排水管网修复工程施工方案

排水管网修复工程施工方案

1、排水系统问题分析

1.1管网老化问题

据统计，XXX市使用年限在50年以上的排水管线约占10.24%，使用年限在30~50年之间的排水管线约占6.76%，使用年限在30年以上的管线中约37.62%存在较大安全隐患，需要进行更新改造。

这部分管道修建于不同的历史时期，有明清时代及解放前修建的旧砖沟，也有解放后由原来明排臭水沟改造而成的雨、污水合流沟，还有五、六十年代修建的合流管道。这些管道设计标准低、已使用年限较长，并存在私接乱接、管线占压问题，造成管网结构变形、损坏严重，塌帮断盖问题较多，容易造成断管塌陷等事故。

另外，七、八十年代兴建的一批小区，由于开发商自行修建管道，管材质量难以控制，现管道呈现不同程度损坏，多处发生管道断裂塌陷，有些管段管壁厚度仅为1公分左右，都提早进入翻修期。

1.2管网腐蚀问题

随着社会的发展，人口数量的激增，人民生活水平的提高，改革开放前后的污水水质也有较大的变化，排水水质成分变得相对复杂、水质恶化，排水管道腐蚀现象加剧，尤其是2000年以后这一问题更为严重。在日常养护管理过程中，发现使用年限在30年以内的排水管线中约53.29%的管线，受到不同程度的腐蚀，对于严重腐蚀管道需要进行更新改造，对于中轻度腐蚀管道应实施预控措施，以延长其使用寿命。

1.3排水管线受损原因

钢筋混凝土排水管道具有很好的耐荷载能力和耐腐蚀性能，其使用寿命也很长，在较好的使用环境下可以达到50-100年，因此在市政排水管道的施工建设中，一直作为首选被广泛使用。但是，最近的科学研究发现，伴随着人类生活习惯和饮食结构的不断改变，大都市局部地区的污水中有机物含量增加，以及污水排水方式和排水设施构造不合理的原因，产生的有害气体使得管道出现混凝土被

腐蚀和中性化的现象。另外，由于管道埋设时施工质量的问题及运输车辆重型化等的原因，对钢筋混凝土排水管道造成损伤的现象逐年增多。

另外，地下管道在建设和使用的过程中，管道本体会受到各种外来的载荷而被损坏。同时，管道和管道的连接处由于施工质量，地面车辆的震动以及联结处水封橡胶圈老化变形等，也会发生问题，引起排水管道出现严重的功能性问题。

通州新城两河片区部分已有污水管线建设年限较早，大部分均存在腐蚀问题，且已有雨水管线以合流管线为主，也存在大量腐蚀现场。

2、项目建设的必要性

排水管网是“城市静脉”，承担着城市污水收集和雨水排除任务，是城市安全稳定运行的基础。目前城市排水管线现状与建设世界城市的标准还有差距，现状排水管线系统由于年久失修存在较大安全隐患，污水管线断裂渗漏导致路面塌陷的现象时有发生，给城市稳定运行带来压力，因此为保障城市安全运行，需尽快改造中心城有隐患的排水管线。

（1）保障城市安全运行的需要

首先，由于排水管线结构老化、内壁腐蚀严重、管线内有毒有害气体严重超标，管线存在断管、塌陷等重大隐患，一旦发生事故，将对周边地下管线造成威胁，造成路面塌陷，影响城市交通，并引发次生灾害。而XXX市存在较大安全隐患的排水管线中，大部分又都集中在城市中心区，产生的危害更大、涉及的范围更广。

由于污水管线属于重力流管线，当管线发生断管等事故时，上游来水无法迅速切断或调入其它排水管线，给抢险带来较大困难，抢险周期较长。目前，XXX 市交通压力越来越大，一旦发生路面塌陷等事故又不能尽快恢复交通，对城市正常运行影响较大。

其次，随着城市快速发展，地铁、道路等设施处于建设高峰期，由于地下施工以及施工降水、顶管超挖注浆不严、回填不实等问题，引起地下土层扰动和沉降，造成管线接口漏水，导致管线断裂，路面塌陷。

2009年，XXX城区共发生各类排水应急事件92起，其中公共道路塌陷抢险事故41起，在公共道路塌陷的41起事故中因外力破坏引发的为32起，占78%。

因此，为保障城市运行安全和提高资源利用效率，有效消除安全隐患，提高

城市安全运行保障，尽早实施排水管线改造工程是十分重要和必要的。

（2）提升城市水环境质量的需要

随着污水厂升级改造工程的展开，今后大量优质再生水将补充河道，而五环外，特别是城乡结合部地区和南部地区尚未形成完善的管网收集系统，以及部分随路建设的污水管线存在没有下游出路等问题，致使仍有部分污水直接入河污染河道的现象。

同时污水厂升级改造后将成为热电厂、居民供水的水源厂，特别是工业用水需要较高的供水保障度。由于污水管线为重力流无压管线，各污水流域系统间及流域内管线缺乏配套的联调管线，系统安全保障度低。一旦污水厂出现突发事故不能正常运行或因管网断裂不能正常排水等现象后，污水不能调入其他系统，不仅导致污水横溢，产生区域性水污染事故，还将造成热电厂用水紧张，产生较大社会影响。

