市政管网修复优化设计研究

夏永峰

（中榕规划设计有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

国家《水污染防治行动计划》对黑臭水体的控制提出了明确的要求，然而，我国目前市政道路管网存在破裂、拥堵以及雨污分流不彻底等多方面的问题，对城市内河造成严重的污染，影响了水质，与人民群众生活水平相关指标存在严重的矛盾。本文从实际出发，基于杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域系统治理及大排查项目，重点分析了实际存在的问题，有针对性地提出了管网修复的优化设计措施。

1 工程概况

杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域范围是指黄金大道、普瑞大道、潇湘北路和银星路围合区域，范围内共有23 条市政道路，分别是：黄金大道、桑梓路、金甲冲路、桑梓二路、澳海路、澳海南路、金奥路、银星路、梅园路、月亮岛路、金星北路、樟木路、盛腾路、金潇路、杨峰路、银杉路、潇湘北路、博士路、星峰路、王家湾路、银月路、银江路以及银晟路。

该项目设计内容含杨峰撇洪渠、白石湖前渠管网修复和雨污水分流改造两部分。此次针对长沙市望城区杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域范围内市政道路、街巷等排水管网的清淤工程，包含市政道路污水管及雨水管（管径为DN200～DN2400），道路长约38km。任务是解决区域内管网的淤积问题，恢复已建排水设施的排水能力。清淤设计主要包含管道封堵、临时通风、管道清淤、排水以及外运清淤产生的淤泥，管道内的其他杂物如树叶、垃圾等的清除一并属于本次设计内容。

该工程为城市排水管网清淤工程，共包括区域内的15 条道路，分别是：黄金大道、金甲冲路、银杉路、潇湘北路、银星路、月亮岛路、澳海路、博士路、金奥路、金潇路、梅园路、桑梓二路、桑梓路、盛腾路、金星路。根据各条道路的管网QV 检测报告及其养护建议，此次设计对报告管道中功能性缺陷等级为Ⅲ级和Ⅳ级的管网进行养护，其他的暂不处理。

2 工程相关问题及原因分析

2.1 拥堵问题及原因分析

城市排水管道在长期运行中由于水质的物理化学特性及微生物的作用，常常使管道内壁产生腐蚀和结垢的现象，从而导致管道流量降低，排水能力迅速下降，还常常使水质变坏发臭。

该方案中排水管道悬浮固体物浓度较高，且其密度均比水大，极易造成固体物质沉积。悬浮固体主要有自然泥沙、腐质残留等物质，通常情况下，这些固体物质的下沉速度和淤积程度与其粒径和密度有关，也与流量有关。根据流量流速公式，流速小、密度大、粒径大的颗粒容易沉积造成管道淤积。而且，污水管道的流速不能时时刻刻保证在0.6m/s 以上，由于管道弯曲转折造成的局部损伤、颗粒黏附力较强，以及管径的突变都会造成流速下降，一旦流速下降，淤积可能性会大幅提高。该案结合过去的管网普查经验分析得出，污水管道淤积一般是由以下原因造成：

一是管道施工过程中有施工残留，未对管道进行冲洗，管道接口有砂浆掉落，日积月累，管道经常会发生拥堵。

二是随着城市建设的加快，很多垃圾污染物未能及时运输出去，反而人为地排向排水管道，这种情况极易造成管道卡死，大幅降低管道的过水断面和通水能力。

三是餐饮业油脂废水的排入造成管道黏稠，也会造成淤积。

四是大量泥沙随雨水排入雨水管道，此泥沙有来自路面的，也有绿地中泥土漫流进入的。

五是市政道路排水管道周边往往有乔木的根系，其根系进入管道，造成管道渗漏或断面缩小，一些其他植物也会在管道内繁殖，造成管道拥堵。

六是市政管网的流量不足、坡度不够，造成管道水流速度经常处于0.6m/s 以下，必然会导致淤积情况发生。淤积会造成过水断面缩减、过水能力下降，更有甚者会直接造成市政管网的堵塞。在市政管道的后期管理中，有必要对管道进行养护性管理，定期和不定期疏通管道，确保水流速度满足设计要求。

2.2 雨污分流问题及原因

根据管网普查资料，流域范围内共存在雨污混接点5 处，均为市政污水管道接入市政雨水管道系统。主要分布于2 条道路，1 处位于梅园路（雨污水主管有连通），4 处位于星峰路（3 处雨水口错接污水井，1 处污水混接进雨水井）。针对雨污混接的成因，有历史原因和施工原因，也有一些商铺污水直接接入雨水口。城市发展初期，在城区设计了大量合流制排水系统，导致雨水污水合流直接排入城市内河。随着科技的进步、生活水平的提高，人们对水质要求越来越高，截流式合流制在城市管道改造中得到大量应用。此次改造过程中虽然大部分污水进入污水处理厂，但是仍有少量污水进入河流，污染城市内河。另外，在施工过程中，由于施工方错误地连接雨水污水管网，导致部分污水直接污染城市河流。

