水质不可以通过稀释混合而达标排放。 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【4 ，5 】 据研究表明，上海市老城区地下水渗入量占污水总量的2 0 3 0 。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【6 】 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。 鉴于地下水过量渗入的危害，需要对渗入量超过合理范围的管道进行修复。 然而目前国内排水管道修复主要限于应付路面塌陷与沉管事故。上海城市建设的 发展，要求开展系统的管道状况调查；根据管道损坏的状况、造成危害的程度以 及经济条件的许可，有计划的安排渗漏严重管段的修复。 借助闭路电视( c c t v ) 进行管道状况详细调查可以准确地记录调查结果； 管道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。 推进非开挖修复在上海已经是必然的选择。然而迄今为止，国内的排水管道 c c t v 检测几乎没有在工程中成功应用的业绩；排水管道的非开挖修复尚处在实 验、示范阶段。对各种修复方法的特点、成本与局限缺乏直接经验与完整的认识。 因此，有必要在国内进行相应的科学研究，为管道检测与非开挖修复提供指导。 正是鉴于以上背景，本文将借助上海市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，开展管道状况的清洗、检测研究，以便从该工程 中获取管道清洗、检测方面的直接经验和数据，进而为上海及南方城市管道检测 评价与非开挖修复技术提供第一手参考资料。 2 第1 章概述 1 2 国内外排水管道检测与修复应用现状与发展动态 1 2 1 管道c c t v 检测应用现状与发展动态 管道的检测是进行修复的前提，目的是了解管道内部状况。根据管道内部状 况，可以确认管道是否需要修复和修复应采用何种工法。对于人员可以进入的大 管径管道，从经济上考虑，可以派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。现今使用最普遍的检测工具是管道闭路电视检 测系统( 简称c c t v ) f 7 】。该系统出现于2 0 世纪5 0 年代，到该世纪8 0 年代此 项技术基本成熟。通常，c c t v 系统安装在自走车上，可以进入管道内进行摄像 记录。技术人员根据检测录像，进行管道状况的判读，可以确定下一步管道修复 采用哪些方法比较合适1 8 , 9 j 。 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。但是， 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。 管道内部状况分为：结构状况和服务性状况。结构状况指管道本身的状况， 例如管道接头、管壁、管基础状况等等，该项指标与管道的结构强度和使用寿命 密切相关；服务性状况指管道运行中出现的状况，例如管道上集结油脂、管内泥 沙沉积等等，它与管道的通水能力相关，通常可以通过管道养护疏通而得到改善， 对管道的寿命影响不大。 管道内部状况判读分析主要依据c c t v 检测设备所拍摄的视频录像。根据 检测录像，对管道状况进行评价，最终得出管道总体状况，为管道的日常养护及 可能的修复工作提供依据。 国外在管道检测标准方面所做的研究较多，但各个国家的做法或标准并不相 同。其中英国w r c ( 水务研究中心) 标准、丹麦标准和日本标准具有一定代表 性。 