当前我国城镇供水管道修复更新.docx

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当前我国城镇供水管道修复更新

城镇供水管道的维修与修复新技术

1.当前我国城镇供水管道修复更新工程设计、施工中存在的问题与解决办法；

1.1我国城镇供水管道概况

改革开放以来,我国给水事业获得突飞猛进的发展.

2004年我国供水厂达3000多座，供水管网总长35.84万公里，日综合供水能力2.48亿立方米，城市年供水总量490亿立方米。

我国不同年龄的供水管道构成如图1。

使用年限在50年以上的占6.2%，大量管道是在1979年之后铺设的，占总管道的72.6%，到目前为止也不超过30年。

相比世界发达国家的管网系统，我国的管道还相当年轻.然而从我国的管道构成图2来看，情况并不乐观，材质较差的灰口铸铁管占51%，镀锌钢管和水泥管占19%，而材质较好的球墨铸铁管、钢管说占比例较小。

大部分城市的灰口铸铁管占总长度的50%以上，个别城市达到90%以上，一些安装时间较长的灰口铸铁管已不符合国家规范的要求，加之接口技术落后，导致管网腐蚀严重、强度严重降低、爆管事故濒繁发生、管网漏损逐年增加；另外为适应城市供水发展的需求，一些城市将不同时期的或不同地区的管网进行联网供水，出现管材混杂的情况，承压标准较低的管段处于超负荷运行状态，爆管事故增多。

上述问题不仅导致供水损失，而且造成水压下降、水质变差，严重影响服务水压和供水水质。

图1.3多伦多市管道长度、人口和时间的关系图1.4北美地区供水管道不同材质构成

从世界范围看，国外发达国家早在上个世纪初就在城市地下大范围地铺设管道，大多数城市的管网系统相当部分管道超过50年使用时间，有的甚至超过了100年。

图1.3为加拿大多伦多市管道安装长度与时间的关系曲线，1950年之前安装的管道占40%。

在从图1.4可以发现管道材料构成中，灰口铸铁管占的比重最大，基本上在40%以上，有的甚至超过50%，其次是球墨铸铁管和石棉水泥管。

Kirmeyer等在1992年统计美国供水管道时发现有2/3为铸铁管（其中48%为灰口铸铁管，另外19%为球墨铸铁管），15%石棉水泥管，剩下的18%为塑料管、混凝土管等。

在1993年占加拿大人口11%的21个城市的调差中也发现有类似的情况。

ASCE估计美国每年需要110亿美元来维护和更换问题严重的管道，AWWA（美国水工业协会）则认为在将来的30年需要投入2500亿来应付管网日常维护和更换的开销。

虽然各机构预算数据有些差别，但可以看出看出管网维护或更换的成本是巨大的，而这仍只能保证每年0.5%的更换率。

比较发达国家和我国部分城市可以发现：

一是尽管管道的使用时间没有国外发达国家长，但是我国在役管道的管材质量却并不比它们好，灰口铸铁管等材质较差的管道占了50%，二是单位管长漏损平均值来看（见图5），我国管网漏损率要高于国外平均水平，爆管率也远高于国外，三是资金投入的不足，我国人口稠密，管网数量较大，但资料显示23个省区2003~2004年的管网改造投资额仅46.6亿元，只相当于美国每年110亿美元投入的6%。

