摘要：城市地下管网是城市的重要基础设施，是保证城市功能整体正常运行的“地下生命线”，是城市水污染防治、城市排涝、防洪的骨干和衡量现代化城市水平的重要标志。随着我国城镇化进程不断加快，城市地下管线扩建、改造工程量不断增加，早期铺设的老旧管道功能性缺陷、结构性缺陷日渐突出，管网安全正常运行受到严重的影响，管道非开挖修复与更新技术以其不影响后交通，铺管速度快、效率高，无环境破坏，不影响人们的正常工作、生活等一系列的优点将成为城市排水系统维护的主要技术手段之一。

沿海地区城市地下排水管网，由于受到与内地不同地理条件以及台风、海潮等自然环境影响，其排水管道运行状况更不容乐观，非开挖修复、改造更新技术难度更大，本文针对海岛及沿海地区城市排水管道海沙淤积的清疏、修复案例进行论述和分析。以海南文昌市排水管道清疏、修复为例，分别介绍了管道内大量沉积沙的清淤疏通专用设备、施工方法，非开挖修复技术的应用。根据实际情况对专业设备的选用以及施工方法创新，与常规设备和传统的施工工艺相比，不仅能够有效解决常规设备难以解决的问题（沉积海沙），施工效率也有较为显著的提高，为非开挖修复顺利进行，创造了有利的条件。结果表明，此方法在类似工程项目中是可行的并值得借鉴与推广应用。

关键词：排水管道；海沙沉积；管道清疏；非开挖修复

引言

城镇排水管道是市政设施的重要组成部分，是保障城镇正常和高效运转，保证社会、经济、环境健康和可持续发展的基本条件。但由于早些年铺设的管道，大多已达到使用年限，而逐渐老化，加之地面不均匀沉降以及其它外力的作用下，造成老旧管道出现较严重的结构性缺陷（破损、渗漏、脱节、错口和变形）。排水系统常年疏于养护，形成的功能性缺陷（淤积、障碍物、结垢）等导致管道过水断面发生变化，影响输送畅通性能的缺陷。管道破损等结构性缺陷，会给城市的安全带来严重的负面影响，如地下水进入管道增加污水处理厂的运行负担，同时导致管道周边土体流失形成地下空洞，进而导致地面沉降或塌陷；管道内污水渗入地下，会污染土壤和地下水以及地表水体，而管道淤积等功能性缺陷，会造成管道过水能力降低导致路面积水甚至形成城市内涝等洪涝灾害。

地下管道系统建成后，在使用的过程中会经常或间断性地受到物理的、化学的、生物化学的以及生物力侵蚀，对投入运行的管道造成不同程度的破坏。如果管道由于损耗严重，或者是完好度曲线到达零点，管道即将失效，则必须使用恰当的方法尽快进行修复，以恢复正常的使用状况，延长管道的使用寿命，提高其使用价值。

管道修复工艺，主要有开挖置换和非开挖修复两大类，开挖修复施工社会成本高，对地面交通、环境以及周边其他地下管线影响较大，实施难度也较大。非开挖管道修复技术具有施工速度快、对地面交通影响小，综合成本低的特点，其经济效益和社会效益远高于管道开挖修复。管道非开挖修复技术起源于英国，《非开挖工程学》（2008年）中系统地将非开挖修复技术引入国内。该技术包括管道内窥检测技术、管道清洗技术和管道修复技术，管道修复技术包括管道整体修复技术、局部修复技术、更新修复技术。

1 工程概况

文昌市位于海南省东北部，东、南、西三面临海，土壤类型多样，有6个土类即水稻土、砖红土、潮沙泥土、滨海盐渍沼泽土、滨海盐土、滨海沙土等，属于典型的酸性砖红壤地质。

1.1. 排水现状 文昌市过去城市排水工程虽然已有建设，但排水管网欠完善，排水系统陈旧，大部分是雨污合流、或排水沟内截污纳管的方式（雨水），虽然有新建大型污水处理厂，但大多乡镇生活污水却没有完全纳入污水管网，就地排放的现象依然存在，城市部分生活污水未经处理或简单处理，通过雨水沟渠直接排入了文昌河，造成了很大程度的河道水体污染，随着城市排污量的不断增加，文昌河水质遭到了严重污染，同时也对当地生态环境造成极大的影响。从整个城区来看，污水管网所覆盖的面积还不够全面，所收集的污水量还远远没有达标，截污纳管、雨污分流，配套的污水次干管及支管工程还需要不断地改造和完善。

