当前我国城镇供水管道修复更新汇总

1、城镇供水管道的维修与修复新技术1. 当前我国城镇供水管道修复更新工程设计、施工中存在的问题与解决办法；1. 1 我国城镇供水管道概况改革开放以来 , 我国给水事业获得突飞猛进的发展 .2004 年我国供水厂达 3000多座，供水管网总长 35.84 万公里，日综合供水 能力 2.48 亿立方米，城市年供水总量 490 亿立方米。我国不同年龄的供水管道构 成如图 1。使用年限在 50 年以上的占 6.2%，大量管道是在 1979 年之后铺设的， 占总管道的 72.6%，到目前为止也不超过 30 年。相比世界发达国家的管网系统， 我国的管道还相当年轻 .然而从我国的管道构成图 2 来看，情况并不乐

2、观，材质较 差的灰口铸铁管占 51%，镀锌钢管和水泥管占 19%，而材质较好的球墨铸铁管、钢 管说占比例较小。大部分城市的灰口铸铁管占总长度的50%以上，个别城市达到90%以上，一些安装时间较长的灰口铸铁管已不符合国家规范的要求，加之接口技 术落后，导致管网腐蚀严重、强度严重降低、爆管事故濒繁发生、管网漏损逐年 增加；另外为适应城市供水发展的需求，一些城市将不同时期的或不同地区的管 网进行联网供水，出现管材混杂的情况，承压标准较低的管段处于超负荷运行状 态，爆管事故增多。上述问题不仅导致供水损失，而且造成水压下降、水质变差， 严重影响服务水压和供水水质。图 1.4 北美地区供水管道不同材质构成

3、图 1.3 多伦多市管道长度、人口和时间的关系从世界范围看，国外发达国家早在上个世纪初就在城市地下大范围地铺设管 道，大多数城市的管网系统相当部分管道超过 50 年使用时间，有的甚至超过了 100年。图 1.3 为加拿大多伦多市管道安装长度与时间的关系曲线， 1950 年之前安装 的管道占 40%。在从图 1.4 可以发现管道材料构成中，灰口铸铁管占的比重最大， 基本上在 40%以上，有的甚至超过 50%，其次是球墨铸铁管和石棉水泥管。 Kirmeyer 等在 1992 年统计美国供水管道时发现有 2/3 为铸铁管（其中 48%为灰口铸铁管， 另外 19%为球墨铸铁管）， 15%石棉水泥管，剩

4、下的 18%为塑料管、混凝土管等。在 1993年占加拿大人口 11%的 21 个城市的调差中也发现有类似的情况。 ASCE估计美 国每年需要 110 亿美元来维护和更换问题严重的管道， AWW（A美国水工业协会）则认为在将来的 30 年需要投入 2500 亿来应付管网日常维护和更换的开销。虽然 各机构预算数据有些差别，但可以看出看出管网维护或更换的成本是巨大的，而 这仍只能保证每年 0.5%的更换率。比较发达国家和我国部分城市可以发现：一是尽管管道的使用时间没有国外发 达国家长，但是我国在役管道的管材质量却并不比它们好，灰口铸铁管等材质较 差的管道占了 50%，二是单位管长漏损平均值来看（见图

5、 5），我国管网漏损率要高于国外平均水平，爆管率也远高于国外，三是资金投入的不足，我国人口稠密， 管网数量较大，但资料显示 23 个省区 20032004 年的管网改造投资额仅 46.6 亿 元，只相当于美国每年 110 亿美元投入的 6%。总体上，我国管网的的现状有许多 值得忧心的地方，应引起各政府部门的重视，尽快推动城市管网改造，降低管网 漏损率，提高供水水质， ，保障城市供水安全。图 5 我国部分城市和欧洲国家的漏损率比较 供水管网目前存在的问题主要有： 1. 管网老化、管材低劣、施工技术落后；2. 管材混杂、管网超负荷运行； 3.破损频繁、漏失严重、输水能力不足。1.2. 加快改造城市

