城市污水管网在实际施工和运行过程中, 管道被破坏和发生形变的情况时有发生。不均匀沉降、自然环境因素、人为因素等引发了后期运行时地下污水管道结构性缺陷和功能性缺陷, 致使城市地下污水管网不能发挥应有的作用, 污水跑、冒、漏或者地下水的渗入, 给管网或者下游污水处理厂的安全稳定运行造成了很大困扰。本工程采用了近年来比较成熟可靠的CCTV检测技术进行地下污水管道的探查。本次探查的截污主管总长约为11.3 km, 敷设于城市建成区溪流河道两岸, 采用合流式截流制收集河道沿线居民、商户、小作坊、加工企业等生活、生产污水。沿岸建筑密集, 人口稠密, 污水量较大。污水管管径为D800～1 500, 埋深约5～8 m, 材质为钢承口钢筋混凝土管, 当时采用人工顶管法施工。管道沿线地下水位较高, 局部管段埋深低于常水位线以下, 建成运行至今在15年以上。

　　 常规的CCTV 检测流程:收集资料→现场勘察→编制检测方案→清洗疏堵排水→CCTV 检测采集影像资料→总结数据→编制检测报告→验收数据准确度→提交评估报告 (见图1) 。

　　 结合检测管道的作业分段, 考虑到安全性和可实施性, 对于管径为D800的污水管道采用橡胶气囊封堵, 对管径为D1 000、D1 200、D1 350、D1 500 4种规格的污水管道采用砖封+橡胶气囊封的临时封堵方式, 最大限度满足检测管道的作业需求。封堵第2 d后严密观察是否封堵成功, 有无渗水现象, 确认合格后进行下步工序。

　　 当管道内水位≤20% D (管径) 时, 直接放入检测仪进行检测。对于管道内水位>20% D的情况, 需要结合管道的封堵, 对管道积水进行自流排出或水泵抽排, 使检测管道内的水位降低, 尽量排干, 保证检测项目的质量和安全。

　　 按照排水管道CCTV 检测的要求, 需要保证管道管壁无淤积、结垢、垃圾等覆盖, 从而保证进行CCTV 检测时结果的准确性。通常采用的是高压清洗或人工清理的方式从上游井口进入向下游井口移动反复清洗。本工程位于溪流两岸, 对于车辆可以进入的地方采用高压射水清洗车清洗, 车辆难以接近的地方通过潜水泵抽取溪水进行人工水枪冲洗, 在下游检查井或沉泥井辅以人工清理淤泥及大块垃圾。

　　 工程技术人员采用CCTV检测系统, 对11.3 km的截污主管管道内部情况进行了探测和摄像, 分析评估管渠的结构性和功能性缺陷, 缺陷名称、代码、等级划分及分值依据《城镇排水管道检测与评估技术规程》 (CJJ 181—2012) 的要求进行, 见表1。

　　 检测结果显示管道的结构性缺陷为248处, 功能性缺陷为171处, 结果详见表2、表3, 部分结构性缺陷检测照片详见图2, 部分功能性缺陷检测照片详见图3。

　　 通过CCTV检测共发现管道缺陷419个, 其中结构性缺陷248个, 功能性缺陷171个。结构性缺陷占比为59.18%, 功能性缺陷占比为40.82%。

　　 结构性缺陷以渗漏、破裂、脱节和错口为主。由于截污管道材质均为钢筋混凝土管道, 且大部分管道采用顶管施工, 管道接口为T型钢承口, 管道基础为原状土, 管道在运行多年后受地面荷载影响易发生不均匀沉降, 因此在管道接口处容易出现错位, 造成渗漏、脱节、错口等问题。管道的破裂基本出现在管道顶部, 沿管节纵向呈长条线形裂纹, 判断为地面荷载变化造成管道外部压力与内部压力不均衡所致。结果显示管道结构性缺陷多为Ⅰ、Ⅱ等级的渗漏和破裂, Ⅲ、Ⅳ等级的缺陷集中在破裂、渗漏和脱节方面, 由于管道沿线地下水位较高, 导致其通过破损处混入污水管道中, 增加了管道的负荷, 浓度稀释后的污水也不利于末端污水处理厂的运行。

