0 引言

宁波位于我国东部沿海，属于亚热带季风性气候，每年的降雨天数比例接近2/5，地下水位高，属于典型的软土地区^[1]。排水管道一般按照30年至50年不等的使用年限进行设计，以宁波为代表的南方地区是软土地基易沉降，加上道路交通压力加剧了地下排水管道沉降的程度，导致排水管道在使用过程中易发生破裂、变形甚至坍塌等缺陷，例如柳州市某处截污主管进行CCTV检测，11.3km的管道发现各类结构性缺陷248处，功能性缺陷171处^[2]。排水管道缺陷如不尽快采取修复措施，不仅会对周边水生态环境产生影响，还会导致道路塌陷事件。本项目采用技术成熟、应用普遍的CCTV检测技术，对管道内可能存在的结构性和功能性缺陷进行全面探测和录像，为管道修复提供依据。

1 项目概况

本项目检测的管道在建成区内，包含老城区和旧城改造区域，排水管道使用年限为10年至30年，极个别老城区合流管道已使用35年以上，本次管道检测的总长度为70.15km，含雨水和污水管道，管径为DN200～1 800，其中污水管道管径集中在DN300～400，埋深为1.1～5.0m，管材为钢筋混凝土管、HDPE管和PE管。本项目为该区域首次大规模系统性的管道检测项目，之前的管道养护主要以清捞、疏通和突发性维修为主，区域内管道水位较高，地下水入渗情况普遍存在，部分老城区合流管道内淤积严重。本项目是包括抽水、清淤、检测、修复和污染源查找等在内的综合性的管道体检。

2 管道检测与评估

2.1 CCTV检测技术

采用CCTV检测装备，先对管道内沉积、结垢、障碍物、残墙坝根、树根、浮渣等功能性缺陷进行爬行拍摄，对发现的功能性缺陷处置完成后再次爬行，对管道内破裂、变形、腐蚀、错口、起伏、脱节、接口材料脱落、支管暗接、异物穿入、渗漏、坍塌、变径等结构性病害进行准确探测和连续录像，影像资料经数据处理后生成缺陷类型和等级，并给出修复建议的地下排水管道缺陷探查分析手段^[3]。

2.2 检测设备

本项目中的CCTV检测设备要求摄像头高度可自由调整，爬行器的车轮直径大小或者轴间距可根据被检测管道的大小进行更换或调整，灯光强度可调节。检测设备须具备距离计数功能，分辨率不小于400万像素，电缆计数测量仪最低计量单位为0.1m，精度误差不大于0.3 m或±1%，爬坡能力应大于5°。

2.3 检测流程

本项目检测的排水管道为在用的雨污水管道，管道内水位高，存在淤泥沉积等情况。检测前需要使用与待检测管道管径相适配的橡胶气囊对两端检查井进行封堵和抽排降水作业，待沉积的淤泥和固体废弃物完全暴露后，使用高压水枪对管道内淤泥进行冲洗和抽吸，采用泥浆车运送至专用处置点进行无害化处置（积水≤10cm且积泥≤20%），对固体废弃物进行人工清掏并专业处置，上述工作完成后由现场业主或业主代表管理人员进行确保后，对该段管道进行CCTV机器人爬行检测并录制影像资料。

2.4 检测评估

本项目按照《城镇排水管道运行与维护技术规程》（DB33/T 1124-2016）、《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ 181-2012）对所检测的管道缺陷进行量化评估，评估结果包含：管道缺陷统计，各检测管段所含的缺陷类型、缺陷等级、修复建议、缺陷距离、管材管径、缺陷描述、预估修复费用、视频和照片等信息，根据评估结果当场可以修复的由现场业主或业主代表明确后当即修复，避免二次封堵抽水作业对管道运行产生影响。

3 管道检测结果分析和评价

3.1 检测结果

本工程共计检测雨污水排水管道70.15km，根据无需修复不列入缺陷统计的原则对所有缺陷综合筛选和分类分级，本工程共计查出各类缺陷3 235处，每公里管道缺陷41.1处，其中结构性缺陷3 050处，具体见表1，功能性缺陷185处，具体见表2。结构性缺陷中包括1级（轻微）缺陷289处，2级（中等）1613处，3级（严重）874处，4级（重大）274处，占比分别为9.48%、52.88%、28.66%、8.98%；功能性缺陷中包括1级（轻微）24处，二级（中等）40处，3级（严重）49处，4级（重大）72处，占比分别为12.97%、21.62%、26.49%、38.92%。

  

表1 管道结构性缺陷汇总

Tab.1 Summary of structural defects of pipeline

 

  

表2 管道功能性缺陷统计

Tab.2 Statistical table of pipeline functional defects

 