6、供水管网步伐 城市供水管网改造的目标是确保供水水质、降低管网漏失率，力求做到经济、 合理，提高供水水质和供水安全。2.1 管网更新与改造 管网更新改造应循序渐进，突出重点，积极推广新工艺、新材料，新敷设的管道采用抗腐蚀材料或防腐性能好的产品，新管尽量采用球墨铸铁管管网改造实施原则：管网改造与城市规划相结合；管网改造与降低漏损和爆管 相结合；管网改造与提高水质相结合；管网改造与优化供水调度和主干管布置相 结合。改造修复无内衬管道，更换修复爆管频率高的管段；完成易漏、易爆管段改 造，并逐步建立管网监测系统和管网 GIS 系统，完善供水区域间管网调水能力。2.2 建立供水管网事故预警与快速反应机制

7、上海市城市供水管网大口径管道爆裂事故的原因主要有两个方面， 一是管网中 管道部分老化，以灰铸铁管为主要管道材料的管道质量差，管道耐压和耐冲击性 能差，是上海市供水管网与国际先进水平存在差距的根本问题；二是科学管理水 平和手段比较落后，缺乏预防爆管事故的主动条件和快速反应及处理能力，容易 造成重大的社会影响和经济、财产损失，影响市民生活和城市安全。研究应用供水管网 GIS 系统和管网运行计算机动态模拟软件， 建立以运行安全 保障为目标的信息化管理平台；进行管网漏水和爆裂事故数据及因素分析，建立 安全保障体系和建设方案；建立管网漏水监测系统，实时反映管网漏水状态，调 研和选用适合上海地方特点和需求

8、的管网漏水状态，调研和选用适合上海地方特 点和需求的管网漏水和事故监测仪器设备，健全 SCADA实时监测系统，制定事故 快速反应和快速处理预案；实现管网安全运行调度和安全运行。通过应用研究成 果加强科学管理，降低爆管事故发生率；逐年更新改造管网材料，提高管网抗御 灾害能力，最大限度减少管网爆管事故隐患。主要涉及爆管的维修和旧管道的修复改造更新方面问题 。2 爆管与旧管道的修复存在的问题及解决办法2.1 爆管机理分析及对策2.1.1 连续浇筑铸铁管的材质及配件质量问题；2.1.2 小口径石棉水泥管在冬天易易导致爆管；2.1.3 管道客观上受到各种径向位移；2.1.4 管道接口刚性；2.1.5 土

9、壤腐蚀导致爆管；2.1.6 排气阀设置不当、失灵和水锤作用。2.1.7 我国现行的 室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范 (GB50032-2003) 存在具体实施中缺乏技术方法，设计抗震烈度与实际灾害情况比较，尚欠正确， 依据不够充分。2.2 解决办法2.2.1 对连续铸铁管给予评价而有控制有选择的使用2.2.2 对铸铁管的生产工艺和材质进行改进 铸铁管用作给水管有其耐腐蚀行的优越性，对现有材质应采取： A加强操作管理，提高质量，进行出厂二次泵检； B改用离心浇铸工艺，提高产品质量，消除内沟重皮； C采用离心工艺制造的球墨铸铁管，有显著的优点；2.2.3 积极探索采用新管材；2.2.4 接

10、口向柔性发展；2.2.4 提高施工技术保证施工质量；2.2.5 精心设计周密考虑；2.2.6 妥善解决已埋在地下的质量欠佳的水管；2.2.7 协调好市政开挖施工，减少位移外来因素；2.2.8 加强检漏和修漏工作；2.2.9 建立抢修中心，健全事故记录制度；2.2.10 立法保护水管设施。三 . 管道的修复与更新1. 运行管道修复更新的原因内在因素管道运行到一段时间，管道内外腐蚀，渗漏、结垢，影响输配水的水量、水质、 水压。外在因素管道不适应当前和规划期内供水的需求；由于街道的扩建、其它管线的施工原因，位置和埋深需要调整； 由于内外腐蚀结垢，引起运行状况恶化。在经济效益和社会效益上引起严重后 果