1.1.1. 文城片区污水系统整体流向为自西向东，以文城东面处的污水处理厂为最终出路，共分为三个系统，系统一为文航路系统，系统二为文昌大道～文昌河系统、系统三为文滨大道系统。

1.1.2. 清澜镇区污水系统整体流向也同样自西向东，以清澜大桥附近污水处理厂为最终出路，共分为三个系统，a) 系统一为高隆湾至清澜半岛沿海岸线一带，以高隆大道排水管道为主干线的排水系统；b) 系统二为以清澜大道、疏港路与文府路、白金大道两横两纵，形成的“井”字中心排水网络系统；c) 系统三为航天大道、滨湾路~清澜大桥范围的排水系统，

1.1.3. 三大排水系统最终分别汇入旅游大道和渔港路，最终接入污水处理厂。污水管道为DN300 ～ DN1000，均采用高密度聚乙烯（HDPE）双壁波纹管，环刚度 ≥8KN/m2。管道埋深2.5 ～ 6.35m.部分路段为DN800/DN1200钢筋混凝土管道，埋深4.0 ～ 8.50m。

1.2. 工程概况

该工程为海南文昌市城区污水管道清淤、检测、非开挖修复工程，工程范围包括两个镇区（文城、清澜） 75条市政道路，排水管道清淤、检测112.3km，非开挖局部修复691处，非开挖整体内衬修复590.3m。其管道为DN300 - DN1200 HDPE/ 砼 /PE实壁管，管道埋深为3m ～ 8.5m，检查井水深2m ～ 4m。

2 排水管网现状及存在问题

2.1. 排水管网现状图

2.2 存在的主要问题

2.2.1.管道淤积由于该地区特殊的地理环境，地下土壤以砖红土、潮沙泥土和滨海沙土成分为主，当排水管道出现破裂、渗漏等结构性缺陷时，随地下水进入管道而形成的沉沙淤积十分严重，经CCTV检测超过50%以上管道泥沙淤积量达50%，37%管道淤积量达75%以上，8.6%管道淤堵为100%。而管道泥沙淤积分析由以下3种情况所形成：

2.2.2. 初期雨水，海南省雨量充沛，年降水量在1000毫米～2600毫米之间，年平均降水量为1639毫米。每年的5～10月份是多雨季节，总降水量达1500毫米左右，占全年总降水量的70～90%，其特点是（除台风外）降雨来得快去得也快，雨水量大、且急。初期雨水对地面冲刷将地表泥沙带进雨水管道，街面污水通过排口就近排入河道，而沉淀的颗粒泥沙在排口前截污溢流井的作用下进入污水管道，长期沉积形成淤堵；

2.2.3. 海水潮汐，在海水潮汐的影响下，河水水位上涨，通过排口倒灌，所携带泥沙沉积于管底形成的淤积；

2.2.4. 管道自身结构缺陷（如破裂、渗漏、塌陷、接口材料脱落等），地下水渗入，大量的泥沙被带进管道形成的沉积，这是管道淤积、淤堵的主要因素。

2.2.5. 由于排水管道常年疏于系统化专业性养护，管道内形成的淤积逐年增多，最终形成淤堵，改变了管道径流量，影响管道输水能力形成严重的功能性缺陷（见图3）。另一方面，由于管道的结构性缺陷，大量的地下水进入管道，稀释了污水浓度，从而导致污水处理厂接收不到污水的“两低”尴尬局面（进水量低、COD浓度低 见表1、表2）。

从上边两个污水处理厂月污水处理量和COD浓度报表中，不难看出“两低”现状，文城区从7月份开始管道疏通清淤作业，随着工程进度的进展，进水量和COD浓度值明显递增，而清澜镇污水处理厂月进水量有所递增，但进水COD浓度变化不大，也验证了管道破损严重，雨水、地下水、海水倒灌进入污水管道，稀释了污水浓度的事实。