　　 功能性缺陷分别为树根和障碍物 (石块等) 。由于南方城市种植树木较多, 尤其是小叶榕根系非常发达, 对管道接口处的破坏性很大, 树木根系在管道内养分充足, 垂直生长, 漂浮垃圾等易于附着, 严重影响管道的过流断面, 形成管道肠梗阻。障碍物主要是大块的垃圾和石块为主, 易于清理。功能性缺陷多为多为Ⅰ、Ⅱ等级, Ⅲ、Ⅳ等级的缺陷占比很低但影响较大。

　　 根据管道的检测结果, 已经了解了管道的功能性病害和结构性病害的发生位置, 再通过研判损坏情况, 依据《城镇排水管道检测与评估技术规程》 (CJJ 181—2012) 的要求对管段结构性和功能性状况修复和养护状况进行评估, 分轻重缓急, 提出实施性修复计划或预防性修复计划, 最终制定修复改造方案。

　　 如表4所示, Ⅲ、Ⅳ等级的结构性缺陷修复个数为25个, Ⅲ、Ⅳ等级功能性缺陷养护个数为8个, 这些缺陷已经影响到管道的结构安全和功能使用, 因此列为本次修复的重点。考虑到水的渗透性及流动性, 易掏空管道周边土壤形成空洞, 对管道上方路面造成一定的安全隐患, 同时对部分结构性缺陷为Ⅱ等级的管道进行统一修复, 共计53个。对功能性缺陷等级为Ⅰ、Ⅱ的管道实行全部养护。最终确定本项目共计实施249个修复 (养护) 点。

　　 考虑到需要修复的管道埋设较深, 周边环境复杂, 开挖难度大, 修复点位多, 经济性较差, 因此本工程采用非开挖修复对管道存在的结构性缺陷和功能性缺陷进行处理。

　　 当管道结构完好, 仅有局部缺陷 (裂隙或接头损坏) 时考虑使用局部法进行修复, 局部法主要包括嵌补法、局部树脂固化法和不锈钢双胀环法等^[1]。

　　 该方法主要采用聚氨酯环缝堵漏工艺, 以聚氨酯作为嵌补材料对管道内裂缝、脱节等缺陷以及井室缺陷进行修复。

　　 局部树脂固化法又称局部内衬修复技术, 是一种排水管道非开挖局部内衬修理方法。利用毡筒气囊局部成型技术, 将涂灌树脂的毡筒用气囊使之紧贴母管, 然后使其常温固化。

　　 不锈钢双胀环修复技术是一种管道非开挖局部套环修理方法。该技术采用的主要材料为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, 橡胶带就位后用 2～3 道不锈钢胀环固定, 达到止水目的。

　　 前期的检测结果表明截污管道结构基本完好, 绝大部分缺陷位于管道接头处, 因此采用局部修复的方法即可达到止漏加固的目的。对于渗漏类型的缺陷采用局部树脂固化, 破裂类型的缺陷采用裂缝嵌补+局部树脂固化, 错口、脱节类型的缺陷采用不锈钢双胀环法, 接口材料脱落类型的缺陷采用局部树脂固化, 具体见表5。

　　 为确保修复效果, 非开挖修复需要保持作业面干燥为宜, 堵水和疏水措施同管道检测要求一致。

　　 树脂固化法最核心的材料就是玻璃纤维, 通常由两层构成, 一面是构造结构CRF组织, 另一面是混合聚酯纤维作用层。玻璃纤维材料厚度依据待修复管道检测的影像资料或管道的评估报告开展, 同时应充分结合地下水、路面动载、管道原设计资料、建设方的具体需求等因素确定。

　　 修复管段选用厚度4～5 mm的玻璃纤维材料, 首先把玻璃纤维材料按照所要修复的局部尺寸剪切, 然后将含有促进剂的两种树脂按照一定的比例、时间、搅拌混合90 s后均匀涂抹在玻璃纤维材料上碾刮浸润, 接着将玻璃纤维材料包裹在特定的专用管道内衬气囊上, 放入待修复的管道定位后, 充气, 以便含有树脂的玻璃纤维材料紧紧地贴在管壁上, 最后常温保持1 h, 使得树脂发生化学反应, 最终生成玻璃纤维增强塑料紧密粘贴在管道内壁上, 修复后效果如图4所示。

　　 修复流程:清淤→堵水→管道清洗→修复部位打磨→玻璃纤维裁剪→树脂涂抹→内衬气囊表面覆盖玻璃纤维→运送到修复部位→气囊充气→树脂固化→粘结处部打磨→验收→拆堵通水。