总体上，我国管网的的现状有许多值得忧心的地方，应引起各政府部门的重视，尽快推动城市管网改造，降低管网漏损率，提高供水水质，，保障城市供水安全。

图5我国部分城市和欧洲国家的漏损率比较

供水管网目前存在的问题主要有：

1.管网老化、管材低劣、施工技术落后；2.管材混杂、管网超负荷运行；3.破损频繁、漏失严重、输水能力不足。

1.2.加快改造城市供水管网步伐

　　城市供水管网改造的目标是确保供水水质、降低管网漏失率，力求做到经济、合理，提高供水水质和供水安全。

2.1管网更新与改造

管网更新改造应循序渐进，突出重点，积极推广新工艺、新材料，新敷设的管道采用抗腐蚀材料或防腐性能好的产品，新管尽量采用球墨铸铁管。

管网改造实施原则：

管网改造与城市规划相结合；管网改造与降低漏损和爆管相结合；管网改造与提高水质相结合；管网改造与优化供水调度和主干管布置相结合。

改造修复无内衬管道，更换修复爆管频率高的管段；完成易漏、易爆管段改造，并逐步建立管网监测系统和管网GIS系统，完善供水区域间管网调水能力。

2.2建立供水管网事故预警与快速反应机制

上海市城市供水管网大口径管道爆裂事故的原因主要有两个方面，一是管网中管道部分老化，以灰铸铁管为主要管道材料的管道质量差，管道耐压和耐冲击性能差，是上海市供水管网与国际先进水平存在差距的根本问题；二是科学管理水平和手段比较落后，缺乏预防爆管事故的主动条件和快速反应及处理能力，容易造成重大的社会影响和经济、财产损失，影响市民生活和城市安全。

研究应用供水管网GIS系统和管网运行计算机动态模拟软件，建立以运行安全保障为目标的信息化管理平台；进行管网漏水和爆裂事故数据及因素分析，建立安全保障体系和建设方案；建立管网漏水监测系统，实时反映管网漏水状态，调研和选用适合上海地方特点和需求的管网漏水状态，调研和选用适合上海地方特点和需求的管网漏水和事故监测仪器设备，健全SCADA实时监测系统，制定事故快速反应和快速处理预案；实现管网安全运行调度和安全运行。

通过应用研究成果加强科学管理，降低爆管事故发生率；逐年更新改造管网材料，提高管网抗御灾害能力，最大限度减少管网爆管事故隐患。

主要涉及爆管的维修和旧管道的修复改造更新方面问题。

2爆管与旧管道的修复存在的问题及解决办法

2.1爆管机理分析及对策

2.1.1连续浇筑铸铁管的材质及配件质量问题；

2.1.2小口径石棉水泥管在冬天易易导致爆管；

2.1.3管道客观上受到各种径向位移；

2.1.4管道接口刚性；

2.1.5土壤腐蚀导致爆管；

2.1.6排气阀设置不当、失灵和水锤作用。

2.1.7我国现行的《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）存在具体实施中缺乏技术方法，设计抗震烈度与实际灾害情况比较，尚欠正确，依据不够充分。