英国w r c ( 水务研究中心) 标准1 7 , 1 0 为了给排水管道检测提供一个可以依据的标准，英国w r c 于1 9 8 0 年颁布 了排水管道状况分类手册。该手册将管道内部状况分为结构性缺陷、服务性 缺陷、建造性缺陷和特殊原因造成的缺陷。据资料调查和实际的工程经验来看， 建造性缺陷和特殊原因造成的缺陷在实际工程中遇到的不多，在c c t v 检测中 主要需要关心的是结构性缺陷和服务性缺陷。该手册将结构性缺陷分为管身裂 痕、管身裂缝、接头松脱、上下接头位移、管身断裂、管身穿孔、管身坍塌、管 身破损、砂浆脱落、管身变形、砖块上下位移、砖块遗失共1 2 项；将服务性缺 第1 章概述 陷分为树根侵入、渗水、结垢、堆积物、堵塞、管内水位、管道线形共7 项。 结构性缺陷的类型与定义如下： ( 1 ) 管身裂痕( c r a c k e d ) 管壁上有明显可见的裂痕的情况。依据其损坏的情况又可分为： 一圆周裂痕：裂痕沿着管身产生： 一单一纵向裂痕：裂痕沿着管壁水平方向产生； 一多条纵向裂痕：多条裂痕沿着管壁水平方向产生； 一多重裂痕：圆周裂痕和纵向裂痕同时存在。 ( 2 ) 管身裂缝( f r a c t u r e d ) 管身裂缝主要是由于管身裂痕进一步恶化而造成裂缝的现象，因此同样依据 其损坏的情况分为圆周裂缝、单一纵向裂缝、多条纵向裂缝及其多重裂缝。 ( 3 ) 接头松脱( o p e nj o i n t ) 管道与管道之间接头结合不紧密，有水平松开的情况，评估时根据其松脱程 度可分为， 一轻微：指松脱小于3 c m ； 一中度：指松脱介于3 c m - - 6 c m ； 一严重：指松脱大于6 c m 。 ( 4 ) 上下接头位移( d i s p l a c e dj o i n t ) 管道与管道之间接头处上下错开位移的情况。 ( 5 ) 管身断裂( b r o k e n ) 管身中间因破损而断裂开来的情况。 ( 6 ) 管身穿孑l ( h o l e ) 管身有破洞出现，依据破孔大小又可分为： 一小于1 4 管道半径； 一大于等于1 4 管道半径。 ( 7 ) 管身坍塌( c o l l a p s e d ) 管道因破损、断裂等破损而造成管身局部崩塌的情况。 ( 8 ) 管身破损( s p a l l i n g ) 管道因破损而造成管材破碎掉落的情况，又可依据破碎程度分为轻度、中度 及严重。 ( 9 ) 砂浆脱落( m o r t a rm i s s i n g ) 管壁上的砂浆剥落，分表面剥落、中度及整体剥落三级。 ( 1 0 ) 管身变形( d e f o r m a t i o n ) 管道因遭受外力而造成管身变形的情况，根据其变形程度又可分为， 4 第l 章概述 一0 - - 5 ： 一6 一1 0 一l o 以上 ( 1 1 ) 砖块上下位移( d i s p l a c e db r i c k s ) 单块砖块或大面积的砖块从原来的位置发生了位移。 ( 1 2 ) 砖块遗失( m i s s i n gb r i c k s ) 单块砖块或大面积的砖块遗失。 需要指出的是，砖块上下位移和砖块遗失两项指标专门用于砖砌管道。在上 海地区，砖砌管道已经基本废弃，所以这两项指标在上海地区没有实际意义。 服务性缺陷的类型与定义如下： ( 1 ) 树根侵入 树根侵入是指树根沿着管道、接口或人孔处的缺陷进入，根据其严重性，分 为轻微、生长和穿入。 ( 2 ) 渗水 地下水通过缺陷或不良的接头处侵入，分为：积水、滴入、流入和涌入四级。 ( 4 ) 结垢 渗入的含有溶解性盐的地下水部分蒸发留下的沉积物。