　　 不锈钢双胀环法的核心部件就是不锈钢预制环和环状橡胶止水密封带。不锈钢选用304 号不锈钢, 具有良好的延展性, 易冷加工成型, 抗拉强度好, 具有耐腐蚀的特点, 适宜地下污水管道的环境。环状橡胶止水密封带需采用耐腐蚀的橡胶, 紧贴管道的一面需做成齿状, 以便更好的贴紧管壁。

　　 首先对管道接口或局部损坏部位处进行清理, 采用快速堵水砂浆进行堵漏, 然后将环状橡胶封带和不锈钢预制环带入管道内, 在管道接口或局部损坏部位安装环状橡胶止水密封带, 橡胶带就位后用 2～3 道不锈钢预制环固定。安装时先将螺栓、楔形块、卡口等构件使套环连成整体, 再紧贴母管内壁, 使用液压千斤顶设备, 对不锈钢预制环施压 (见图5) , 修复后效果如图6所示。

　　 修复流程:清淤→堵水→管道清洗→修复部位堵漏→环状橡胶止水密封带安装→不锈钢预制环安装固定→施压加固→验收→拆堵通水。对于渗漏量大的修复部位必要时还需钻孔注浆, 对管道外土体进行注浆加固, 形成隔水帷幕防止渗漏, 固化管道周围土体, 填充因水土流失造成的空洞, 增加地基承载力和变形模量, 提高管基土体的承载力。

　　 首先需要凿毛漏水部位, 整理清洁, 用石棉水泥、沥青麻丝将接口底部嵌实封堵, 厚度约3～5 cm, 然后在裂缝内预埋塑料软管, 在预埋管外部封盖双A 水泥防水砂浆, 逐渐抽出预埋软管, 形成注浆空间, 等水泥硬化后注入聚氨酯, 随后清除聚氨酯膨胀后的碎片, 用水泥砂浆抹平管面, 如图7所示。

　　 对于树根生长造成的管道功能性缺陷, 采取切割+裂缝嵌补的形式进行修复。由于树根的生命力顽强, 切割不能完全阻断树根今后再次侵入的可能性, 因此修复效果还有待后续观察。如有条件可考虑对管道周边的树种进行更换, 种植一些根系不太发达的苗木或灌木。

　　 对于石块、柴板、树枝、遗弃物等障碍物引起的管道功能性缺陷, 主要通过人工下井清理移除方式消除, 功能性缺陷养护方案见表6。

　　 按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》的相关要求, 修复后管道应满足原管道设计承载负荷的结构强度要求, 满足原管道设计排水流量的过流能力要求。验收内容主要是修复内衬的总体状况、树脂材料强度、管道圆润情况、管壁光滑状况、渗水情况等, 在进行完上述项目的检验后, 如发现问题应及时采取措施, 以确保修复工程的高质量, 并记录录像资料, 提供检测报告, 树脂固化局部修复内衬质量标准数值见表7。

　　 对比其他常规的管道检测方式, CCTV检测具有无可比拟的优势, 主要体现在技术优势明显、安全性高、操作简单、效率高、可探测范围广、数据信息全等方面, 从而缩短了检测周期, 节省劳动力, 降低了管理成本, 提高了经济效益。而非开挖修复一方面可以将管道修复工作对周边的影响降到最低, 另一方面可以增加管道结构性能, 消除管道缺陷, 降低管道渗漏量, 提高输水能力。

　　 通过本次检测, 详细全面的发现了管道存在的各种结构性缺陷和功能性缺陷共计419个, 及时对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等级的功能性缺陷和所有等级的功能性缺陷进行了非开挖修复, 避免了管道由于长期渗漏得不到及时解决而引发塌陷、泄漏加剧的后果, 取得了良好的效果, 该方式值得在今后的管道检测和修复中应用与推广。但是同时需要认识到, CCTV检测也存在一些制约因素, 该方法只能探测管道缺陷的表象特征, 无法探明管道缺陷处内部或外部的具体情况, 如能结合激光或者光谱分析法等方式将会更加准确知道病害的危险程度, 能更准确地指导修复方案制定。不锈钢双胀环修复法虽然可承受一定的接口错位, 但对水流形态和过水断面有一定影响, 容易形成新的病害点。