排水管网常见缺陷及检测技术的应用与总结

排水管网是城镇市政基础设施的重要组成部分，是城镇的“地下生命线”。随着城镇化建设的飞速发展，现有的排水管网规模不断扩大。然而，在排水管网总量增加的同时，排水管网在长期使用过程中由于缺乏周期性的维护，导致管道内部出现了不同程度的缺陷、损坏，给城市安全留下了不小的隐患。

由于管网服役时间长，管道内部缺陷范围广且普遍，如管道破裂、变形、错口、脱节等，其造成的危害相对更加严重，不仅容易导致城市污水漫溢、雨水渍涝，而且可能引起路面坍塌，威胁到市民的财产以及生命安全。 

▲管道结构性和功能性病害

管道变形是由于管道受外力挤压造成管道形状变异，管道变形的原因可能是施工操作不规范、周围土壤状态改变、地基沉降、管道上方荷载尤其是道路上方车辆的动负荷影响等。

管道破裂缺陷影响因素较多，管龄、管径、埋深、土壤及接口密封性等因素具有显著相关性，当管道发生破裂缺陷时，管道内部与外部环境连通，在地下水位低于管内污水水位时，污水通过破损处进入外部土壤中污水处理厂运行不稳定污染周围环境，在地下水位高于管内污水水位时，地下水进入污水管内。 

管道腐蚀的主要因素为污水水质、管内流速、温度、管龄等。管道腐蚀缺陷在混凝土管和钢筋混凝土管中较为常见。由于混凝土管和钢筋混凝土管的耐酸碱腐蚀及抗渗性较差，在污水管道中由于管道所承载污水中腐蚀性较强，易发生腐蚀类型缺陷。在严重的情况下，管道混凝土部分会被全部腐蚀，在地下水位较高地区会随之带来的地下水入渗及污水外渗与土壤进入等问题。 

由于管道接口十分脆弱，施工、管理不当或地基变化均可导致接口错位、脱节、接口损坏等问题，在后期维护中也难以修复，造成缺陷积累，容易引发其他类型的管道缺陷。

排水管网发生渗漏的原因多种多样，可以分为内因与外因两类。管道出现渗漏的内因是管道的材料、附属设备的质量及施工质量，如排水管网的管材出现裂缝、壁厚达不到设计要求等。配套的附属设备变形老化、使用的管材不符合实际要求、管件与管道连接不紧密等许多质量、规格与性能的问题也会造成排水管网在施工及使用过程中的渗漏。

管道渗漏的环境因素主要是地基与基础、管渠回填土等外界综合因素。如地基承载力不足使管道下陷，导致管节脱落而漏水；当外界温差很大时，对温度敏感的塑料排水管容易受损而导致渗漏；酸、碱土壤也会腐蚀管道，导致管道破损渗漏。 

污水管道中障碍物与沉积缺陷多存在于缺乏日常维护管理的城市管道，在管道较长、管径较小、水力坡度较小等条件会增加管道堵塞率，并且埋深与植被状况是与管道堵塞相关的因素。

排水管网沉积物过多会导致排水管网过水能力下降，当城市遭遇暴雨袭击时，排水管网的排水能力受限会导致雨水在路面存积，进而影响城市交通，带来事故隐患。   

目前，排水管网排查方法主要分为三大类： 视觉检查法、电磁检查法、水质水量检查法 。

（1）观察法

观察法包括烟雾实验、染色实验。 烟雾实验 是指在检查井放置烟雾发生器，将大量惰性烟雾吹入污水管道并在相邻雨水管道排口或地面观察是否有烟气冒出，以此确定问题点位，可用于分析管段雨污混接或地下水入渗问题。

染色实验 是指通过向雨水管段注入大量含有无毒染料的水来模拟降雨，观察污水管网中是否有染料存在，从而确定污水管网是否有雨水管网接入，主要应用于雨污混接的排查。 

（2）数字化排查

数字化排查是利用CCTV、声呐以及传感器等设备对排水管网进行排查，通过分析摄像头记录的影像资料、声呐图像，判定是否存在雨污管网混接、地下水入渗或其他管道缺陷等情况。由于管道地形环境不同，需要不同的管道机器人装备进行排查，如安透可作为国内管道机器人研发制造的先驱，已开发出轮式、履带式、螺旋式、潜航器等多种管道排查机器人，可适用于无水、半水、半泥、满水等全工况进行数字化排查。管道机器人排查最大的优点是可以将排水管网内部的情况通过影视资料可视化呈现出来，结果真实可靠。

电磁检查法利用发射的电磁波在地下传播遇到不同的电性差异界面时发生反射现象，通过对接收到的反射电磁波波形、频率等特征的分析进而判断排水管道壁厚、测量土壤层的孔隙深度和尺寸、检查管道与周围土壤之间是否掏空以及管道缺陷等情况。 

（1）水质检查法

水质检查法是利用某些表征污水特征的物质对管道进行排查，目前主流的方法为特征因子法。通过排查生活污水、地下水、雨水等水源间的水质差异性，寻找表征某种水源的特征因子，进而找到水源点。一般来说，如果排水管网中存在本不该进入的生活污水、雨水或地下水等，势必造成原生水体特征因子浓度发生变化，因此通过对排水管网中特征因子的排查，可定性、定量判断雨污混接、地下水入渗与污水外渗问题。

（2）水量检查法

水量检查法是利用排水管道中水量的变化情况对管道进行排查的一种手段，常见的计算方法分为夜间最小流量法以及水量平衡分析法。水量检查法的优点是通过对理论进水与实际进水的差异，能够快速判断排水管道的外水量，可作为地下水入渗及外水入侵的重要判别手段。缺点是人力物力耗费大，且排查范围内的排水管网需具有较好的独立性，范围不宜太大，否则计算过程中会涉及多种用水功能区，使排查结果存在偏差。

除了上述排查方法外，目前市场上还有其他新兴的排查方法，比如 超声波检查法 与 分布式光纤温度感测 （DTS）技术 ，不过由于技术限制，这两种方法极易受到外界因素的干扰，并不能适应实际项目生产的需要，目前并没有大规模应用于实际项目中，尚处于研究阶段。

我国排水管网建设较为复杂，存在分流和合流排水体制并存、排水管网长期高水位运行等问题，导致排查工作难以开展。单一的排查方法都具有一定的弊端，因此需要基于我国排水管网现状，可以运用综合排查方法开展排水管网排查与诊断工作。

例如，综合利用水量水质检测技术与管道机器人数字化排查，通过水量水质分析确定管道污水分布情况和来水情况，缩小管道检测范围，然后利用机器人数字化排查技术查明管道问题，缩短排查周期，降低经济成本。 

随着技术的发展，排水管网的运行可以依托数字化手段对管网运行进行监测。

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