按照过水断面积损 失的百分比，分为轻微、中度和严重。 ( 5 ) 堆积物 指干扰水流和降低通水能力的杂物( 包括有机物和无机物) 。堆积物可能是 淤泥，油脂，也可能是非淤泥油脂。 ( 6 ) 堵塞 指管道中较大件的物体( 例如，大块石头和木块等等) 严重降低了管道输水 能力。 ( 7 ) 管内水位 管内污水深度情况，通常用水位与管径或高度( 指非圆形管道) 的百分比表 示。 综上所述，在英国w r c 标准中，管道状况指标一共有1 9 项，类型划分较 细，考察的缺陷项目比较全面。但是，分类太细，在实际操作应用中就会显得繁 琐，许多指标类似( 例如管身裂缝和管身裂痕) ，在实际检测中，不好把握。 对于服务性缺陷，检测的结果判定需根据管道是否预清洗过。如果管道预先 清洗过，许多服务性缺陷将会在清洗过程中消除。例如，管内的淤泥、结垢等等 将会在高压清洗水压下被清除。 第1 章概述 除了管道检测判读标准，英国w r c 还提供了管道状况评估分级方法。评估 分级的方法是：根据管道检测视频录像，对管道内各种缺陷进行评价，并给予一 定的分值，最后统计整段管道的总分值，并将该分值与判读标准中的管道状况级 别对照，得出管道状况的最终评价结果。依据管道评价结果，可以准确了解管道 内部状况，并决定是否在近期内需要养护或修复。由于服务性缺陷大部分可以在 管道清洗中消除，故评估分级主要针对管道结构性缺陷。依据排水管道结构缺陷 判读标准，对管道结构状况分五级进行评估，确定管道修复的优先次序。评估分 级内容见表1 。1 和表1 2 。 表1 1 英国w r c 管道内部结构状况调查项目及评分点数 接头松脱轻微( 6 c m )2 接头位移 破裂2 上下位移 2 管身裂痕 圆周1 0 单一纵向 1 0 多纵向 4 0 多重 4 0 管身破损圆周 4 0 单一纵向 4 0 多纵向 8 0 多重 8 0 管身断裂断裂 8 0 管身穿孔 半径 1 4 1 6 5 管身坍塌坍塌 1 6 5 管身破碎轻度 5 中度2 0 严重 1 2 0 管壁磨损 轻度5 中度 2 0 严重1 2 0 6 第1 章概述 续表i 1 o 一5 2 0 管身变形 6 一1 0 8 0 1 0 1 6 5 表1 2 英国w r c 管道内部结构性能评估分级标准 评估等级 分级标准 l 1 6 5 上述评估分级标准中，接头松脱和接头位移两项占的权重较低，分值不高， 而管身坍塌权重最高，分值达到1 6 5 。其他项目都是根据对管道寿命的影响程度， 给予了不同的分值。该评估分级标准可操作性较强，对每种缺陷进行打分，最后 统计管段整体得分情况。根据整体得分，将管道状况分成5 项评估等级。依据评 估等级结果，可以决定管道是否近期需要修复和修复采用何种工法。该评估体系 中每项缺陷指标都是对应一个分值，因此，采用电子计算机统计分析将会大大增 加其准确率和工作效率。 台湾地区的一些公司引进了英国w r c 的打分评估分级标准，并根据当地 的实际情况进行了适当地修正和补充。例如，台湾中兴工程顾问公司总结了多个 工程项目后获得以下结论： a 类：包括对管道结构影响程度较小的缺陷状况，包括接头松脱、接头位移 管身裂痕、管身破损在2 0 c m 以下、o 型环脱落。渗水( 积水、流出、喷出) 等 项目。其中接头松脱在3 c m 以下、管身裂痕长度在2 0 c m 以下，由于其影响程度 非常小，不立即修复也不会影响管道正常工作，故评分点取最小值0 0 1 ；其余缺 陷项目则均需要考虑修复，故每一单位缺陷都代表需要一个修复点，评分点订为 1 ，两者相差1 0 0 倍，这是考虑了每一区段管( 两个检查井之间的管道) 接头数 不至于超过1 0 0 处。