3.2 管道结构性缺陷评估

对本工程中检测出管道结构性缺陷进行统计，所有缺陷中破例、渗漏和变形最为严重，分别有1 150处、645处和355处，占结构性缺陷比例为37.70%、21.15%和11.64%。按照管道材质进行统计，包括钢筋混凝土管、HDPE波纹管和PE管，其中前两种管材应用广泛、缺陷多，统计结果如图1和图2所示。对比发现，钢筋混凝土管的单位长度管网的结构性缺陷要少于HDPE管，尤其是3级（严重）和4级（重大）缺陷，钢筋混凝土管明显少于HDPE管；在缺陷类型上，钢筋混凝土管渗漏和错口两类缺陷多于HDPE管，而HDPE管变形和破裂要多于钢筋混凝土管，尤其是管道变形要多17%。本次检测中PE管检测292m，发现破裂4处，缺陷等级均为2级，数据量较少不具备代表性，不作单独统计分析。

图1 钢筋混凝土管和HDPE管各缺陷等级占比情况   

Fig.1 Proportion of each defect grade of reinforced concrete pipeline and HDPE pipeline

图2 钢筋混凝土管和HDPE管各类型缺陷占比情况   

Fig.2 Proportion of defects in reinforced concrete pipeline and HDPE pipeline

上述差异的主要原因是：(1)宁波市地下水位高，导致管道渗漏现象普遍存在，软土地基导致地质沉降频发，进而影响HDPE管的使用质量；(2)HDPE管作为近10年来普遍应用的新型管材，早期生产厂家多、质量参差不齐，管道回填后因沉降发生变形损害；(3)本项目中检测的钢筋混凝土管使用年限普遍长于HDPE管，地质沉降和刚性接口的结构导致在地下水位高的地区普遍存在渗漏现象。

3.3 管道功能性缺陷评估

对本工程中检测出管道功能性缺陷进行统计，所有缺陷中障碍物、残墙坝根和树根最为严重，分别有54处、49处和39处，占结构性缺陷比例为29.19%、26.49%和21.08%，具体见表2。按照管道材质进行统计，包括钢筋混凝土管和HDPE波纹管缺陷数分别为119处和66处，占比为64.32%和35.68%，其中钢筋混凝土管由于使用年限久，功能性缺陷明显多于HDPE波纹管，以残墙坝根和障碍物分布最为广泛，主要原因为：污水中的悬浮物在管道内沉降以及人为倾倒垃圾到排水管道中，障碍物如混凝土块等主要来源于周边地块开发项目进行混凝土浇筑时未采取管道保护措施等^[4]。

4 管道修复和缺陷防治对策

按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ181-2012）要求，以本项目中发现的缺陷统计数据为底数，结合宁波地区特殊的地质条件，对本项目中所有结构性缺陷确定对应的修复建议，特殊情况下，应结合检测视频、使用年限和材料综合评定修复方案，具体分类见表3。

  

表3 管道结构性缺陷修复建议汇总

Tab.3 Summary of pipeline structural defect repair suggestions

 

本项目中局部树脂固化法修复893处、局部不锈钢双胀环（圈）内衬修复44处；整段CIPP紫外光固化法修复167.6 m，整段管道坍塌置换法修复950.4m，整段开挖修复8处。

4.1 局部修复技术

本项目中局部修复的备选技术包括：局部树脂固化法和不锈钢双胀环（圈）法。

局部树脂固化法是指在原管道待修位置，采取专用点修复气囊扩张法，将均匀浸渍固化性树脂的玻璃纤维织物，紧贴在管道修复位置，通过常温固化后，形成局部短管内衬的一种环状局部修复方法。固化物硬度高、韧性好，有很强的抗冲击及抗弯曲性能，同时也具有非常强的耐腐蚀性。适用于管径小于800mm排水管道局部损坏修复，本项目中局部树脂固化法修复前后对比照片见图3。

图3 局部树脂固化法修复前后   

Fig.3 Before and after local resin curing repair

不锈钢双胀环（圈）法是利用环状橡胶止水密封带与不锈钢套环，在管道接口或局部损坏部位安装橡胶圈双胀环，橡胶带就位后用2～3道不锈钢胀环固定，达到止水目的。施工速度快，质量稳定性较好，可承受一定接口错位，止水套环的抗内压效果比抗外压要好。适用于管径大于等于800mm以上及特大型排水管道局部损坏修复，本项目中不锈钢双胀环（圈）法修复前后对比照片见图4。

图4 不锈钢双胀环（圈）法修复前后   

Fig.4 Before and after repair of stainless steel with double expansion ring

4.2 整体修复技术

根据修复指数RI和缺陷密度S_M综合判断是否采用整体修复，本项目中整体修复技术包括管道塌陷置换法和CIPP紫外光固化法。

CIPP紫外光固化法是将玻璃纤维编制成软管浸渍树脂，然后将其拉入原有管道内充气扩张紧贴原有管道，在紫外光的作用下使树脂固化形成具有一定强度的内衬管的原位固化法。该方法具有施工速度快、工期短、质量高、内衬和管道之间形成紧密贴合、过流面损失小，强度高和防渗性好等诸多优点^[5]，本项目中CIPP紫外光固化法修复前后对比照片见图5。