2.2解决办法

2.2.1对连续铸铁管给予评价而有控制有选择的使用

2.2.2对铸铁管的生产工艺和材质进行改进

铸铁管用作给水管有其耐腐蚀行的优越性，对现有材质应采取：

A．加强操作管理，提高质量，进行出厂二次泵检；

B．改用离心浇铸工艺，提高产品质量，消除内沟重皮；

C．采用离心工艺制造的球墨铸铁管，有显著的优点；

2.2.3积极探索采用新管材；

2.2.4接口向柔性发展；

2.2.4提高施工技术保证施工质量；

2.2.5精心设计周密考虑；

2.2.6妥善解决已埋在地下的质量欠佳的水管；

2.2.7协调好市政开挖施工，减少位移外来因素；

2.2.8加强检漏和修漏工作；

2.2.9建立抢修中心，健全事故记录制度；

2.2.10立法保护水管设施。

三.管道的修复与更新

1.运行管道修复更新的原因

内在因素

管道运行到一段时间，管道内外腐蚀，渗漏、结垢，影响输配水的水量、水质、水压。

外在因素

●管道不适应当前和规划期内供水的需求；

●由于街道的扩建、其它管线的施工原因，位置和埋深需要调整；

●由于内外腐蚀结垢，引起运行状况恶化。

在经济效益和社会效益上引起严重后果，如：

两年内：

修理费、赔偿金、间接损失等达到固定资产的1/2以上。

管段故障导致大面积的不正常供水，引起人们强烈反响。

管段故障影响企事业单位重大任务的完成，影响涉外机构的正常用水。

管段故障影响引起交通堵塞、建筑物的安全、其它埋地管线正常运行。

2．途径和原则

A．维护好现有管道，恢复输水能力。

对于管道结垢，输水能力下降，可通过刮管、冲洗和补做衬里等措施，钢管腐蚀可采用阴极保护、修漏、加固等措施延长使用年限。

B．若修复费用已接近更新的费用，力求更换；

C．若管材质量问题，口径需扩大，按规划需求，重新铺管；

D.由于道路及障碍的赔偿费用占工程总造价的较大比例，采用不开挖方法更换管道，降低费用。

3.更新修复改造的方法

A．非结构性更新修复

管道补做衬里和除垢。

目的是；保证输水水质，避免结垢，减少阻力、漏水。

方法有：

环氧树脂、水泥砂浆、人工磁场、投加缓蚀剂、化学除垢、水力冲洗、喷砂、气水冲洗、高压喷射、弹性清洗器等。

B．结构性更新修复

内衬：

软管（非紧贴软管、滑衬、pwp技术、袜法等）、内插较小口径管（钢管、球铁管、HDPE、HMPE等）、换管：

分为开挖和非开挖、原位置和另规划、口径是原来的还是改大。

作业措施就会发生变化。

4.更新修复改造的方法选择

根据投资效益比较、能源效益比较法，从本地出发，按照管段的需水量、输水能力、管材承受内外压力、管段故障率、漏水率、水的稳定性、管材易碎程度、管道周围土质、埋深、同建筑物的距离等，进行多方案比较后进行。

具体做法：

现状调查-制定制定管网更新修复改造规划-选择方法-设计-施工—验收-投入使用

四、供水管道探测

管道CCTV检测技术

  管道电视检测方法

管道电视检测在国外称管道CCTV（ClosedCircuitTelevision）检测，是目前国际上用于管道状况检测最为先进和有效的手段。

近两年国内一些城市如上海、广州、深圳等已开始引进该类检测系统，并取得了非常好的效果。

管道电视检测系统是由三部分组成：

主控器、操纵线缆架、带摄像镜头的“机器人”爬行器。

主控器可安装在汽车上，操作员通过主控器控制“爬行器”在管道内前进速度和方向，并控制摄像头将管道内部的视频图象通过线缆传输到主控器显示屏上，操作员可实时的监测管道内部状况，同时将原始图象记录存储下来，做进一步的分析。

当完成CCTV的外业工作后，根据检测的录象资料进行管道缺陷的编码和抓取缺陷图片，以及检测报告的编写，并根据用户的要求对CCTV影像资料进行处理，提供录象带或者光盘存档，指导未来的管道修复工作。

管道CCTV（ClosedCircuitTelevision）检测是

一：

对管道进行摄像检测的必要性

准确把握管道的功能性病害和结构性病害；

判读损坏情况，进行种类和程度的分类和归纳，便于管理；

按损坏情况分轻重缓急提出预防性修理计划或紧急抢修方案，把问题解决在摇篮之中；

保存管内的影像资料，建立管道的管理档案

二:

电视检测系统的适用范围

适用管径：

200mm-3000mm

防水性能：

10m深水压

最大爬坡角度：

50度

单次检测长度：

300m

三：

电视检测系统的特点

图像清晰，轻便小巧，操作方便，实用性强；

摄像头高度可自由调节，镜头360度自由旋转,正负240度斜视

可自行测量管道的长度，明确管道的损坏位置

LD6000全频管线仪

功能

管线水平定位方法

　　接收机采用全数字信号处理，能够自动滤除干扰信号，接收信号稳定，能够实现管线的精确定位和定深。

具有一键自动增益到最佳信号水平功能，非常便于管线探测。

峰值法

　　采用双水平差分线圈，接收管线水平磁场的垂向差值信号。

峰值法不仅能够消除及抑制地表和浅层磁场干扰，而且能够突出管线磁场信号。

峰值法抗干扰能力强，定位精度高，用于存在干扰磁场的城市复杂条件的经常性探测工作。

谷值法

　　采用垂直线圈接收管线垂直磁场信号。

具有定位箭头指示管线方向，和防止误测功能，显示直观。

用于环境干扰小、接收灵敏度低的环境。

一般用于管线的快速追综。

管线深度测量方法

直读深度法：

　　用于在简单条件下测量管线深度。

具有两种直读深度量程：

　　0-5米量程：

  定深精度高，可用于直连法、感应法和夹钳线圈感应法。

　　可在电缆末端或接头位置进行精确定深

　　0-10米量程：

用于深部管线的深度测量。

仅用于直连法。

　　可在金属干扰物（护栏或者篱笆）附近进行稳定的深度测量

2005年以来，地下管线探测仪更新换代速度加快，不断应用最先进的CPU、DSP、线圈等技术向智能化方向发展，仪器结构、探测性能和功能出现很多创新性的变化，更加适合管线探测现实。

