城鎮(zhèn)供水管道的維修與修復新技術(shù) 1.當前我國城鎮(zhèn)供水管道修復更新工程設(shè)計、施工中存在的問題與解決辦法；1. 1我國城鎮(zhèn)供水管道概況改革開放以來,我國給水事業(yè)獲得突飛猛進的發(fā)展.2004年我國供水廠達3000多座，供水管網(wǎng)總長35.84萬公里，日綜合供水能力2.48億立方米，城市年供水總量490億立方米。我國不同年齡的供水管道構(gòu)成如圖1。使用年限在50年以上的占6.2%，大量管道是在1979年之后鋪設(shè)的，占總管道的72.6%，到目前為止也不超過30年。相比世界發(fā)達國家的管網(wǎng)系統(tǒng)，我國的管道還相當年輕.然而從我國的管道構(gòu)成圖2來看，情況并不樂觀，材質(zhì)較差的灰口鑄鐵管占51%，鍍鋅鋼管和水泥管占19%，而材質(zhì)較好的球墨鑄鐵管、鋼管說占比例較小。大部分城市的灰口鑄鐵管占總長度的50%以上，個別城市達到90%以上，一些安裝時間較長的灰口鑄鐵管已不符合國家規(guī)范的要求，加之接口技術(shù)落后，導致管網(wǎng)腐蝕嚴重、強度嚴重降低、爆管事故瀕繁發(fā)生、管網(wǎng)漏損逐年增加；另外為適應城市供水發(fā)展的需求，一些城市將不同時期的或不同地區(qū)的管網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)供水，出現(xiàn)管材混雜的情況，承壓標準較低的管段處于超負荷運行狀態(tài)，爆管事故增多。上述問題不僅導致供水損失，而且造成水壓下降、水質(zhì)變差，嚴重影響服務水壓和供水水質(zhì)。圖1.3多倫多市管道長度、人口和時間的關(guān)系 圖1.4 北美地區(qū)供水管道不同材質(zhì)構(gòu)成從世界范圍看，國外發(fā)達國家早在上個世紀初就在城市地下大范圍地鋪設(shè)管道，大多數(shù)城市的管網(wǎng)系統(tǒng)相當部分管道超過50年使用時間，有的甚至超過了100年。圖1.3為加拿大多倫多市管道安裝長度與時間的關(guān)系曲線，1950年之前安裝的管道占40%。在從圖1.4可以發(fā)現(xiàn)管道材料構(gòu)成中，灰口鑄鐵管占的比重最大，基本上在40%以上，有的甚至超過50%，其次是球墨鑄鐵管和石棉水泥管。Kirmeyer等在1992年統(tǒng)計美國供水管道時發(fā)現(xiàn)有2/3為鑄鐵管（其中48%為灰口鑄鐵管，另外19%為球墨鑄鐵管），15%石棉水泥管，剩下的18%為塑料管、混凝土管等。在1993年占加拿大人口11%的21個城市的調(diào)差中也發(fā)現(xiàn)有類似的情況。ASCE估計美國每年需要110億美元來維護和更換問題嚴重的管道，AWWA（美國水工業(yè)協(xié)會）則認為在將來的30年需要投入2500億來應付管網(wǎng)日常維護和更換的開銷。雖然各機構(gòu)預算數(shù)據(jù)有些差別，但可以看出看出管網(wǎng)維護或更換的成本是巨大的，而這仍只能保證每年0.5%的更換率。比較發(fā)達國家和我國部分城市可以發(fā)現(xiàn)：一是盡管管道的使用時間沒有國外發(fā)達國家長，但是我國在役管道的管材質(zhì)量卻并不比它們好，灰口鑄鐵管等材質(zhì)較差的管道占了50%，二是單位管長漏損平均值來看（見圖5），我國管網(wǎng)漏損率要高于國外平均水平，爆管率也遠高于國外，三是資金投入的不足，我國人口稠密，管網(wǎng)數(shù)量較大，但資料顯示23個省區(qū)20032004年的管網(wǎng)改造投資額僅46.6億元，只相當于美國每年110億美元投入的6%?？傮w上，我國管網(wǎng)的的現(xiàn)狀有許多值得憂心的地方，應引起各政府部門的重視，盡快推動城市管網(wǎng)改造，降低管網(wǎng)漏損率，提高供水水質(zhì)，保障城市供水安全。 圖5我國部分城市和歐洲國家的漏損率比較供水管網(wǎng)目前存在的問題主要有：1.