11、，如：两年内：修理费、赔偿金、间接损失等达到固定资产的 1/2 以上。 管段故障导致大面积的不正常供水，引起人们强烈反响。 管段故障影响企事业单位重大任务的完成，影响涉外机构的正常用水。 管段故障影响引起交通堵塞、建筑物的安全、其它埋地管线正常运行。2途径和原则A维护好现有管道， 恢复输水能力。 对于管道结垢， 输水能力下降， 可通过刮管、 冲洗和补做衬里等措施，钢管腐蚀可采用阴极保护、修漏、加固等措施延长使用 年限。B若修复费用已接近更新的费用，力求更换； C若管材质量问题，口径需扩大，按规划需求，重新铺管； D.由于道路及障碍的赔偿费用占工程总造价的较大比例，采用不开挖方法更换管 道，降低

12、费用。3. 更新修复改造的方法A非结构性更新修复 管道补做衬里和除垢。目的是；保证输水水质，避免结垢，减少阻力、漏水。方 法有：环氧树脂、水泥砂浆、人工磁场、投加缓蚀剂、化学除垢、水力冲洗、喷 砂、气水冲洗、高压喷射、弹性清洗器等。B结构性更新修复 内衬：软管（非紧贴软管、滑衬、 pwp 技术、袜法等）、内插较小口径管（钢管、 球铁管、 HDPE、HMPE等）、换管：分为开挖和非开挖、原位置和另规划、口径是原 来的还是改大。作业措施就会发生变化。4. 更新修复改造的方法选择根据投资效益比较、 能源效益比较法， 从本地出发， 按照管段的需水量、 输水能力、管材承受内外压力、管段故障率、漏水率、水

13、的稳定性、管材易 碎程度、 管道周围土质、 埋深、同建筑物的距离等， 进行多方案比较后进行。 具体做法：现状调查 -制定制定管网更新修复改造规划 -选择方法 -设计-施工验收 -投 入使用四、供水管道探测管道 CCTV检测技术管道电视检测方法管道电视检测在国外称管道 CCTV( Closed Circuit Television)检测，是目前国际上用于管道状况检测最为先进和有效的手段。近两年国内一些城市如上 海、广州、深圳等已开始引进该类检测系统，并取得了非常好的效果。 管道电视检测系统是由三部分组成：主控器、操纵线缆架、带摄像镜头的“机器 人”爬行器。主控器可安装在汽车上，操作员通过主控器控

14、制“爬行器”在管道 内前进速度和方向，并控制摄像头将管道内部的视频图象通过线缆传输到主控器 显示屏上，操作员可实时的监测管道内部状况，同时将原始图象记录存储下来， 做进一步的分析。当完成 CCTV的外业工作后，根据检测的录象资料进行管道缺陷 的编码和抓取缺陷图片，以及检测报告的编写，并根据用户的要求对CCTV影像资料进行处理，提供录象带或者光盘存档，指导未来的管道修复工作。 管道 CCTV( Closed Circuit Television)检测是一对管道进行摄像检测的必要性准确把握管道的功能性病害和结构性病害； 判读损坏情况，进行种类和程度的分类和归纳，便 于管理；按损坏情况分轻重缓急提出

15、预防性修理计划或紧急抢修方案，把问题解决在 摇篮之中；保存管内的影像资料，建立管道的管理档案二 : 电视检测系统的适用范围适用管径： 200mm-3000mm防水性能： 10m深水压最大爬坡角度： 50 度单次检测长度： 300m三：电视检测系统的特点图像清晰，轻便小巧，操作方便，实用性强 ； 摄像头高度可自由调节，镜头 360度自由旋转 , 正负 240度斜视 可自行测量管道的长度，明确管道的损坏位置LD6000全频管线仪功能管线水平定位方法接收机采用全数字信号处理，能够自动滤除干扰信号接收信号稳定， 能够实现管线的精确定位和定深。具有一键自动增益到最佳信号水平功能，非常便于管线探测。峰值法