2.3 结构性问题分析

管网结构性检测的结果显示，该案中现状排水管道存在相关缺陷，典型缺陷为变形、错口、渗漏以及外物进入现象。经过视频判读发现，检测管网存在Ⅲ级和IV 级结构性缺陷75 处，其中管道变形44 处（Ⅲ级19 处 和IV 级25 处）、错 口5 处（Ⅲ级3 处 和IV 级2处）、破 裂24 处（Ⅲ级10 处 和IV 级14 处）、起伏1 处、渗漏1 处。流域范围内存在雨污水混接6 处（雨水进入污水3 处、污水进入雨水3 处），其中1 处位于金甲冲路、1 处位于梅园路、4 处位于星峰路。

管道结构性问题主要是指管道损坏和严重变形后，过流截面急剧减少，或输水能力丧失。造成该问题的主要因素是土壤风险和管道自身风险，前者取决于管道铺设位置的地质条件和动荷载变化，后者取决于管道自身的几何尺寸和构造材料。结构性问题成因总体如下：一是施工原因。最常见的问题是，管沟不是用良性土壤或粗砂分层回填，而是用杂填土回填，导致管沟胸腔回填密实度达不到要求，使管侧无抗荷载能力，荷载集中在管顶，造成管道变形断裂。由于压实度不足形成的软土压缩性高，管道容易发生纵向和垂直位移。二是管基原因。软土管基处理不当也会导致管道结构问题。以该案为例，所涉及片区地质软土较多，早期施工技术不成熟，管基未能采取换填法，或管基未能坐落于原土上，导致地基承载力达不到相关要求。三是管道材质的原因。刚度不足的管道抗荷载和变形能力较差，柔性不足的管道抗变形能力较差。在选择管道时，应满足这两个方面的性能要求。

3 市政管网修复优化设计措施

3.1 清淤修复设计方案

一般而言，清通措施有水力清通、人工清通、竹片（玻璃钢竹片）疏通、绞车疏通、钻杆疏通等。对于小管径且沉积固体较少时，水力冲洗和机械冲洗都能达到清淤的目的。对于大量沉积固体物质的管道，通常会采用单一机械冲洗的方式或几种机械冲洗结合绞车疏通等方案。单一的机械冲洗比较省力，施工成本也不大，但是在沉积固体偏大时效果不好，常需结合绞车疏通，才能达到良好的清通效果，而且耗费工时较多。若管道淤塞较轻，可采取机械冲洗和竹片（玻璃钢竹片）疏通两种方法，施工成本低，见效快。根据该项目管道QV 检测报告，该次设计清淤修复管道段落主要考虑功能性缺陷Ⅲ级和Ⅳ级的管段，其管道的淤积深度约为30%～95%，大部分在管径的1/2 以内，且有较多的障碍物，故该工程建议采用机械冲洗配合人工疏通方法。当障碍物无法通过机械冲洗清除时，需人工清掏或采用专用清障设备去除管内障碍物。

具体设计工艺流程为：准备工作—管道接口—安装管塞—安装防滑支架—管塞充气封堵—清淤—检测等。施工前，应告知沿线企事业单位，在片区主要路口设置车辆绕路行驶指示牌、施工告示牌，力求减少道路拥堵。在施工区域四周放置施工围挡或红锥桶、夜间施工警示灯、交通导行标志，安排专人负责维持、指挥交通，确保无行人、车辆擅自闯入，确保施工人员和车辆通行安全。施工期间结合交通组织及现状施工场地具体情况，设置的施工围挡形式可参考《长沙市房建和市政施工围挡指导图集》，建议工期7d 以内的节点采用水马隔离墩，7～30d 的节点采用D-2 类围挡。井下维护前，技术人员必须对施工人员进行技术交底，下井之前检测污水管道可燃气体情况，保持通风，在确认对人无影响的情况下方可进行清通作业。严禁带火作业，确保施工安全。时刻检测有毒有害气体，一旦发现有毒有害气体浓度超标，务必立即停止施工。再次下井前应先使用通风机通风30min，再使用便携式硫化氢检测仪和报警仪检测，在确认有毒有害气体已被排除后，方可下井工作，下井期间应保持持续通风。清理完毕后对检查井及检查井之间的管道进行CCTV 检测，确保清理达到标准，无死角。

3.2 分流改造修复设计方案

该方案中星峰路现状污水管径DN500，由西往东排入银杉路雨水井，6WS1435～6WS1397 段现状污水管道标高37.03～35.81，下游银杉路污水干管标高36.64～36.59，星峰路污水难以接入银杉路，为逆坡段，因此必须对星峰路6WS1435～6WS1397 段现状污水管道进行废除，新建污水管道以顺接上下游标高。中国的其他城市也可能会遇到雨污水混合和分流改造的问题，为确保城市居民生活排水安全，根据现状可应用多种措施，如改造雨污合流管道、修复结构和功能缺陷管道、改造专用的混合管道、改造化粪池出口等，提高社区雨污分流水平。沿街商铺改造主要包括：餐饮业在排水处增设隔油池；对于美容院等立面，修建隔油沉砂池和头发污水收集井，产生的污水经过排水构筑物后进一步输送至污水管道，形成清晰的流道；对于随意倾倒污水的用户，应在其立面房屋前设置倾倒口，并加强管理，在日常运行中合理排放污水，避免污水直接排入雨水管道。