管網(wǎng)老化、管材低劣、施工技術(shù)落后；2.管材混雜、管網(wǎng)超負荷運行；3.破損頻繁、漏失嚴重、輸水能力不足。1.2.加快改造城市供水管網(wǎng)步伐城市供水管網(wǎng)改造的目標是確保供水水質(zhì)、降低管網(wǎng)漏失率，力求做到經(jīng)濟、合理，提高供水水質(zhì)和供水安全。2.1 管網(wǎng)更新與改造管網(wǎng)更新改造應循序漸進，突出重點，積極推廣新工藝、新材料，新敷設(shè)的管道采用抗腐蝕材料或防腐性能好的產(chǎn)品，新管盡量采用球墨鑄鐵管。管網(wǎng)改造實施原則：管網(wǎng)改造與城市規(guī)劃相結(jié)合；管網(wǎng)改造與降低漏損和爆管相結(jié)合；管網(wǎng)改造與提高水質(zhì)相結(jié)合；管網(wǎng)改造與優(yōu)化供水調(diào)度和主干管布置相結(jié)合。改造修復無內(nèi)襯管道，更換修復爆管頻率高的管段；完成易漏、易爆管段改造，并逐步建立管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)和管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，完善供水區(qū)域間管網(wǎng)調(diào)水能力。2.2 建立供水管網(wǎng)事故預警與快速反應機制上海市城市供水管網(wǎng)大口徑管道爆裂事故的原因主要有兩個方面，一是管網(wǎng)中管道部分老化，以灰鑄鐵管為主要管道材料的管道質(zhì)量差，管道耐壓和耐沖擊性能差，是上海市供水管網(wǎng)與國際先進水平存在差距的根本問題；二是科學管理水平和手段比較落后，缺乏預防爆管事故的主動條件和快速反應及處理能力，容易造成重大的社會影響和經(jīng)濟、財產(chǎn)損失，影響市民生活和城市安全。研究應用供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)和管網(wǎng)運行計算機動態(tài)模擬軟件，建立以運行安全保障為目標的信息化管理平臺；進行管網(wǎng)漏水和爆裂事故數(shù)據(jù)及因素分析，建立安全保障體系和建設(shè)方案；建立管網(wǎng)漏水監(jiān)測系統(tǒng)，實時反映管網(wǎng)漏水狀態(tài)，調(diào)研和選用適合上海地方特點和需求的管網(wǎng)漏水狀態(tài)，調(diào)研和選用適合上海地方特點和需求的管網(wǎng)漏水和事故監(jiān)測儀器設(shè)備，健全SCADA實時監(jiān)測系統(tǒng)，制定事故快速反應和快速處理預案；實現(xiàn)管網(wǎng)安全運行調(diào)度和安全運行。通過應用研究成果加強科學管理，降低爆管事故發(fā)生率；逐年更新改造管網(wǎng)材料，提高管網(wǎng)抗御災害能力，最大限度減少管網(wǎng)爆管事故隱患。主要涉及爆管的維修和舊管道的修復改造更新方面問題。2爆管與舊管道的修復存在的問題及解決辦法2.1爆管機理分析及對策2.1.1連續(xù)澆筑鑄鐵管的材質(zhì)及配件質(zhì)量問題；2.1.2小口徑石棉水泥管在冬天易易導致爆管；2.1.3管道客觀上受到各種徑向位移；2.1.4管道接口剛性；2.1.5土壤腐蝕導致爆管；2.1.6排氣閥設(shè)置不當、失靈和水錘作用。2.1.7我國現(xiàn)行的室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設(shè)計規(guī)范（GB50032-2003）存在具體實施中缺乏技術(shù)方法，設(shè)計抗震烈度與實際災害情況比較，尚欠正確，依據(jù)不夠充分。2.2解決辦法 2.2.1對連續(xù)鑄鐵管給予評價而有控制有選擇的使用2.2.2對鑄鐵管的生產(chǎn)工藝和材質(zhì)進行改進鑄鐵管用作給水管有其耐腐蝕行的優(yōu)越性，對現(xiàn)有材質(zhì)應采?。