16、 采用双水平差分线圈，接收管线水平磁场的垂向差值信号。峰值法不仅能够消除及抑制地表和浅层磁场 干扰，而且能够突出管线磁场信号。峰值法抗干扰能力强，定位精度高，用于存在干扰磁场的城市复杂条件 的经常性探测工作。谷值法 采用垂直线圈接收管线垂直磁场信号。具有定位箭头指示管线方向，和防止误测功能，显示直观。用于 环境干扰小、接收灵敏度低的环境。一般用于管线的快速追综。9管线深度测量方法直读深度法：用于在简单条件下测量管线深度。具有两种直读深度量程：0-5 米量程：定深精度高，可用于直连法、感应法和夹钳线圈感应法。可在电缆末端或接头位置进行精确定深0-10 米量程：用于深部管线的深度测量。仅用于直连法

17、。可在金属干扰物（护栏或者篱笆）附近进行稳定的深度测量2005 年以来，地下管线探测仪更新换代速度加快，不断应用最先进的 CPU、 DSP、线圈等技术向智能化方向发展，仪器结构、探测性 能和功能出现很多创新性的变化，更加适合管线探测现实。雷迪公司2007 年最新推出的 LD6000全频管线仪，就是当前先进管线仪的典型代表。1全频接收功能LD6000全频管线仪采用新型线圈，不仅提高了信号灵敏度和分辨率，而且突破 性地实现了接收机的全频接收功能。 该接收机能够接收 50Hz200kHz 之间的任意 频率，兼容目前所有管线仪的工作频率。该机的接收机目前预设 45 个主流管线仪 频 率 ， 发 射 机

18、 预 设 8 个 直 连 频 率 (512Hz/640Hz/8kHz/9.5 kHz/33kHz/38kHz/65kHz/80kHz )和 3 个感应及夹钳频 率(33kHz/38kHz/80kHz)，用户所需要的其它接收频率和发射频率均可通过软件 免费定制。 全频接收机可根据管道及地电条件的差异，选用不同的工作频率，以提高对各种 复杂管线条件和工作环境的适应能力。一般地， 50Hz1kHz 低频频率适用于采用 直连法探测长输钢管和长途通信电缆，由于信号率减率低、不易产生互感，具有 探测深度大、探测距离长和探测精度高的特点，但低频不适用于高阻抗管道和无 直连条件的电缆， 也不适用于特别干燥的土

19、壤环境； 8k 40kHz中频频率是管线探 测常用和首选频率，适用于探测中低阻抗管线以及一般土壤条件，而且可使用直 连法、夹钳法、感应法等多种激发方法，探测深度、探测距离和探测精度也基本 能够令人满意，其中 30k40kHz 中频最为高效； 40kHz200kHz高频频率适用于 探测带有胶圈接口的高阻抗管道和高阻抗的光纤电缆以及特别干燥的土壤环境， 但由于信号衰减率高、传播距离短，且易于耦合邻近管线产生干扰信号，应用范 围具有局限性。因而，全频接收功能大大扩展了管线仪的应用条件，探测时能够10 根据管线条件和土壤条件选择最合理的频率， 充分发挥不同探测条件的频率特性。LD6000 接收机兼容目