雷迪公司2007年最新推出的LD6000全频管线仪，就是当前先进管线仪的典型代表。

1．全频接收功能

　LD6000全频管线仪采用新型线圈，不仅提高了信号灵敏度和分辨率，而且突破性地实现了接收机的全频接收功能。

该接收机能够接收50Hz～200kHz之间的任意频率，兼容目前所有管线仪的工作频率。

该机的接收机目前预设45个主流管线仪频率，发射机预设8个直连频率（512Hz/640Hz/8kHz/9.5 kHz/33kHz/38kHz/65kHz/80kHz）和3个感应及夹钳频率（33kHz/38kHz/80kHz），用户所需要的其它接收频率和发射频率均可通过软件免费定制。

全频接收机可根据管道及地电条件的差异，选用不同的工作频率，以提高对各种复杂管线条件和工作环境的适应能力。

一般地，50Hz～1kHz低频频率适用于采用直连法探测长输钢管和长途通信电缆，由于信号率减率低、不易产生互感，具有探测深度大、探测距离长和探测精度高的特点，但低频不适用于高阻抗管道和无直连条件的电缆，也不适用于特别干燥的土壤环境；8k～40kHz中频频率是管线探测常用和首选频率，适用于探测中低阻抗管线以及一般土壤条件，而且可使用直连法、夹钳法、感应法等多种激发方法，探测深度、探测距离和探测精度也基本能够令人满意，其中30k～40kHz中频最为高效；40kHz～200kHz高频频率适用于探测带有胶圈接口的高阻抗管道和高阻抗的光纤电缆以及特别干燥的土壤环境，但由于信号衰减率高、传播距离短，且易于耦合邻近管线产生干扰信号，应用范围具有局限性。

因而，全频接收功能大大扩展了管线仪的应用条件，探测时能够根据管线条件和土壤条件选择最合理的频率，充分发挥不同探测条件的频率特性。

LD6000接收机兼容目前所有管线仪的工作频率，可与任意品牌的发射机一起使用，已有管线探测仪的用户仅购置接收机即可升级整机性能，降低采购成本和使用成本。

2、探测更深的管线与更远的距离

　LD6000管线仪在信号输出与信号接收技术上的创新，提高了整机的测深和测距能力，能够探测更深的管线和更远的距离，大大提高野外探测效率。

在信号输出方面，发射机采用10W大功率输出，直连法最大输出电流高达1A，并采用新型高效感应线圈，增大了感应线圈磁矩，感应法激发性能较其它发射机提高30%左右。

自动阻抗匹配功能充分发挥出大功率优势，不仅能够在高阻抗管线或干燥土壤等条件下实现有效激发，亦无需严格要求接地条件，适应能力明显增强。

在信号接收方面，采用高灵敏度的新型接收线圈和140dB信号增益，接收信号灵敏度明显高于同类接收机。

　可见，LD6000发射机在低频和高频时的直连法实际输出性能高出某10W发射机20-50%，但常用的33K中频高出某10W发射机130%。

　LD6000直连法的实际探测距离为80m，某管线仪为30m，比某管线仪远50m，直连法探测距离是某管线仪的2.67倍。

LD6000感应法的实际探测距离为55m，某管线仪为30m，比某管线仪远25m，感应法探测距离是某管线仪的1.83倍。

3．管线定位与定深更准确

　LD6000采用双水平和双垂直线圈管线接收管线信号，具有三种信号接收方式：

双水平线圈用于峰值法（极大值法）检测管线磁场的水平分量梯度△Hx，单水平线圈用于宽峰法（Hx极大值法）检测管线磁场的水平分量Hx，双垂直线圈用于谷值法（极小值法）检测管线磁场的垂直分量梯度△Hz。