篈加強操作管理，提高質(zhì)量，進行出廠二次泵檢；B改用離心澆鑄工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，消除內(nèi)溝重皮；C采用離心工藝制造的球墨鑄鐵管，有顯著的優(yōu)點；2.2.3積極探索采用新管材；2.2.4接口向柔性發(fā)展；2.2.4提高施工技術(shù)保證施工質(zhì)量；2.2.5精心設(shè)計周密考慮；2.2.6妥善解決已埋在地下的質(zhì)量欠佳的水管；2.2.7協(xié)調(diào)好市政開挖施工，減少位移外來因素；2.2.8加強檢漏和修漏工作；2.2.9建立搶修中心，健全事故記錄制度；2.2.10立法保護水管設(shè)施。三.管道的修復與更新1.運行管道修復更新的原因內(nèi)在因素管道運行到一段時間，管道內(nèi)外腐蝕，滲漏、結(jié)垢，影響輸配水的水量、水質(zhì)、水壓。外在因素l 管道不適應當前和規(guī)劃期內(nèi)供水的需求；l 由于街道的擴建、其它管線的施工原因，位置和埋深需要調(diào)整；l 由于內(nèi)外腐蝕結(jié)垢，引起運行狀況惡化。在經(jīng)濟效益和社會效益上引起嚴重后果，如：兩年內(nèi)：修理費、賠償金、間接損失等達到固定資產(chǎn)的1/2以上。 管段故障導致大面積的不正常供水，引起人們強烈反響。 管段故障影響企事業(yè)單位重大任務的完成，影響涉外機構(gòu)的正常用水。 管段故障影響引起交通堵塞、建筑物的安全、其它埋地管線正常運行。2途徑和原則A維護好現(xiàn)有管道，恢復輸水能力。對于管道結(jié)垢，輸水能力下降，可通過刮管、沖洗和補做襯里等措施，鋼管腐蝕可采用陰極保護、修漏、加固等措施延長使用年限。B若修復費用已接近更新的費用，力求更換；C若管材質(zhì)量問題，口徑需擴大，按規(guī)劃需求，重新鋪管；D.由于道路及障礙的賠償費用占工程總造價的較大比例，采用不開挖方法更換管道，降低費用。3.更新修復改造的方法A非結(jié)構(gòu)性更新修復管道補做襯里和除垢。目的是；保證輸水水質(zhì)，避免結(jié)垢，減少阻力、漏水。方法有：環(huán)氧樹脂、水泥砂漿、人工磁場、投加緩蝕劑、化學除垢、水力沖洗、噴砂、氣水沖洗、高壓噴射、彈性清洗器等。B結(jié)構(gòu)性更新修復內(nèi)襯：軟管（非緊貼軟管、滑襯、pwp技術(shù)、襪法等）、內(nèi)插較小口徑管（鋼管、球鐵管、HDPE、HMPE等）、換管：分為開挖和非開挖、原位置和另規(guī)劃、口徑是原來的還是改大。作業(yè)措施就會發(fā)生變化。4. 更新修復改造的方法選擇根據(jù)投資效益比較、能源效益比較法，從本地出發(fā)，按照管段的需水量、輸水能力、管材承受內(nèi)外壓力、管段故障率、漏水率、水的穩(wěn)定性、管材易碎程度、管道周圍土質(zhì)、埋深、同建筑物的距離等，進行多方案比較后進行。具體做法：現(xiàn)狀調(diào)查-制定制定管網(wǎng)更新修復改造規(guī)劃-選擇方法-設(shè)計-施工驗收-投入使用四、供水管道探測管道CCTV檢測技術(shù) 管道電視檢測方法管道電視檢測在國外稱管道CCTV （Closed Circuit Television）檢測，是目前國際上用于管道狀況檢測最為先進和有效的手段。近兩年國內(nèi)一些城市如上海、廣州、深圳等已開始引進該類檢測系統(tǒng)，并取得了非常好的效果。管道電視檢測系統(tǒng)是由三部分組成：主控器、操縱線纜架、帶攝像鏡頭的“機器人”爬行器。主控器可安裝在汽車上，操作員通過主控器控制“爬行器”在管道內(nèi)前進速度和方向，并控制攝像頭將管道內(nèi)部的視頻圖象通過線纜傳輸?shù)街骺仄黠@示屏上，操作員可實時的監(jiān)測管道內(nèi)部狀況，同時將原始圖象記錄存儲下來，做進一步的分析。