这可以避免区段间评分点0 0 1 的缺陷项目累积超过1 ，导致 两者混淆。 b 类：这是针对缺陷状况对管道结构影响程度的情况，包括管身破损达2 0 c m 以上、以及管身断裂、管身坍塌等缺陷项目，将其评分订为1 0 0 ，这与a 类的评 分点1 ，其差距1 0 0 倍，也是为了避免a 类与b 类混淆。根据上述评分方式， 即可进行管道内部结构状况评分统计，在完成两检查井之间区段管道的a 、b 两 7 第1 章概述 类评分后，即可依据表1 3 和表1 4 所示分级标准进行内部结构状况分级，其评 估分为0 、l 、2 、3 、4 、5 六级，具体说明如下： 0 级：区段内管道全部完好者； 1 级：区段内只有评分点0 0 1 的a 类轻微缺陷，且无b 类缺陷( 即：b = o ) 者，此级管道暂时可以不考虑修复； 2 级：区段内评分点为l 的a 类缺陷小于1 0 处( 即：1 a 1 0 ) 且无b 类缺陷( 即：b = 0 ) 者； 3 级：区段内评分点为l 的a 类缺陷大于或等于1 0 处( 即：1 0 a ) 且 无b 类缺陷( 即：b = 0 ) 者； 4 级：区段内评分点为1 的a 类缺陷小于1 0 处( 即：a 1 0 ) ，且存在对 管道结构影响程度严重的b 类缺陷( 即：b o ) 者； 5 级：区段评分点为l 的a 类缺陷大于或等于1 0 处( 即：1 0 a ) ，且存 在对管道结构影响程度严重的b 类缺陷( 即：b o ) 者。 表1 3 台湾中兴顾问公司的管道结构内部缺陷评分表 异常项目缺陷类别影响程度评分点 单位 接头松脱 a3 0 n 以下0 0 1每一接合点 a3 c m - - , 6 c m l 每一接合点 a6 c m 以上l每一接含点 接头位移 a破裂l每一接合点 a上下位移 l 每一接合点 管身裂痕 a 裂痕2 0 c m 以下 0 o l每一裂痕 a裂痕2 0 e r a 以上l每一裂痕 管身破损 a破损2 0 e r a 以下 i每一破裂处 b 破损2 0 c m 以上 1 0 0每一破裂处 管身断裂 b l o o 每一情况 管身坍塌 b1 0 0每一情况 。型环脱落 a l 每一情况 积水 l每一情况 渗水 a流出l每一情况 喷出 l 每一情况 8 第1 章概述 表1 4 台湾中兴顾问公司的管道内部结构状况分级 评估等级说明条件 o完好 z a = 0 ，b = o 1 暂时小修复 y a i ，y a = o 2局部修补 1 _ z , a i 0 ，b 2 0 3 区段修复l 蚴，z b = 0 4开挖重排+ 局部修补 a 1 0 ，e b b 0 5 开挖抽换+ 区段翻修 10 5 y _ _ , a ，b 0 o 资料来源：台湾高雄市政府工务局下水道工程处 台湾中兴顾问公司的管道内部结构评估体系将缺陷类别分成a 和b 两大类， a 类评分点为l ，其代表管道缺陷程损坏度较轻；b 类评分点为1 0 0 ，其代表管 道缺陷损坏程度较重，其差距1 0 0 倍，这样可以避免a 类与b 类混淆，定性的 掌握管道内部的状况，并在表1 4 中提出了管道修复采用何种工法的建议。中兴 公司同一类型不同程度的缺陷，分值相差1 0 0 倍的打分方法，是否合乎道理，还 需要实践的检验。 另外，台湾工研院能资所撰写了工业区地下管道渗漏调查与测绘计划书 一书，其试行的工业区地下管道状况分级参考标准( 1 9 9 7 年) 将污水下水道 ，缺陷分为破损龟裂、接管脱开、树根入侵、腐蚀冲蚀、下陷、结垢、淤积及接管 突出等项目，给予各项评分权重，并分轻中重三级给予评分，最后进行各管道的 综合权重或单一权重评分，以作为污水管道修复的依据，判定基准内容见表1 5 。 