峰值定位模式抗干扰能力强，在密集管线环境下定位和测深较为准确，适用于密集和复杂管线条件，是管线探测的首选定位模式。

谷值定位模式抗干扰能力较差，管线密集时存在较大定位误差甚至错误定位，仅在单一管线条件下定位准确；但谷值法时的信号灵敏度较高，能够接收到深部管线信号，且探测距离较远，因而谷值定位模式一般用于探测大埋深或者长距离的单一管线。

宽峰定位模式的抗干扰能力和信号灵敏度介于峰值法与谷值法之间，一般适用于探测大埋深的单一管线。

不同信号接收方式适用不同管线条件，多种信号接收方式有利于在复杂管线条件下对探测结果进行对比和相互验证。

双线圈接收技术通过差分方式消除或抑制空间及地下邻近管线的电磁干扰，并利用Anti-clutter滤波器自动过滤干扰信号，提高探测信号的信噪比和信号稳定性，实现在复杂条件下的精确定位。

同时，双线圈接收技术使得接收信号的峰值响应突出且峰值响应范围变窄，提高探测信号的分辨率，有利于准确观测和识别峰值信号点，提高定位精确度。

LD6000接收机采用创新性的峰值信号标识线进一步提高定位精度，在条形图信号强度中清晰地指示出二秒内的峰值信号位置，当条形图信号强度位置与峰值信号标识线重合时表明定位准确，否则需要向峰值信号标识线移动接收机，两者的偏离距离越远说明接收机偏离管线位置越远。

峰值信号标识线让信号响应更加直观明确，而无需来回反复平移接收机靠人为判断来识别峰值点，便于简单、快速、准确地定位管线，有效避免误测，提高了定位速度和精度。

LD6000采用70%特征点法精确测量管线中心埋深，该种测深方法经过多年实践证明是最准确有效的测深方法，即便在复杂条件下亦能保证深度测量误差在管线实际埋深的±5%以内。

按键直读测深方法仅适用于单一管线条件，受其测量原理限制，在存在空间及地下电磁干扰时会产生必然的误差乃至错误，因此直读深度是一种估计深度，只能作为参考。

另外，在宽峰模式时还可使用50%特征点法和80%特征点法测深，在谷值模式时还可使用45°法测深。

在当今埋地管线越来越密集的情况下，更高的精度意味着更少的麻烦和探测失误造成的损失。

4．操作简单方便，适合野外使用

LD6000管线仪融合多种先进技术，使管线探测更简单、方便、实用。

全天候的高亮度TFT彩色显示屏，具有清晰明了的信息显示，能够充分适应野外强光环境，并且以后可通过软件免费升级多种个性化的显示界面。

以往采用大功率发射机时往往需要携带大量备用电池。

为方便野外作业，LD6000采用了双电源配置，接收机标配可智能转换的充电电池和碱性电池双电源，发射机标配可互换的充电电池和碱性电池双电源。

大容量的充电电池能够充分保证外业工作时间，使用方便并节约探测成本。

　由于CPU采用最新的双核高速处理器，信号处理与运算速度大大提高，深度测量和电流测量在一秒内即可完成，明显改善了探测效率。

双核CPU使得电路板高度集成化，维修与更换更简单方便。

5．通过软件升级新功能

LD6000管线仪是目前唯一真正实现软件升级的管线仪，通过软件采用软件操控、配置和升级仪器功能，而不需对硬件作任何改动。

未来可无限配置更强大的功能：

增加新频率，新的显示界面，管线绝缘故障定位功能，电缆精确识别功能，数据存储与下载功能，GPS功能等等。

软件升级使仪器的升级换代不再是硬件而转变为软件的升级，降低了客户对仪器的性能升级的资金再投入。

地下管线探测仪经过三十年的发展，功能和性能不断完善，LD6000管线仪在完全满足探查仪器技术要求的基础上，应用最新科技成果提高技术含量，不仅集合了前代管线仪的全部优点，而且采用空

　气线圈、全频接收、双核处理器、彩屏等创新技术让管线探测更快捷更精确，实现通过软件配置和升级功能和性能。

LD6000全频管线仪代表着21世纪管线仪的最新科技成果和最新技术标准，是管线仪更新换代的最佳选择。

五、供水管道修复工程施工关键技术介绍