另外，中心城合流制在降雨过程中的雨污水溢流也是污染河道，造成水环境恶化的重要原因。

因此，尽快完善排水管网系统，对合流制管道进行提标或分流改造，提高污水收集率，对排河口进行污染控制与预防，将是进一步提升首都水环境质量的需要。

3、工程解决措施的选择

3.1管道腐蚀形成原因

1.管道腐蚀机理

城市污水都不同程度的含有硫酸盐。生活污水中的硫酸盐含量通常在20～100mg/L，而工业废水直接进入排水系统会显著的增加水中硫酸盐的含量。污水中的硫酸盐在一定条件下会转化为硫化物，进而生成硫化氢和硫酸，对污水管道产生腐蚀作用。硫化氢腐蚀机理可分为以下两大类。

硫酸腐蚀：在厌氧条件下，厌氧微生物将污水中的硫酸盐还原成硫化物，并与水中的氢离子结合产生硫化氢。硫化氢气体从污水中逸出，溶解于污水管道内表面水位上方的冷凝水中。在微生物作用下，硫化氢被氧化生成硫酸，进而对多种污水管材产生强烈的腐蚀作用。

硫化氢直接腐蚀：污水中逸出的硫化氢气体直接与管道发生化学反应，对管道产生腐蚀。

通常，硫酸腐蚀反应发生较快，短时间内可对管道产生明显腐蚀，是导致管道腐蚀的主要原因，而硫化氢腐蚀所需时间较长，一般7、8年才可初步显现出来。

2.腐蚀的影响因素

硫化氢腐蚀的产生受多种因素影响：

溶解氧（DO）的影响：溶解氧是厌氧微生物繁殖的抑制剂，SO42-必须在严格厌氧的条件下才能被还原成S2-。因此，水中保持一定的溶解氧含量是控制硫化物产生的有效方法。即使沉积于管道底部的粘泥层产生一定量的硫化物，只要溶解氧存在，也会在污水中被再度氧化成硫酸盐。

水位：管道的硫化氢腐蚀只有在非满流管中才有可能发生，而生成的硫酸只对管道水位以上的管材造成腐蚀。XXX市的污水管道多为重力非满流管道，这将给硫化氢腐蚀创造条件。

污水中硫酸盐的含量：硫化氢的产生主要来源于污水中的硫酸盐。因此严格控制污水中的硫酸盐含量是一个关键因素。生活污水中的硫酸盐含量通常在20～100mg/L，污水中的硫酸盐含量高低取决于排入管网的工业废水。所以，对于含硫酸盐较高的工业废水，在排入城市管网前必须做预处理。

PH值：硫化氢的产生于管道中污水的PH值有很大关系。PH值为7时，水中的HS—和分子态的H2S含量大约各占50%，PH值为6时，分子态H2S含量大约占90%。所以，通过控制PH值，可以减少污水中的H2S向气相扩散。

温度：据研究，在一定条件下，温度每增加1℃，硫化物的产生率增加7%。

管道坡度：适当的管道坡度能减少微生物赖以生存的污泥层。

湿度：管道水位上方空间潮湿的环境是气相H2S转化为H2SO4的必要条件，保持管道水位上方干燥或者使管道满流，可减少硫化氢的腐蚀。

管材：重力排水管道大部分是混凝土管，易遭腐蚀。

管道紊流：污水紊流，可造成硫化氢释放。

3.腐蚀程度分类

硫化氢对管道的腐蚀程度，大体可分为轻度、中度和重度。

3.2管道修复方法简介

1.碎（裂）管法（胀、扩管”管道替换工艺）

本工艺采用高密度聚乙烯PE管作为替换管材。该管材韧性好、粗糙系数低、排水流动性好；抗腐蚀、使用寿命长；无毒，符合环保要求；每根管材长度6米，接口少、整体性强。不仅方便施工，而且有效降低了管道日常维护检修频率。

（1）工艺原理

非开挖液压扩管修复技术采用液压驱动原理，由快装杆牵引破碎头和膨胀器，拖带PE管前进，从而实现胀碎旧管、换装新管的目的。

本工艺采用高密度聚乙烯PE管作为替换管材。该管材韧性好、粗糙系数低、排水流动性好；抗腐蚀、使用寿命长；无毒，符合环保要求；每根管材长度6米，接口少、整体性强。不仅方便施工，而且有效降低了管道日常维护检修频率。

（2）工艺流程

首先在旧管线两端开挖各开挖一个工作坑。一个用于安装设备主机，一个作为进管坑（放置新的PE管）。在设备坑内，安装置放胀管机，通过设备的导杆槽将柔性导向杆与快装杆连接，连续安装快装杆，同时经主机液压动力作用向进管坑方向推进。当柔性导向杆到达进管坑后，卸下导向杆，换装切割头（滚刀）、膨胀器。主机开始回拉快装杆，切割头或滚刀将旧管道破碎，同时膨胀器拖带新的PE管，向设备坑方向行进。当最后一根快装杆到达设备坑后，PE管被拉至预定位置。卸下破碎头和膨胀器，结束一个施工单元。

