城市排水管道結構性缺陷及應對策略

摘要：指出了城市排水管道普遍存在各種病害和缺陷問題，直接影響了排水系統功能的正常發揮，對管網的檢測與修復是管網運維管理的重要工作。以武漢市南湖匯水區排水管網結構性缺陷為例，對缺陷的主要成因歸納為施工質量、管材質量和資產維護管理3方面，提出了應對策略，具體為嚴控施工質量和驗收環節、采用智慧水務技術、運用排水管道非開挖修復新技術、加大排水管道新產品研發力度、變被動管理為主動管理這5個方面。以供參考。

關鍵詞：排水管道;結構性缺陷;施工質量;智慧水務;管道非開挖修復

中圖分類號：TU821.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2020）04-0197-03

1 引言

排水管道是城鎮市政基礎設施的重要組成部分，是城鎮的“地下生命線”。隨著城鎮化建設飛速發展，現有排水管道規模不斷擴大。然而，在管道總量增加的同時，部分管道已出現了不同程度的損壞和老化?！冻擎偱潘艿罊z測與評估技術規程》（CJJ181—2012）對管道缺陷分為結構性缺陷與功能性缺陷，并根據嚴重程度分為4級。結構性缺陷（如：材料脫落、滲漏等）影響管道結構強度以及使用壽命，功能性缺陷（如：沉積、結垢等）。結構影響管道輸水能力性缺陷造成的危害相對更嚴重，不僅導致城市污水漫溢、雨水漬澇，而且可能引起路面塌陷，威脅到人民財產及生命安全，需要高度重視。

最近幾年，中央有關部委相繼下發了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》等些列文件，要求對不符合要求的老舊管線系統化改造，恢復功能，消除隱患。但是，由于資金和技術原因，排水管網的維護管理與檢測還沒有形成科學化、系統化的機制，重建設、輕維護現象依然存在，造成了管網病害難以系統化地控制[1]。

管道結構性缺陷和病害，范圍廣而且普遍。例如：在武漢南湖匯水區，排水管網核查發現1365處管道缺陷，其中結構性缺陷342處，占比達25%;在武漢市東湖匯水區，檢測出751處管道缺陷，其中結構性缺陷336處，占比高達45%。武漢南湖匯水區的排水管道結構性缺陷以破裂、變形、錯口、脫節為主，其中破裂有172處，錯口有95處，變形有58處，脫節有17處。

本研究結合武漢市南湖匯水區的情況，在分析排水管道結構性缺陷成因的基礎上，針對性地提出一系列解決策略。

2 排水管道結構性缺陷成因分析

管道結構性缺陷主要考慮的是土壤風險、管道本身風險[2，3]。前者取決于管道敷設位置的地質狀況、動荷載變化等;管道本身風險來自管道自身的幾何尺寸、管材等。具體可理解為如下幾個原因。

2.1 施工質量缺陷

（1）溝槽回填質量。最常見的問題是沒有用良性土或粗砂分層回填管道溝槽，而是用雜填土回填施工。這會導致管道溝槽胸腔回填密實度沒有達到要求，以致管側無抗荷載能力，荷載集中在管頂，使管道發生變形破裂。由于密實度不足而形成的軟土高壓縮性，管道容易出現縱向垂直變位[4]。特別是埋設塑料管材的溝槽，一旦管道變形失穩，其破壞程度往往比混凝土管嚴重。以南湖匯水區為例，發現的58處管道變形病害均屬于塑料管材溝槽回填不合格所致。

（2）管道基礎處理質量。對軟弱基礎處理不到位也會引起管道結構性缺陷。仍以南湖匯水區為例，檢測發現的95處管道錯口中有70處是砼管的基礎，17處管道脫節中有14處是砼管基礎。這樣的結果表明混凝土管道的抗不均勻沉降效果較差，這可能與混凝土管道管節短，管道接口較多有關。

2.2 管材質量缺陷

剛度不夠的管材抗荷載抗變形的能力差，柔性不夠的管材承受變形的擾度低。選擇管材時這兩個方面的性能都要滿足。

市場上管材種類繁多，事實上給選擇合適的管材增加了難度。以HDPE為代表的各類化學管材成本高、種類多、其質量良莠不齊，市場較為混亂。由于HDPE等塑料管材屬于石化衍生品，其原料價格受石油價格影響較大，因此一些不良廠家為了降低成本，通過添加塑料二次料、增大碳酸鈣投加量等方法增加環剛度，這降低了塑料管材的質量和使用壽命。還有一些塑料管材從工藝上降低成本，采用鋼塑復合結構（如：鋼帶增強管、塑鋼纏繞管、鋼塑復合管、中空壁塑鋼纏繞管等），但這些管材在地下水位高的南方地區使用時，因為地下水接觸鋼帶與母材之間的裂隙后，會加速材料腐蝕，破壞管道結構，廠商標稱的50年使用壽命有待檢驗。