2.2.6.管道破损“管道的外部压力超过自身的承受力所致使管子发生破裂。其形式有纵向、环向和复合3种”，包括裂痕、裂口、破碎、坍塌4个等级。

2.2.7.管道塌陷

“管道受外力挤压造成形状变异发生严重的变形、破裂”

3 管道修复措施及方法

目前常用的管道非开挖修复技术为整体修复及局部修复工艺。整体修复工艺包括原位固化法、碎管法、折叠内衬法、喷涂内衬、法螺旋内衬发、短管及管片内衬发，局部修复工艺包括套管法、点状原位固化法及嵌补法等。管道非开挖修复前，应对原管道采取相应的措施进行预处理，预处理后的原管道内应无沉积物、垃圾及其他障碍物，不应有影响施工的积水，管道内表面应洁净，应无影响衬入的附着物、尖锐毛刺、突起现象；当采用原位固化和点状原位固化法进行管道整体或局部修复时，原有管道内不应有渗水现象。

3.1 管道清淤、检测

管道疏通清淤是管道检测、非开挖修复的基础，是恢复管道正常运行的主要手段，与内地不同的是，管道淤积介质成分比例不同，内地排水管道淤积物多为泥土淤积，含少量的沙。而海岛及沿海地区管道淤积物，沙的占比量远远大于内地，一般情况下沙含量约占总淤积量的75% -100%，见图4。

沙的比重较大，且不溶于水，常规的管道清疏方法在当地很难达到清疏效果，高压水枪射水可以将沉积的泥沙冲击搅动起来，但很难将其随水带走，待高压射水枪头过去后，被搅动的沙又落在了管底，一枪拉回来，拉至井室内的沙量非常有限。经比选，采用14E型号的管底清洗喷头（俗称“船喷”）见图5，对管道进行逐段超强水压清疏，逐段推进的方法，一步步将淤积的沉沙拉向井室，吸污车配合吸入罐车，每段管道需反复清疏十余次，方能达到管道检测要求。

管底清洗喷头是清除管底堆积的垃圾、污垢、石块、黏土、砂石的专用清疏工具，与传统的清洗喷头相比，管底清洗喷头的清洗效果超级显著，通过水流在喷头之内最佳的转向，不但没有使水流减速，反而使全部水能毫无损失地用于清洗工作之中，喷头后设置了12 个针对管底高压射水喷嘴，有效地清除并拖出管底淤积物，清洗效率高达约 80 %。

1） 管道封堵

在管道清淤、修复施工前，必须对管道进行分段封堵，常用的管道封堵方法有潜水气囊封堵和砖砌墙体封堵。气囊封堵法安装和拆除方便，可反复使用，被广泛应用于中小排水管道DN300-DN1000和上游水头不超过1米时的临时封堵，但随着管径的增大，封堵气囊所承受的水头压力减小，风险增大，则会采用砖砌墙体封堵，更加安全可靠。由于该工程管径为DN300 - DN1200,因此根据管径大小，水位高低以及水流量、流速的实际情况，分别采用气囊封堵和墙体封堵两种方法（本文以气囊封堵为例）。

在作业段上游检查井出水口处和作业段下游检查井进水口处，分别安放一个相应管道内径大小的气囊进行封堵。首先，潜水员潜水进入井底，探明、核实井内管径大小，及管口数量，并预测出管道淤积情况，将信息反馈给井上作业人员做相应准备工作；其次，潜水员在井上作业人员的配合下，将封堵气囊安放位置“管口处2米”的管底淤积、垃圾清除并运至井上，同时确认没有尖锐物存在（以防扎破气囊）确保封堵效果，井上作业人员将准备好的气囊，放入井内，潜水员将其安放到位并安装气囊支撑挡板后，返回地面。气囊充气至规定气压值并保压，设专人看护，定时检查气囊压力值并及时进行补气，同时观测井底水位变化情况。

2） 临排导流

管段封堵完毕后，管道上游水位不断升高，为避免上游水头压力过高，保障作业区域安全，根据《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》（GJJ 68-2016）中规定，排水管道封堵前应做好临时排水措施。本工程多采用7.5kw污水泵，进行作业段抽降水和上游导流排水作业，同时备有备用设备，随时可以增加和替换，确保施工作业的安全。