表1 5 工研院能资所工业区地下管道状况分级参考标准 管道状况评分权重轻读中度重度判断标准 1 破损龟裂5轻：产生裂缝，没有变形 中：产生裂缝，没有变形 重：破损、穿孔或产生渗漏现象 2 接管脱开 4 轻：接管脱开或落差 l ” 中：接管脱开或落差耋l i i 重：止水胶圈露出或产生渗漏 3 树根入侵 4 轻：接管脱开或落差 l ” 中：接管脱开或落差主l ” 重：树根入侵形成阻塞及渗漏 4 腐蚀、冲蚀 3 轻：表面剥落面，管壁 l j 现凹凸面 中：卵石、强化铁丝或钢筋露出 重：卵石掉落、钢筋锈断 9 第l 章概述 续表1 5 管道状况评分权重轻读中度重度判断标准 5 下陷3轻：积水 3 0 中：积水耋3 0 重：形成阻塞、清洗球无法通过 6 结垢2轻：造成管径损失 l o 中：造成管径损失耋1 0 重：形成阻塞、清洗球无法通过 7 淤积2 轻i 造成管径损失 5 中：造成管径损失乏5 重：形成阻塞、清洗球无法通过 8 接管突出i 轻：突出 8 0 0 ) 两类。 点状修复法：如局部树脂成型法( 堵漏包) 与套坏法等。 管道修复工法的选择需要结合当地的具体情况。目前上海市的排水系统管径 与设计排水标准相比总体偏小，所以选择的修复方法应尽量减少过水断面的缩减 程度，以减少对输水能力的影响；旧管道接口的错位可能比较严重，修复工法时 应适应这一不利状况；上海市地下水位高，管道内衬厚度应该能够承受高地下水 水位的压力。 管道检测目的是掌握管道内的状况，为管道养护单位提供可视化的信息，决 定哪些管道需要重点养护；也为管道的业主提供决策信息，决定哪些管道需要近 期修复，是采用传统的开挖修复还是非开挖修复技术比较合算。 1 3 课题研究的内容与任务 本课题是依托通过招投标程序组织实施的试验性管道维修工程开展的实验 研究。由于管道检测和修复受季节的影响，整个项目完成需要3 年。本课题主要 集中研究管道的封堵、清洗和管道状况的c c t v 检测与评价。 1 4 第l 章概述 在合流一期工程服务范围内选择管龄长、管径基本达到新的排水设计标准； 或处于流沙型土质区域管龄超过十年的管段，作为修复工程的重点考察管段。以 项目承包方式安排封堵、清洗、c c t v 检测，调查管道损坏的程度、位置。与上 述工程同步展开本项目的研究，调查、测定不同损坏情况下管段的渗入量，分析 管段损坏状况及其与管龄、区域土质、管材接口等因素的关系，为管道是否需要 修复提供依据。主要研究内容是： 原始资料的调研，包括：统计调查管道、路面维修与管道设计施工资料等； 管道的清洗与封堵； 管道状况的c c t v 现场检测； c c t v 检测结果的辨读与评价 1 4 管道检测工程实施的技术路线 管道检测工程是一个比较复杂的过程，必须按部就班，认真做好每一步工作。 其工程实施的技术路线与实施方案如图1 1 。 国内外资料调研 i 管道状况资料搜集 i 管道状况现场初步调查 i 管道预清洗 i 管道封堵与抽水 i 管道c c t v 检测窨井状况检测 i 管道检测报告 i 管道检测结果判读与评估 图1 1 工程技术路线与实施方案 第1 章概述 1 5 课题研究的意义 本课题依托得是合流一期工程管道试验性修复工程，为管道调查、检测程序， 评价标准，地下水渗入量的允许值控制等等方面，获得直接的经验与数据，进而 为建立起符合上海及南方城市实际情况的管道检测评价、修理与修复的技术规程 与指南提供第一手资料。这在全国都是有着重要实际意义的开创性工作。 