图5-1“胀、扩管”管道替换工艺流程图

（3）工艺适用范围

管道公称直径:DN75至DN600之间，对直径300～600mm的多级管道进行等径和扩径替换

管道性质：排水、给水、燃气、热力管道等

管道材质：铸铁管、钢管、混凝土管、陶土管、塑料管等多种材质的管道

管道间距：拟修复管道在道路下的埋深应大于 1.5m；相邻管线的净距离应大于0.8m。

（4）工艺特点

社会效益好。施工期间开挖量非常少，对交通影响小；施工噪音小；对周围环境影响较小；可以避免因不采用碎管修复而新铺管道的地下空间占用；

综合经济效益好。考虑开槽的后续恢复地表费用，比开槽管工艺节省工程成本；

施工工期短。单机日修复能力（不含准备时间）可达120m；

提高管道流速。修复后的管道为PE管，其内壁粗糙度与混凝土管道比降低幅度大；

能实现在原管道基础上破旧立新，等径或扩径更换管道；

能广泛适用于多规格管径、多介质管道、多种材质管道施工。

（5）工作坑

根据工艺需要，每隔80～100m设置一座工作坑或接收坑，工作坑平面尺寸为6x3m，接收坑平面尺寸为4x2.5m。各管线埋设深度不同、地质条件不同，开挖深度不同，一般情况下采用钢木支撑。本可研暂按每个工作坑或接收坑3m深做估算。

2.螺旋缠绕制管法

工艺是在原有管道内将PVC型材螺旋缠绕成一条新管道，型材由锁扣固定在一起，管道间的环形空隙采用注浆处理，形成一个内套复合管。螺旋缠绕施工根据现场条件可分为推进式和自行走式两种方法。

（1）推进式缠绕法（操作人员勿需进入管道）

该螺旋缠绕机放置在现有的井室内，PVC型材从地面材料轮中输入螺旋缠绕机。型材进入螺旋缠绕机后，通过缠绕滚轴将型材两侧的锁扣咬合，在原有管道内形成一条新管。

图5-2推进式缠绕机缠绕示意图

（2）自行走式缠绕法（操作人员需进入管道）

将缠绕机定位在现有井室或在原有管道内部。型材通过地面特殊输送型材设备进入缠绕机后端，缠绕机旋转进入原有管道，将型材两侧咬合，在原管道内形成一条新的管道（见图5.19）。所形成的新管道由于自身的分子结构性能优于原有管道，从而达到修复管道的目的。

图5-3自行走式缠绕机缠绕示意图

该工艺施工方法大致如下

（1）现场勘测

对现有管道内部进行检查，确认管道破损情况。然后，检查现有管道水流量和流速。

（2）清管除污

清理要求：清除管道表面腐蚀软化层。清洗主要采用高压射流车冲洗。管道

清洗完成后，进行目视检查，以确定修复管道状况。检查内容：现有管道是否存在障碍物；现有管道是否有弯曲，弯曲度多大；现有管道是否有破损，破损程度；井室的尺寸；管道内水流量及流速

（3）螺旋缠绕及组装及缠绕衬管

在现有管道内装配缠绕机，并开始螺旋缠绕修复。缠绕作业的步骤如下：拆除螺旋缠绕机→组装螺旋缠绕机→装入型材→缠绕固定直径环→螺旋缠绕→接收井处理→拆解螺旋缠绕机

（4）支护

安置支撑，以避免在灌浆过程中所产生的浮力是衬管变形。

（5）注浆

在现有管道和新衬管之间的环状间隙注入水泥浆，使衬管和原管道成为一个整体管道。

该工艺特点如下：

（1）特有的内衬形式

本工艺所采用的型材为刚性PVC材料，是一种重量轻而耐用的材料。型材为片状，一侧为公锁扣，另一侧为母锁扣，在通过螺旋缠绕机锁扣互锁后，形成一条新建管道。

型材特点如下：

a.优良的水密性：该型材剖面有一个双锁扣互锁结构，具有优良的水密封性。

b.耐腐蚀：该材料在生产中使用的硬质PVC材料，具有良好的耐腐蚀性，不受硫化氢或其他下水道常规气体腐蚀。

c.生成坚固的复合管：由于型材结构的特殊性，经过注浆处理，生成一个高强度的复合管。

d.管径减小并不影响输水能力：虽然管径有所减小，但所用材料形成的管道慥度系数远小于钢筋混凝土管，所以新管道虽然管径略小于原管道，但排水能力并不下降。

e.寿命长：型材优良的耐腐蚀和抗磨损特性，使用寿命长。

f.抗地形沉降：螺旋缠绕法形成的新管道由多个锁扣互锁成型，具有较大的柔韧性，即使地基有一定的沉降，也不会损坏新建管道的结构。

（2）特制的螺旋缠绕机使施工简单