傳統鋼筋混凝土管道的市場質量也不容樂觀。由于砼管價格低，利潤少，傳統混凝土管道的生產大廠日趨減少，目前供貨的大多是些山寨小廠，生產的混凝土排水管質量不等，使用中容易開裂。南湖匯水區共發現172處管道開裂病害，其中160處屬于混凝土管道。

2.3 管網資產維護管理困難

在南湖匯水區排水管道檢測中，發現多處管道被異物侵入。一些排水暗管從管道側壁非法接人，破壞了管道結構，例如：電纜從管道內部穿越、排水管道被拖管破壞、自來水管橫穿排水管。這些侵入物不僅嚴重破壞了排水管道的使用功能，而且帶來了安全隱患。遇到管道水位較高的情況時，日常維護難以發現，需要采用CCTV檢測才能發現破壞部位，增大了管道運行維護的難度。

由于排水管網是地下隱蔽物，且大部分為重力流管道，因此被異物侵入后，其破壞的后果不像電纜、自來水、燃氣管道破壞時呈現爆發性的嚴重事故，而是具有明顯的滯后性，往往數天或一場暴雨到來時才能發現問題，因此執法和舉證較難。

3 應對策略

3.1 嚴控施工質量和驗收環節

作為隱蔽工程，排水管道工程施工中需嚴抓分步驗收，應從管道質量、溝槽開挖及放線、管道基礎處理、管道安裝與連接、溝槽回填等5個方面嚴控質量。

（1）管道質量。選用口碑好的大廠產品，保證各類質量證明報告齊全。除了抽檢之外，還可把質量管理制度化，例如：由省或市級行業主管部門牽頭，對生產廠商產品質量建立信用庫，合格者才能納入采購對象。

（2）溝槽開挖和放線。施工中，監理應對溝槽的寬度、高程、線型進行復核，經測量無誤后方能進入下一道工序。

（3）管道基礎處理?，F場監理要嚴抓管道基礎承載力檢測環節，管網在運行過程中的錯口、脫節等結構性缺陷很多就是因為管道基礎出現了問題。

（4）管道安裝與連接。為避免滲漏發生，管道安裝和連接質量是關鍵，混凝土管道承插或企口連接時一定要設置橡膠圈，建議采用遇水膨脹橡膠圈?；炷凉艿澜ㄗh采用管枕輔以砂石基礎，這種半剛性基礎可減少南方水網地區管節錯口和脫節等病害的發生。

（5）溝槽回填。從管底基礎部位開始到管頂以上0.5m范圍需采用良性土或粗砂按規范分層對稱回填，施工中應采用人工輔以小型機械分層夯實。工程竣工未通水前，建議請第三方檢測單位采用CCTV進行全線檢測，檢測報告提交水務接管單位，經檢驗合格后方同意驗收。

3.2 采用智慧水務技術

管網缺陷的探測是病害防治的基礎，也是管網維護運行當中的一項重要任務。城市地下排水管網面廣量大，情況復雜，若對每一條管道都動用CCTV、潛望鏡等技術設備進行管道檢測，需要較長的時間及較高的人力、物力成本。如果對管網的重點部位進行有限次數的檢測，則有望通過抽樣獲得的部分數據，對管網整體狀況有近似全面的、準確的評估。一個完整的評估體系通常由最大缺陷值、管道缺陷的長度平均值指標、點數平均值指標綜合后做出評估[5]。

管網的破壞和衰退整體上是個漸進的過程，平時難以及時發現管網細微缺陷問題，地下的問題積重難返才反映到地面漬水。如果缺乏有效的監督管理，問題很可能從量變引起質變、小問題變成大問題。因此，在現有排水設施基礎上建立智慧水務平臺，加裝智能機器人巡檢監測，實現地下排水管網的全智能監測、預警、決策和處置，是及時發現和處置各類管道缺陷的重要手段。

3.3 運用排水管道非開挖修復新技術

在社會和環境成本方面，管道非開挖修復技術有明顯的優越性。根據《城鎮排水管道非開挖修復技術規程》CJJ210-2014標準，管道非開挖修復工藝有上十種，目前市場上常用的管道非開挖修復技術主要有六種方法，分別為：紫外光固化工藝、熱塑成型工藝、管道墊襯工藝、螺旋纏繞工藝、管盾澆筑工藝、不銹鋼快速鎖法等，其適用條件如表1所示。

目前，紫外光固化內襯修復呈現獨特優勢，值得關注和推廣，其他的環保、經濟的管道非開挖修復技術勢在必行[6]。

一般來說，非開挖修復適用于管道結構沒有嚴重破壞的情形，因此混凝土管道結構缺陷比塑料管材的結構缺陷好修復一些。當存在破裂、接口材料脫落缺陷，需要進行點修時，局部原位固化修復工藝及不銹鋼快速鎖修復工藝均可對其進行修復，當管徑d<500mm時，采用局部原位固化修復工藝，當管徑d≥500mm時，采用不銹鋼快速鎖修復工藝。