1 6 第2 章合流一期工程管道检测范围的确定 第2 章合流一期工程服务区域管道检测范围的确定 2 1 上海市合流一期工程与污水三期工程概述 合流一期工程于1 9 8 8 年8 月正式开工，1 9 9 3 年年底主体竣工通水。工程西 起丹巴路，东至竹园长江口。服务范围涉及普陀、长宁、静安、黄浦、闸北、虹 口、杨浦7 个区，服务面积7 0 5 7 k m 2 ，服务人口约2 5 5 万人。一期工程接纳了 4 4 个泄水区，5 2 座截流泵站的合流污水，其中直接输送进入一期工程干管系统 的泵站4 0 座( 含泵前截7 座) 。设计平均旱流污水量为1 4 0 万m 3 d ，其中生活 污水量为5 1 万m 3 d ，工业废水量6 2 2 万m 3 d ，地下水渗入量2 6 8 万m 3 d 。除 接纳输送旱流污水外，工程还具有初期雨水截流功能。雨天最大设计合流污水量 为4 4 9 m 3 s 。 上海市污水治理三期工程于2 0 0 3 年1 2 月正式动工建设。这个填补上海城区 污水处理最后空白的工程，是世界银行贷款2 亿美元支持上海城市环境一期项目 中的最大子项目。该工程总投资4 6 7 7 亿元人民币。工程建成后，将为上海市 北部和东北部城区的污水提供出路，并对2 1 2 平方公里，服务人口2 7 1 万人，日 设计污水输送流量达1 2 4 万吨。此工程2 0 0 7 年底投入使用后，上海污水收集和 处理系统将全面覆盖整个中心城区，污水排放将达到国家二级排放标准。 本课题来源于上述的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 检测评估实施程序与等研究任务。 2 2 管道检测范围的确定 管道c c t v 检测的目的是查明合流一期工程服务范围内管道状况，为后续 的修复工作提供依据【2 4 】。合流一期工程范围内，排水管道很多，不可能在近期 内对所有管道进行检测。故有必要在上述地区选择一些具有代表性的排水系统， 对该系统内的某些典型性管道进行c c t v 检测。根据检测结果，确定需要修复 的管道。 在合流一期服务范围内进行实用性管道修复工程，修复对象的选择需要考虑 以下问题： 1 7 第2 章合流一期工程管道检测范围的确定 ( 1 ) 修复后的排水系统( 管道) 有长期的使用价值，可以体现修复工程的效 益。这需要结合雨水专业规划对旧系统的改造方案，进行修复工程方案决策。 ( 2 ) 近期规划中需要开挖翻排的管道不考虑作为修复对象。 ( 3 ) 非开挖修复后很难达到近远期规划要求的管道不作为修复考虑对象。 目前合流一期服务范围内些排水系统，特别是苏州河沿岸管龄较长的系统 尚未达到新的p = i ，1 l r - - 0 6 0 8 的排水标准，按规划需要进行低标改造( 江西中、 福建中、西藏中部分区域提高的3 年一遇) 。一些系统名义上完成了低标改造， 实际多数支管并未翻建。根据规划，相关区域内的大部分管道需要逐步改建为较 大管径的管道，不值得进行修复。 按照以上分析要求，结合上海市政设计研究院2 0 0 2 年所做的成都、昌平、 肇嘉浜、叶家宅、中原及泸定地区排水系统改造工程设计规划和上海市排水处 2 0 0 4 年所做的管道状况普查数据，确定该试验性工程选取的管段范围。下面就 管道修复的选择标准和具体的管段位置做进一步说明。 2 2 1 昌平等地区排水系统待检测管段 在昌平、成都、肇嘉浜和叶家宅排水系统中有一部分管段已经符合该地区规 划要求的p = i ，、i ，= 0 6 0 8 的排水标准。这部分管道大多是2 0 世纪六七十年代建 造的，由于使用期限较长，维护不善，管道状况较差。计划选取这类管道进行修 复，使得相应的排水系统能较好的其作用。 