管道塌陷置换法是把许多PE材质的短管连接在一起，通过连接导杆，以钢膨胀头将原先管道破裂，水平定向从检查井到另一座检查井形成一条整体管道的工艺，采用爆管施工，新管道内径不缩小，不挖工作坑、不开挖地面、不破坏井室的情况下，利用现有井室，把两个井距间的排水管道整体更换，避免在建成区开挖带来的诸多弊端，本项目中管道坍塌置换法修复前后对比照片见图6。

图5 CIPP紫外光固化法修复前后   

Fig.5 Before and after repair by UV curing of CIPP

图6 管道坍塌置换法修复前后   

Fig.6 Before and after pipeline collapse replacement repair

4.3 其他修复技术

目前检查井渗水和井体结构破坏问题也较为严重，本项目中采用外部注浆对检查井进行修复，即通过向井外注入水泥浆液，在井外形成止水帷幕，也对井壁周边的土体起到了很好的加固效果，而对于因井内壁未摸砂浆导致渗漏的，在井内壁均匀的涂抹一层不小于10mm的水泥砂浆层，本项目中检查井注浆法修复前后对比照片见图7。

图7 检查井注浆法修复前后   

Fig.7 Before and after grouting repair of inspection shaft

对于非开挖无法修复或修复效果不佳的整体坍塌等问题管段，一般采用整体开挖换管的方式进行修复，开挖换管分为井到井换管和管段中间换管，井到井换管包括放样、交通导改、开挖、基坑围护、放管、回填、恢复原路面等步骤，而管段中间换管除上述步骤外还需再利用紫外光固化进行二次内衬修复。

4.4 功能性缺陷处置

本项目查出各类功能性缺陷185处，所有缺陷中养护指数MI>1的均要求进行处理，除管内被硬化的混凝土堵死等极端情况发生外，均采用非开挖修复方式对功能性缺陷进行处置，对于管径≥600mm的管道，一般采用人工进入处理的方式，对于更小管径一般采用多功能旋转喷头、链式切割机和小型研磨喷头等装置进行清理，达到管道正常运行的目的。

5 项目取得效果

本项目实施期间，同步对污水输送系统下游某污水检查井和某市政雨水的沿河排口上游检查井进行1月1次的观测和水质检测，观测主要是在当日12:00前后对污水检查井内污水液位距离井口的绝对液位差，同时对雨水排口上游检查井进行感官评价；水质检测是在本地区连续3d无降水时，对污水检查井和排口上游检查井取水样检测，测试项目以COD作为表征指标。

5.1 污水评价

检测修复期间，对某污水检查井进行液位观测和水质检测，统计结果如图8所示，10月10日至12月10日，该污水检查井内绝对液位差和COD数值明显上升，12月10日至1月8日基本无变化。分析主要原因为：污水管网及附属的检查井的检测修复，基本解决了地下水入渗和雨污水串管等问题，基本消除晴天外水汇入问题，在片区污水处理量总体维持不变的前提下，污水处理率明显提升，污水浓度得到提升，污水管长期积水问题明显改善；12月10至1月8日为项目收尾阶段，基本为局部数值固化法修复二级和三级结构性缺陷，导致两项数值基本无变化。

5.2 雨水评价

检测修复期间，对某沿河排口上游雨水检查井进行色度和水质检测，统计结果如图9所示，项目初期由于雨污水串管和店铺私接等原因，导致雨水管内水质较差，为劣Ⅴ类水。经过对该雨水排口上游市政雨水管网进行系统性检测，对多处横穿雨水井的污水管破损、渗漏等缺陷进行修复，对沿街店铺私接污水排口进行整治，将雨水井内的存水抽排至污水管内，到11月10日复查时该沿河排口上游雨水检查井内雨水水质变好，色度变化明显。11月10日至12月10日，该雨水检查井内存水COD微量上升，分析为由于宁波地区在该段时间降雨量极少，雨水井内少量沉积物导致化学需氧量略微上升，12月10至1月10由于降水影响，雨水管内水质正常。

图8 某下游污水检查井液位和水质检测变化情况   

Fig.8 Detection changes of liquid level and water quality in a downstream sewage inspection well

图9 某沿河排口上游雨水检查井色度和水质检测变化情况   

Fig.9 Changes of chromaticity and water quality of rainwater inspection well in upstream of a drainage outlet along the river

6 结论

本次检测修复项目是在住房和城乡建设部提出城镇污水提质增效三年行动方案的大背景下开展的综合性排水管道清淤、疏通、检测和修复项目。通过项目的实施及数据分析，可以宁波地区地下管道健康状况进行评价依据和参考。在检测的70.15km管道中，3级（严重）及以上缺陷数达到1 148处，占比达到16.36处/km，需尽快或立即修复。

根据缺陷类型判断，一方面是宁波地区丰富的地下水和淤泥质地基导致管道发生不同情况的缺陷；另一方面，施工和管材质量得不到保证，运维中没有及时跟进在一定程度上也导致排水管道结构性和功能性缺陷的产生，对污水和雨水缺陷进行修复后，污水的收集效率和雨水黑臭问题明显改善。因此，加强排水管道全生命周期的监管，制定周期性的排水管道检测修复制度对于排水管理和提升污水收集减少河道黑臭问题工具有重要意义。

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杨雪梅