20、前所有管线仪的工作频率，可与任意品牌的发射机一起使 用，已有管线探测仪的用户仅购置接收机即可升级整机性能，降低采购成本和使 用成本。2、探测更深的管线与更远的距离LD6000 管线仪在信号输出与信号接收技术上的创新，提高了整机的测深和测 距能力，能够探测更深的管线和更远的距离，大大提高野外探测效率。在信号输出方面，发射机采用 10W大功率输出，直连法最大输出电流高达 1A， 并采用新型高效感应线圈，增大了感应线圈磁矩，感应法激发性能较其它发射机 提高 30%左右。自动阻抗匹配功能充分发挥出大功率优势， 不仅能够在高阻抗管线 或干燥土壤等条件下实现有效激发，亦无需严格要求接地条件，适应能力明显增

21、 强。在信号接收方面， 采用高灵敏度的新型接收线圈和 140dB信号增益， 接收信号灵 敏度明显高于同类接收机。可见， LD6000发射机在低频和高频时的直连法实际输出性能高出某10W发射机 20-50%，但常用的 33K 中频高出某 10W发射机 130%。LD6000直连法的实际探测距离为 80m，某管线仪为 30m，比某管线仪远 50m， 直连法探测距离是某管线仪的 2.67 倍。LD6000感应法的实际探测距离为 55m，某管线仪为 30m，比某管线仪远 25m，感 应法探测距离是某管线仪的 1.83 倍。3管线定位与定深更准确LD6000采用双水平和双垂直线圈管线接收管线信号，具有三

22、种信号接收方式：11双水平线圈用于峰值法（极大值法）检测管线磁场的水平分量梯度Hx，单水平线圈用于宽峰法（ Hx极大值法）检测管线磁场的水平分量 Hx，双垂直线圈用于谷 值法（极小值法）检测管线磁场的垂直分量梯度 Hz。峰值定位模式抗干扰能力强， 在密集管线环境下定位和测深较为准确， 适用于密 集和复杂管线条件，是管线探测的首选定位模式。谷值定位模式抗干扰能力较差， 管线密集时存在较大定位误差甚至错误定位，仅在单一管线条件下定位准确；但 谷值法时的信号灵敏度较高，能够接收到深部管线信号，且探测距离较远，因而 谷值定位模式一般用于探测大埋深或者长距离的单一管线。宽峰定位模式的抗干 扰能力和信号灵

23、敏度介于峰值法与谷值法之间，一般适用于探测大埋深的单一管 线。不同信号接收方式适用不同管线条件，多种信号接收方式有利于在复杂管线 条件下对探测结果进行对比和相互验证。双线圈接收技术通过差分方式消除或抑制空间及地下邻近管线的电磁干扰， 并利 用 Anti-clutter 滤波器自动过滤干扰信号， 提高探测信号的信噪比和信号稳定性， 实现在复杂条件下的精确定位。同时，双线圈接收技术使得接收信号的峰值响应 突出且峰值响应范围变窄，提高探测信号的分辨率，有利于准确观测和识别峰值 信号点，提高定位精确度。LD6000 接收机采用创新性的峰值信号标识线进一步提高定位精度，在条形图信 号强度中清晰地指示出二

24、秒内的峰值信号位置，当条形图信号强度位置与峰值信 号标识线重合时表明定位准确，否则需要向峰值信号标识线移动接收机，两者的 偏离距离越远说明接收机偏离管线位置越远。峰值信号标识线让信号响应更加直 观明确，而无需来回反复平移接收机靠人为判断来识别峰值点，便于简单、快速、 准确地定位管线，有效避免误测，提高了定位速度和精度。12LD6000采用 70%特征点法精确测量管线中心埋深， 该种测深方法经过多年实践证 明是最准确有效的测深方法，即便在复杂条件下亦能保证深度测量误差在管线实 际埋深的± 5%以内。按键直读测深方法仅适用于单一管线条件，受其测量原理限 制，在存在空间及地下电磁干扰时会产生必然的误差乃至错误，因此直读深度是 一种估计深度，只能作为参考。另外，在宽峰模式时还可使用50%特征点法和 80%特征点法测深，在谷值模式时还