在成都、昌平、肇嘉浜和叶家宅排水系统中还有一部分现有管道与规划管道 管径相近的大中口径管道，这些管道建造于2 0 世纪9 0 年代以前。根据排水管道 水力计算公式： q ：一1 国r 亍2 j ； ( 2 i ) 刀 在坡度不变的时候，通过降低管道的粗糙系数n 也可以提高管道的输水能力。混 凝土管的粗糙系数n - - 0 0 1 4 ，采用翻转法等整体非开挖修复技术形成的衬管管壁 的粗糙系数约为0 0 1 0 。因此不考虑衬管厚度( 管径较大时) ，综合考虑摩阻系数 的减少与流量增加后水头损失的提高，管道整体修复后的通水能力可能达到修复 前的1 2 1 3 倍。因此现有管道与规划管道管径相近或相同的，经过修复后可以 达到规划标准。待修复管道现状见表2 1 。 1 8 第2 章合流一期1 二程管道检测范围的确定 表2 1 昌平、成都等排水系统待检测管道 路名路段名管径长度竣工日期 成都系统计划检测管段 慈溪路山海关路一北京西路 1 3 5 02 5 21 9 5 0 茂名北路南京西路一威海路 1 0 5 03 1 7 1 9 8 8 北京两路石门二路一人路9 0 02 7 91 9 6 0 北京西路大田路一成都北路 9 0 02 4 61 9 7 7 石f 3 - 路顺德一新闸路( 9 0 0 6 0 0 )2 2 51 9 5 0 合计1 3 1 9 昌平排水系统计划检测管段 南京西路乌鲁木齐北路一华山路 9 0 02 7 51 9 5 0 西苏州路海防路一昌平路1 2 0 02 7 31 9 6 0 陕两北路威海路一延安中路 1 0 5 0 1 6 8 海防路江宁路昌化路 9 0 01 2 27 0 合计 8 3 8 肇嘉浜排水系统计划检测管段 富民路延安中路一臣鹿路 9 0 0 2 3 11 9 6 7 富民路巨鹿路一长乐路 9 0 03 0 8 1 9 6 7 合计 5 3 9 叶家宅系统计划检测管段 余姚路 武宁南路延平路 7 0 05 3 19 l 余姚路武宁南路延平路 8 0 0 2 2 9 l 昌平路延平路胶洲路 8 0 02 6 06 0 昌平路胶洲路常德路 1 3 5 01 6 96 0 康定路武宁南路延平路 6 0 0 5 3 2 7 9 康定路延平路胶洲路 4 5 0 * 3 0 02 3 36 0 武定路延平路胶洲路 1 0 5 01 6 51 9 5 0 武定路胶州路一常德 9 0 02 6 51 9 5 0 合计2 1 7 7 2 2 2 普陀区泸定系统与杨浦区中原系统 为掌握流沙地区管道损坏的规律、对可能发生沉管事故的管道进行必要的预 防性修复，计划依托污水三期工程管道修复项目，分别对杨浦区世界路( 殷行一 1 9 第2 章合流一期工程管道检测范围的确定 国和) 、普陀区金沙江路( 真北路一大渡河路) 管道进行清洗、检测，并计划根 据检测结果进行必要的预防性修复。 2 2 2 1 杨浦区中原系统待检测管段 世界路位于杨浦区东北角的中原小区，该区域土质为流沙性土壤，属沉管事 故多发地区。计划以上述管道为代表，研究考察杨浦区管道的状况与非开挖修复 的效果。选取世界路上自殷行至国和路管段进行清洗、检测。这部分管道为1 6 0 2 米，见表2 2 。 表2 2 中原排水系统待检测管段 管径 路名路段名长度竣工日期管辖范围 现存管径规划管径 世界路国和一嫩江l 0 0 01 6 0 29 3中原 合计 1 6 0 2 2 2 2 2 普陀区泸定系统待检测管段 普陀区属流沙性土质、沉管事故高发地区。计划选取大渡河路下自铜川路至 金沙江路的污水管道为普陀区管道的代表，进行检测与非开挖修复试验。这部分 管道长为2 1 7 7 米，见表2 3 。 