3.3 结构性修复设计方案

该案设计的主要依据是《杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管网检测报告》的管道评估结果，对管道存在的所有Ⅲ级及以上的结构性缺陷进行修复。

一是对于管道破裂、变形严重，甚至坍塌、丧失过流能力的管道，采用开挖修复。对于埋设较浅，且开挖修复对居民生活及交通通行影响小的，也考虑开挖修复。

二是对于管道结构发生破坏，但不影响过流能力的，且无开挖条件的结构性缺陷管道，从社会影响、经济效益等方面考虑，采用非开挖修复（局部树脂固化）。

三是Ⅰ级和Ⅱ级的结构性缺陷该设计暂不修复。

开挖修复设计主要是根据《杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管网检测报告》的管道评估结果，杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域内现状排水管道Ⅲ级、IV 级结构性缺陷主要有变形、错口、破裂、起伏、渗漏。严重阻碍了已建排水管道的排水能力，为恢复已建排水管道的排水能力并解决因管道破损造成的管周泥沙塌陷问题，需要对该部分管道进行开挖换新管修复。

开挖施工修复步骤为：交通疏导—开挖区管道CCTV 检测明确缺陷点准确位置—沟槽开挖范围现有管线摸排—施工围挡—人工开挖探沟—破碎路面及基层—土方开挖—现状管线悬吊保护—沟槽支护施工—敷设管道—闭水实验—CCTV 复测确认修复情况—支护拆除—沟槽回填—路面（或人行道、绿化带）原状恢复—恢复交通。如CCTV 复测出现该次设计外的新增结构性缺陷，不列入该项目此次改造范围。施工单位记录相关数据，以便发生特殊情况时随时和业主及设计方交流沟通。

非开挖修复设计主要依据《杨峰撇洪渠、白石湖前渠流域排水管网检测报告》中的管道评估结果，对管道存在的Ⅲ级及以上的破裂、变形等结构性缺陷综合采用局部树脂固化、切割+局部树脂固化等非开挖修复技术进行处理。该次设计共3 处非开挖修复，主要分布于3 条道路，1 处位于银杉路、1 处位于梅园路、1 处位于金潇路。银杉路WS0328～WS0335 段污水管道有Ⅲ级变形1 处，位于地铁控制保护区范围内，其污水管上部有现状交通信号灯管线平行敷设，不具备开挖条件，建议采用非开挖修复。梅园路3YS655～3YS657 段雨水管道有IV 级渗漏1 处，由于现状管道埋深较深，约为5.3m，雨水管道上方有污水管道穿过，同时雨水管道位于梅园路和桑梓二路交叉口，如采用开挖修复，对两条路的交通影响都比较大，因此建议采用非开挖修复。金潇路4YS22～3YS196 段雨水管道有Ⅲ级错口1 处，由于现状管道埋深较深，约为3m，雨水管道上方有现状通信管线穿过，同时人行道路边线有挡墙，考虑到施工安全和工程造价，该处管道修复建议采用非开挖修复。局部树脂固化法，旨在利用两种不同树脂（均含有促进剂）混合，严格控制比例，将混合好的树脂敷设在玻璃纤维上，并包裹气囊，一切准备就绪之后放置于管道中，准确定位且予以充气，确保纤维材料黏附于管道内壁，常温静置60min 后玻璃纤维增强塑料得以形成。

3.4 建立健全相关机制的设计

除了有针对性地进行管网修复设计外，还应建立健全保水长效机制的设计，加强各类污染治理设施的运行管理，完善黑臭水体修复的绩效考核和责任追究制度。不定期或定期对城区水体展开综合性调查，巡查管理城市区域内存在黑臭水体的河道，与此同时，鼓励各地优先利用符合城市污水回用水质标准的污水处理厂尾水和河流补给景观环境。在城市管网建设方面，建立混接处罚机制，加强老旧城区的排水管网改造，落实污水接入、初期雨水管理规定，规范城市内工业企业的排污管理，完善江河湖泊水位与市政排污口协调机制等措施，因地制宜完善设施运行维护制度，提高污水处理厂进水有机物浓度，提升污水收集效率。在污水资源利用方面，组织地方排水主管部门积极配合水利部门，加强非常规水资源的统一配置，合理布局规划污水资源利用设施建设，加强排水资源的利用。

4 结语

综上所述，市政管网在长期的使用中往往存在很多问题，针对实际案例中的具体问题，应究其原因、因地制宜地利用最优的设计方案和设计措施予以解决。相信随着我国管道优化技术的更新和进步，上述问题会逐渐减少。