3.2. 管道清疏、检测

人机配合先将井底、管口淤积泥沙吸入罐车，再用高压清洗车，换用14E型号的管底清洗喷头“船喷”，对管道内沉沙淤积物以3-5米为一段，在高压反射水的作用下，回拉至室内并清出，回拉过程保持100-200mm/s匀速稳定的运行速度，以确保被高压反射水冲起的沉沙回拉至井室，吸污车将其吸入罐内。反复上述操作，逐步推进，直至完成该段管道清淤，彻底清洗干净后，人工清掏井底固体垃圾，用泥桶吊至井上装袋待运。最后，放入检测机器人，对管道进行CCTV内窥检测，该段管道清疏、检测完毕，进行修复或下一管段作业。

3.3.管道修复

3.3.1修复方案的确定

本工程修复方案的确定：结合本项目CCTV检测视频资料核实及现场情况，对于满足非开挖修复条件的管段，每一管段管道2级以上结构性缺陷> 3个以上时，对该段管道进行整体内衬修复，经比选决定采用紫外光固化整体内衬修复；当管道结构性缺陷在3个点以内（含3个），采用局部点状修复，在管径≦DN600时，使用点状原位树脂固化修复，当管径≧DN800时，采用不锈钢双涨圈修复的施工方案。

对于无法满足非开挖修复条件的管段，采用局部开挖修复或整管开挖修复方式进行更换管段。在实施管道非开挖修复过程中，往往会根据实际情况、使用寿命的长远需求，采取局部修复与整体修复相结合、点状修复与注浆修复相结合等多种手段，灵活多样地满足管道非开挖修复的质量要求，从而达到长久耐用的预期目的。

3.3.2 管道修复技术

1）局部树脂固化：是近年来非开挖修复技术的一种常用方法，采用玻璃纤维织物浸润树脂，通过修复气囊送至缺陷位置，充气膨胀后使修复材料紧贴管壁，自然固化达到修复目的一种修复手段。优点：易操作、用时短、不用人工进入管道安装，适用于DN600及以下管道的局部修复，也常用于整体内衬修复的辅助修复方法。点状原位固化法修复过程中气囊压力应控制在0.08MPa～0.20MPa，以保证内衬材料安装到位，本工程采用局部树脂固化修复技术共修复管道573处（图8所示）。

2） 不锈钢双涨圈：同套环法相同，在管道接口处或渗漏、破损处安装止水橡胶带和涨圈的一种点状修复方法，尤其适合管道有错口的情况。目前国内比较常用，安装方便、止水效果好，适合DN800及以上混凝土管、钢筋混凝土管、钢管、球墨铸铁管及各种合成材料管材的排水管道的局部修复，本工程采用不锈钢双涨圈修复方法共修复274处（图9所示）。

3） UV-CIPP 紫外光固化内衬整体修复

（一） 施工工艺特点

1） 紫外光固化内衬修复技术，是一种排水管道非开挖现场固化内衬修理方法之一。将浸渍光固性树脂的玻璃纤维软管，利用卷扬机将其拖入已清洗干净的被修管道中，连接风管向内送风并吹胀使其紧贴于管道内壁，通过专业紫外光发射与控制设备照射管道内壁，使树脂在管道内部固化，形成高强度内衬新管。

2） 内衬管耐久实用，具有耐腐蚀、耐磨损的优点，可防地下水渗入问题。材料强度大，提高管道结构强度，使用寿命可按实际需求设计，最长可达 50 年。

3） 保护环境，节省资源：不开挖路面，不产生垃圾，不堵塞交通，施工周期短（每段修复专业部分仅需 4、5 个小时），方便地解决临时排水问题，使管道修复施工的形象大为改观，总体的社会效益和经济效益好，已成为排水管道非开挖整体修复的主流。

4） 修复前需要对管道进行预处理，因紫外光固化内衬修复工艺对管道前期预处理要求高。管道预处理需要达到以下要求：管道内无水、无泥、无砖石异物（会造成修复后有鼓包或扎坏修复材料）、无尖锐物（会造成扎坏修复材料），如有渗漏处，需要先进行局部树脂固化点状修复进行止漏工作，保证管道内无水。