表2 3 泸定排水系统待检测管段 管径 路名路段名长度竣工日期管辖范围 现存管径规划管径 金沙江路真北一木铎江桥 6 0 02 5 09 l泸定 金沙江路木铎江桥一丹巴 6 0 0 4 09 1 泸定 金沙江路丹巴一芦定 8 0 04 2 09 3 泸定 金沙江路芦定一中江 l o o o3 1 59 3泸定 金沙江路中江一大渡河 4 5 04 3 69 3 泸定 合计 1 4 6 1 数据来源：1 上海市政设计研究院2 0 0 2 年所在的昌平、康定、叶家宅排水系统现状、规划图和平面 布置图 2 上海市排水处2 0 0 4 年排水系统普查数据 根据以上统计，合流一期工程管道试验性检测管段的总长为6 4 9 4 2 米。各 排水系统需检测的管道长度占上述总长的比例见图2 1 。 第2 章台流一期工程管道检渊范围的确定 口成揶 口昌p 口罐嘉浜 口叫家宅 ” i 原 口泸定 图2 1 昌平等捧水区域营长分布图 第3 章排水管道状况的初步调查 第3 章排水管道状况的初步调查 本文的第2 章已经确定了合流一期工程服务区域内管道检测的范围。本课题 的工作是对该范围内的管道进行清洗、封堵、检测及检测结果判读与评价。 进行排水管道状况c c t v 调查之前，有必要对管道状况做一个初步调型2 5 1 ， 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知识。初步调查主要包 括基本资料搜集、水理状况调查、环境影响调查、结构状况初步调查以及操作维 护状况调查等等。 3 1 基本资料搜集 3 1 1 现有资料收集 首先是竣工资料的搜集。本课题研究的合流一期工程服务区域内的管道大部 分建造于2 0 世纪5 0 、6 0 年代。管道竣工资料( 例如施工图纸等) 部分已经遗失。 要完全掌握地下管道的情况并不是一件容易的事情，有必要到现场进行勘查，采 集相关的资料。其次收集排水管道附近其它地下构筑物的情况，因为其它地下构 筑物与排水管道有时候会互相影响，可以通过邻近构筑物的情况推知现有排水管 道的状况。第三，收集该排水系统区域内人口量资料、降雨资料、以往管道c c t v 检测资料以及管道维护资料等等。 3 1 2 地质调查 管道所在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 流沙地区，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洞，持续恶化将会导致管道坍塌。在 级配较差的非粘制性土壤以及塑性指数小于1 5 的粘制性土壤中这种现象也经常 发生。本课题研究的杨浦区中原排水系统和普陀的泸定系统就属于流沙地区，发 生管道坍塌的可能性很大，应该重点考察。 3 1 3 交通流量调查 静安区昌平、成都、肇嘉浜系统、普陀区叶家宅和泸定系统及杨浦区中原系 第3 章排水管道状况的初步调查 统内的排水管道所在的路段，地面交通流量大。地面车辆荷载对地下排水管道影 响很大。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，管道基础极易下沉、导致管道随之发生变形甚至坍塌等等。 3 1 4 地下水位调查 上海市地下水位较高。如果管道埋设于地下水位之下，那么地下水很容易从 管道缺陷处流入或渗入管道。据研究表明，上海市排水管道渗入量占管道输送的 污水总量的3 0 之多。过多的地下水渗入不但增加了污水输送量，而且还会影 响污水处理厂的正常运行，增加了操作和维护成本。因此，在管道的c c t v 检 测中，应该着重考察地下水渗入的情况。 3 1 5 管道材质