當完成CCTV的外業(yè)工作后，根據(jù)檢測的錄象資料進行管道缺陷的編碼和抓取缺陷圖片，以及檢測報告的編寫，并根據(jù)用戶的要求對CCTV影像資料進行處理，提供錄象帶或者光盤存檔，指導未來的管道修復工作。管道CCTV（Closed Circuit Television）檢測是一：對管道進行攝像檢測的必要性 準確把握管道的功能性病害和結(jié)構(gòu)性病害； 判讀損壞情況，進行種類和程度的分類和歸納，便于管理；按損壞情況分輕重緩急提出預防性修理計劃或緊急搶修方案，把問題解決在搖籃之中；保存管內(nèi)的影像資料，建立管道的管理檔案二: 電視檢測系統(tǒng)的適用范圍 適用管徑：200mm-3000mm防水性能：10m深水壓 最大爬坡角度：50度單次檢測長度：300m 三：電視檢測系統(tǒng)的特點 圖像清晰，輕便小巧，操作方便，實用性強 ；攝像頭高度可自由調(diào)節(jié)，鏡頭360度自由旋轉(zhuǎn),正負240度斜視可自行測量管道的長度，明確管道的損壞位置LD6000全頻管線儀功能管線水平定位方法接收機采用全數(shù)字信號處理，能夠自動濾除干擾信號，接收信號穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)管線的精確定位和定深。具有一鍵自動增益到最佳信號水平功能，非常便于管線探測。峰值法采用雙水平差分線圈，接收管線水平磁場的垂向差值信號。峰值法不僅能夠消除及抑制地表和淺層磁場干擾，而且能夠突出管線磁場信號。峰值法抗干擾能力強，定位精度高，用于存在干擾磁場的城市復雜條件的經(jīng)常性探測工作。谷值法采用垂直線圈接收管線垂直磁場信號。具有定位箭頭指示管線方向，和防止誤測功能，顯示直觀。用于環(huán)境干擾小、接收靈敏度低的環(huán)境。一般用于管線的快速追綜。管線深度測量方法直讀深度法：用于在簡單條件下測量管線深度。具有兩種直讀深度量程：0-5米量程： 定深精度高，可用于直連法、感應法和夾鉗線圈感應法。可在電纜末端或接頭位置進行精確定深0-10米量程：用于深部管線的深度測量。僅用于直連法。可在金屬干擾物（護欄或者籬笆）附近進行穩(wěn)定的深度測量2005年以來，地下管線探測儀更新?lián)Q代速度加快，不斷應用最先進的CPU、DSP、線圈等技術(shù)向智能化方向發(fā)展，儀器結(jié)構(gòu)、探測性能和功能出現(xiàn)很多創(chuàng)新性的變化，更加適合管線探測現(xiàn)實。雷迪公司2007年最新推出的LD6000全頻管線儀，就是當前先進管線儀的典型代表。1全頻接收功能LD6000全頻管線儀采用新型線圈，不僅提高了信號靈敏度和分辨率，而且突破性地實現(xiàn)了接收機的全頻接收功能。該接收機能夠接收50Hz200kHz之間的任意頻率，兼容目前所有管線儀的工作頻率。該機的接收機目前預設(shè)45個主流管線儀頻率，發(fā)射機預設(shè)8個直連頻率（512Hz/640Hz/8kHz/9.5kHz/33kHz/38kHz/65kHz/80kHz）和3個感應及夾鉗頻率（33kHz/38kHz/80kHz），用戶所需要的其它接收頻率和發(fā)射頻率均可通過軟件免費定制。全頻接收機可根據(jù)管道及地電條件的差異，選用不同的工作頻率，以提高對各種復雜管線條件和工作環(huán)境的適應能力。一般地，50Hz1kHz低頻頻率適用于采用直連法探測長輸鋼管和長途通信電纜，由于信號率減率低、不易產(chǎn)生互感，具有探測深度大、探測距離長和探測精度高的特點，但低頻不適用于高阻抗管道和無直連條件的電纜，也不適用于特別干燥的土壤環(huán)境；8k40kHz中頻頻率是管線探測常用和首選頻率，適用于探測中低阻抗管線以及一般土壤條件，而且可使用直連法、夾鉗法、感應法等多種激發(fā)方法，探測深度、探測距離和探測精度也基本能夠令人滿意，其中30k40kHz中頻最為高效；40kHz200kHz高頻頻率適用于探測帶有膠圈接口的高阻抗管道和高阻抗的光纖電纜以及特別干燥的土壤環(huán)境，但由于信號衰減率高、傳播距離短，且易于耦合鄰近管線產(chǎn)生干擾信號，應用范圍具有局限性。