3.4 加大排水管道新產品研發力度

目前市場上排水管材總體來說分為鋼筋混凝土管、化學管材、金屬管材三類。鋼筋混凝土管具有強度高、剛度大、承載能力強、安全系數高、制造成本低、就地取材等優點，但其內壁粗糙、安裝效率低、接頭多、密封性差、運輸困難、接口易破損等缺點也很突出;各類化學管材具有重量輕、韌性好、抗震性能好，水力特性好，抗腐蝕能力強、安裝方便、密封性好等優點，但也存在成本高、市場混亂、質量參差不齊等缺點;各類金屬管道如球墨鑄鐵管、鋼管等管材多用于帶壓力的排水輸送管道，在重力流排水管道上應用并不多。

我國幅員遼闊，南北地質、地貌差異較大，因此管材使用不能一刀切，必須符合當地國情。

由于武漢河湖眾多，地質構造多為灰褐色的沖積砂、亞砂土、亞粘土沖積物或淤泥質褐色亞粘土的湖積物，一般地面以下1.0m內可見地下水，常有流砂出現，因此柔性管道較為適合本地區軟弱地質。但柔性管道周邊一般回填粗砂，管道一旦出現破損滲漏，豐富的地下水可將周邊的粗砂隨管道縫隙帶走，形成空洞，繼而引發地面塌陷，而塌陷又加速了塑料管道的結構破壞，自2018年12月湖北省政府發布禁止采挖河砂的通告后，武漢市溝槽回填粗砂綜合單價已逼近500元/m³，塑料管材在本地應用的綜合優點已不顯著，一些區擬在新建項目中采用球墨鑄鐵管作為市政污水重力流管材，因此研發適合江南水網區的排水管材迫在眉睫。目前雄安新區、福州、珠海等地陸續將球墨鑄鐵管選用為排水重力流管材，可能也是基于上述管道病害問題的綜合考慮。

3.5 變被動管理為主動管理

目前的維護管理中，通常的做法是：發現有什么問題，就解決什么問題;哪一片區域的問題嚴重就優先解決那一片區域排水的問題。這在維護管理理念和技術發展的早期階段是最好的策略，也是不得已的策略。但是，現在隨著排水管線普查技術的提高，越來越多的管線、以致全部管段有望納入管網資產管理清單，也就為主動全面的管理提供了必要的技術條件。

主動管理最大的優勢就是在問題還沒造成嚴重危害時，及時發現并解決，防止危害的發生。

（1）主動發現管道病害。在對現有管線初步調查的基礎上，總結管道病害的方式和發展規律，對管網資產進行篩查，有重點地對一些已經發生病害的管道和病害危險性較高的管道采取有針對性的措施，而不是被動地等病害發生后在采取補救措施，也不是不分主次、不分輕重緩急地進行大規模、全面性地普查。

（2）主動采取防治措施。根據檢測得到的病害嚴重程度信息，分析不同病害產生后果的嚴重程度，并采取相應的措施。

（3）充分利用已有的大數據和智慧水務管理與技術。隨著物聯網技術的發展和應用的普及，大數據的獲取更加容易，對數據中隱含的信息提取和精煉將變得尤為重要。除了排水硬件（管渠、檢查井、雨水口、泵站等）需要及時養護建檔之外，還要對歸檔的各類信息進行高效地提取和利用。智慧水務的建設，也可理解為水務建設的信息化。物聯網系統主要功能是采集數據，然而數據不是信息，只有經過提煉、對數據值隱含的一般規律能做出總結，才稱其為信息。對信息的加工和提取以至于利用這些信息進一步指導后續維護管理工作，才是水務管理者當務之急。

4 結語

與城市水環境治理有關的很多工程建設，暴露出的問題是在水里，但是其根源卻在岸上，關鍵在排口，問題的核心則在排水管網。以武漢市南湖匯水區為例，排水管道結構性缺陷占比較多，主要原因有施工質量、管材質量和運行維護三方面，因此要注意嚴控施工質量和驗收環節、運用智慧水務技術、運用排水管道非開挖修復新技術、加大排水管道新產品研發力度、變被動管理為主動管理，只有從多方面同時著手，才能有效地、逐步解決排水管道的結構性缺陷帶來的危害。

參考文獻：

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[6]安關峰，王和平，劉添俊，等，廣州市排水管道檢查與非開挖修復技術[J].給水排水，2014，50（1）：97～101.

收稿日期：2020-01-08

作者簡介：王曉靜（1972-），女，高級工程師，主要從事城市排水管網建設與維護管理.