（二） 适用范围

1）紫外光固化是后固化成型，其适用于管道几何截面为圆形、方形、马蹄形等，管道材质为钢筋砼管、水泥管、钢管以及各种塑料管的雨、污排水管道。

2）适用于管径 150～1800mm 的排水管道。

3）适用管道结构性缺陷呈现为破裂、变形、错位、脱节、渗漏、腐蚀，且接口错位宜小于等于直径的 15%，管道基础结构基本稳定、管道线形没明显变化、管道壁体坚实不酥化。但管道内部转弯的下水道不适宜用本工艺修复。

4）适用于对管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补，适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修理。

（三）技术要求

紫外光固化一般通过拉入的方式将软管置入原有管道，软管就位后在两端绑扎头，然后进行充气膨胀使软管紧贴原有管道，之后再放入紫外光灯架进行固化，紫外光灯发射紫外线的波段一般在200～400nm的范围内。内衬管紫外光的吸收率决定着树脂固化效果，内衬管管径越大、壁厚越厚越不利于树脂的固化，因此应通过合理控制紫外光灯前进速度以及温度使树脂充分固化。紫外光灯架前进速度一般可控制在0.2～1.0m/min之间。同时在固化过程中应确保一定的压力使内衬管与原有管道紧密贴合，本工程在文城、清澜其中的三条道路污水管道采用紫外光固化内衬修复共计590.3米（如图9所示）。

3.3. 修复后评估

1）修复后管道通过CCTV检测后，管道结构性缺陷点全部修复，管道内壁光滑，不存在褶皱、空鼓及泛白现象，观感较好，内衬紧贴原管内壁。

2）管道非开挖修复后按《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008 、《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》CJJ/T210-2014相关规定，进行闭水试验，闭水时间不小于24h，实验结果符合规范要求。

3）管道过水能力根据修复前后管道过水能力评估，管道过水能力应不低于所服务区域内的排水要求。修复后的管道过流能力与修复前管道设计的过流能力比值计算：

4) 工程项目完工后，根据污水处理厂反馈数据信息，与施工前期相比效果显著，达到预期目的（见表3）。

3.4 结果分析

选用14E型号的管底清洗喷头疏通管道，对沿海地区排水管道沉沙淤积的清疏效果明显。

通过对检测报告管道缺陷综合分析，“每一管段2级以上结构性缺陷 > 3个以上时，对该段管道进行整体内衬修复，当管道结构性缺陷在3个点以内（含3个），采用局部修复，在管径≦DN600时，使用点状原位树脂固化修复，当管径≧DN800时，采用不锈钢双涨圈修复”的施工方案对于该工程是比较适合和可行的。工程竣工后各项指标均达到预期目的，基本解决了污水处理厂“两低”、无效运转局面，但由于老旧小区雨污分流不彻底，雨水汇入、海水倒灌稀释管道污水COD浓度现象依然存在。

4 结论

1.根据地区自然环境与工程特点，有针对性地选择较适合的施工技术、专用设备和作业方法进行管道清疏、非开挖修复，解决海岛及沿海地区管道沙淤积严重问题，会达到事半功倍的效果。该案例成功做法对沿海地区或沉沙淤积较为严重的类似工程的施工，具有指导性意义。

2.依据管道检测成果资料，结合实际情况进行必要的管道非开挖修复，是恢复管道正常排水功能、延长使用寿命、确保其安全正常运行的重要手段。

3.加强并落实排水系统管理、监察，制定长期有效的排水管网及其附属设施的年度养护计划，对管网进行定期检查、清疏，是保证排水系统安全正常运行的有效措施；

4.应根据CCTV检测评估报告与管网排查成果，着重针对雨污合流、混流、错接、乱接部分进行专项设计并合理改造，结合城区道路积水以及防洪排涝，对于部分雨水管道、排口进行设计和升级改造，综合治理，从根本上解决雨污混流、河水倒灌问题，实现截污纳管、污水零直排，以确保城区市政排水管道安全正常运行，保障城镇正常、高效运转，保证社会、经济、环境健康和可持续发展。

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