因而，全頻接收功能大大擴展了管線儀的應用條件，探測時能夠根據(jù)管線條件和土壤條件選擇最合理的頻率，充分發(fā)揮不同探測條件的頻率特性。LD6000接收機兼容目前所有管線儀的工作頻率，可與任意品牌的發(fā)射機一起使用，已有管線探測儀的用戶僅購置接收機即可升級整機性能，降低采購成本和使用成本。2、探測更深的管線與更遠的距離LD6000管線儀在信號輸出與信號接收技術(shù)上的創(chuàng)新，提高了整機的測深和測距能力，能夠探測更深的管線和更遠的距離，大大提高野外探測效率。在信號輸出方面，發(fā)射機采用10W大功率輸出，直連法最大輸出電流高達1A，并采用新型高效感應線圈，增大了感應線圈磁矩，感應法激發(fā)性能較其它發(fā)射機提高30%左右。自動阻抗匹配功能充分發(fā)揮出大功率優(yōu)勢，不僅能夠在高阻抗管線或干燥土壤等條件下實現(xiàn)有效激發(fā)，亦無需嚴格要求接地條件，適應能力明顯增強。在信號接收方面，采用高靈敏度的新型接收線圈和140dB信號增益，接收信號靈敏度明顯高于同類接收機?？梢?，LD6000發(fā)射機在低頻和高頻時的直連法實際輸出性能高出某10W發(fā)射機20-50%，但常用的33K中頻高出某10W發(fā)射機130%。LD6000直連法的實際探測距離為80m，某管線儀為30m，比某管線儀遠50m，直連法探測距離是某管線儀的2.67倍。LD6000感應法的實際探測距離為55m，某管線儀為30m，比某管線儀遠25m，感應法探測距離是某管線儀的1.83倍。3管線定位與定深更準確LD6000采用雙水平和雙垂直線圈管線接收管線信號，具有三種信號接收方式：雙水平線圈用于峰值法（極大值法）檢測管線磁場的水平分量梯度Hx，單水平線圈用于寬峰法（Hx極大值法）檢測管線磁場的水平分量Hx，雙垂直線圈用于谷值法（極小值法）檢測管線磁場的垂直分量梯度Hz。峰值定位模式抗干擾能力強，在密集管線環(huán)境下定位和測深較為準確，適用于密集和復雜管線條件，是管線探測的首選定位模式。谷值定位模式抗干擾能力較差，管線密集時存在較大定位誤差甚至錯誤定位，僅在單一管線條件下定位準確；但谷值法時的信號靈敏度較高，能夠接收到深部管線信號，且探測距離較遠，因而谷值定位模式一般用于探測大埋深或者長距離的單一管線。寬峰定位模式的抗干擾能力和信號靈敏度介于峰值法與谷值法之間，一般適用于探測大埋深的單一管線。不同信號接收方式適用不同管線條件，多種信號接收方式有利于在復雜管線條件下對探測結(jié)果進行對比和相互驗證。雙線圈接收技術(shù)通過差分方式消除或抑制空間及地下鄰近管線的電磁干擾，并利用Anti-clutter濾波器自動過濾干擾信號，提高探測信號的信噪比和信號穩(wěn)定性，實現(xiàn)在復雜條件下的精確定位。同時，雙線圈接收技術(shù)使得接收信號的峰值響應突出且峰值響應范圍變窄，提高探測信號的分辨率，有利于準確觀測和識別峰值信號點，提高定位精確度。LD6000接收機采用創(chuàng)新性的峰值信號標識線進一步提高定位精度，在條形圖信號強度中清晰地指示出二秒內(nèi)的峰值信號位置，當條形圖信號強度位置與峰值信號標識線重合時表明定位準確，否則需要向峰值信號標識線移動接收機，兩者的偏離距離越遠說明接收機偏離管線位置越遠。峰值信號標識線讓信號響應更加直觀明確，而無需來回反復平移接收機靠人為判斷來識別峰值點，便于簡單、快速、準確地定位管線，有效避免誤測，提高了定位速度和精度。LD6000采用70%特征點法精確測量管線中心埋深，該種測深方法經(jīng)過多年實踐證明是最準確有效的測深方法，即便在復雜條件下亦能保證深度測量誤差在管線實際埋深的5%以內(nèi)。按鍵直讀測深方法僅適用于單一管線條件，受其測量原理限制，在存在空間及地下電磁干擾時會產(chǎn)生必然的誤差乃至錯誤，因此直讀深度是一種估計深度，只能作為參考。另外，在寬峰模式時還可使用50%特征點法和80%特征點法測深，在谷值模式時