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上海市政院谭学军:城镇排水管渠检测与修复技术研究

日期:2019-08-22    来源:E20水网固废网

国际节能环保网

2019
08/22
10:34

关键词: 城镇排水 排水管渠检测与修复 镇污水处理

   上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司研究院总工谭学军,在2019(十一届)上海水业热点论坛上做了“城镇排水管渠检测与修复技术研究”主题演讲,分享了上海市政院近几年研究的多项关于城镇排水管渠检测与修复技术。
  近两年,伴随一系列政策的出台,污水治理提质增效成为行业关注的重点,污水管网问题成为水务行业关注的热点话题。上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司研究院总工谭学军,在2019(十一届)上海水业热点论坛上做了“城镇排水管渠检测与修复技术研究”主题演讲,分享了上海市政院近几年研究的多项关于城镇排水管渠检测与修复技术。
  以下为谭学军现场发言内容:(根据现场发言整理,未经本人审阅)
  谭学军的演讲内容主要基于以上海市政总院为牵头单位承担的排水管渠方面的国家重大专项课题(城市排水管渠数字化诊断、清淤设备及修复材料产业化(2015ZX07309-001))的研发成果展开。课题主要围绕排水管渠精确检测、疏通处理和原位修复,开展技术及软件研发、装备开发、工程示范、标准编制和产业化推广应用。从关键技术、产品、示范工程和标准编制等方面,推进标准化和产业化;对标国际先进水平,全面提升我国城市排水管渠检测、清淤和非开挖修复技术的创新发展、工程应用和质量管理水平,支撑城镇污水处理提质增效。
  几项排水管渠检测及修复技术设备研究及开发
  谭学军在演讲中详细介绍了课题中研发的几项污水管渠检测及修复技术设备,以下为各项技术的详细情况。
  一、城市排水管渠数字化诊断设备产业化
  1、技术研发
  (1)高清数字摄影测量技术
  适用于矩形、方形、圆形等管道(管渠),将管道内拍摄的高清视频转化为数字信号进行输出表达,并能嵌入排水管道智慧管理平台(如GIS等);
  (2)基于图像像素计算的管渠内壁状况量化技术
  高清数字化摄影摄像利用提取特征点云重建三维模型后,能获取管道图像中的缺陷点位、大小等数据。
  (3)超声数字化三维建模技术
  通过对不同声纳探头反射信号强度和精度的研究,将声纳信号的调节功能由模拟滤波提升为模拟滤波和数字滤波相结合;通过控制步进电机精确旋转,实现聚焦超声换能器同步旋转;通过环形扫描,实现自发自收换能器采集管壁剖面图像。
  2、视频检测设备开发
  视频检测设备年生产大于30套,具有比较领先的技术参数:
  (1)高清数字摄影镜头,分辨率达到200万像素,灵敏度≤0.1Lux,高于现行的行业和地方标准(30万像素和灵敏度≤3Lux);
  (2)2芯传输电缆,重量等方面优于传统的6芯传输电缆,(单次检测)长度达到2000米,并改进电缆盘、爬行器和主控器性能,实现无线控制和传输功能;
  (3)自主研发配套软件,实现数字化三维建模和缺陷量化计算,减少人工判读造成的主观误差。
  视频检测设备
  3、超声数字检测设备开发
  超声数字检测设备年生产大于30套,许多技术参数也优于行业其他设备:
  (1)适用最大管径6000毫米,125mm范围的分辨率小于0.5mm,每密位均匀采样点数量800个,高于现行的行业和地方标准(>250个);
  (2)生成二维管壁横断面图、二维管壁纵剖全景展开图和三维管壁模型,三种视图联动;
  (3)自动检索管壁横断面轮廓、测算沉积深度、宽度、沉积面(体)积,并标识沉积物区域,量化分析检测结果;
  (4)实现声纳和视频共缆检测。
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  声纳检测设备(左)、声纳和视频共缆检测设备(右)
  二、城市排水管渠清淤与处理设备产业化
  除了排水管渠的数字化诊断设备,谭学军还介绍了城市排水管渠清淤与处理设备,详细情况如下:
  1、技术研发
  (1)污泥抽吸技术
  有效吸程可达15m-20m,优于国产同类真空吸污车6m-10m的吸程范围。
  (2)污泥冲刷技术
  污泥高速冲刷的压力达到20MPa、流量大于250LPM,优于国产同类冲洗车压力15MPa左右和流量小于200LPM的水平。
  (3)多级分离技术
  实现通沟污泥多级有机物、无机物的清洗、分离、压滤和尾水处理,填补国内排水管渠污泥处理处置空白。
  2、一体化车载成套设备开发
  一体化车载成套设备年生产量大于15套,拥有多方面的优势:
  (1)压力冲刷和真空抽吸共同作用的有效吸程可达20米;
  (2)污泥高速冲刷的压力达到20兆帕、流量达到400升/分钟;
  (3)配备多级过滤水处理系统,尾水含有污泥颗粒直径不超过200微米。
  一体化车载成套设备样车
  3、处理站成套设备开发
  处理站成套设备已在武汉、常德、漯河、宿州、上海等地建成通沟污泥处理站10余座,与其他设备相比,它具备以下几方面的优势:
  (1)形成50m3/h、100m3/h标准系列管渠污泥处理站成套设备;
  (2)污泥处理站处理后渣料含水率低于30%;
  (3)尾水经过泥水分离处理后悬浮颗粒粒径最小可达200微米。
  处理站成套设备
  三、城市排水管渠原位修复材料产业化
  1、树脂修复材料
  树脂修复材料生产能力达到10吨/天,价格较外国同类产品下降20%。他的特征有:固体含量为57%;60℃条件下凝胶时间为20分钟;固化时间为25分钟;拉伸强度为23兆帕;弯曲强度为35兆帕;弯曲模量为1773兆帕。
  树脂修复材料及施工现场
  2、内衬管修复材料
  内衬管修复材料生产能力达到500吨/天,价格较外国同类产品下降20%~30%。他的特征及优势为:幅宽达到8米;内衬材料制作管渠口径300毫米~1200毫米;软管和接缝横向与纵向抗拉强度高于5兆帕,且能承受施工的拉力、压力和固化温度,多层软管各层的接缝错开,接缝连接牢固;外层PU膜厚度不低于0.5毫米。
  内衬管修复材料
  多项城市排水管渠运行管理标准研究与制订
  在市政污水管渠检测及修复技术设备研发的基础上,基于课题还编制了几部标准,分别是:
  一、《城镇排水管道技术规程》 (DG/TJ08-2222-2016)
  编制进展:2016年12月21日发布,2017年4月1日起实施;
  编制单位:上海排水管理处和上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司主编;
  技术内容:适用于新建、扩建和改建的城镇永久性的公共排水管道和附属构筑物的设计,融合海绵城市建设和初期雨水污染控制的理念,内容涵盖“立体交叉道路排水”和“检测和控制”。
  二、《排水管道电视和声纳检测评估技术规程》(DB31/T444-2009)
  编制进展:上海市水务局下达的《2017年度局标准化项目》,已完成初稿;
  编制单位:上海市排水管理处和上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司主编;
  技术内容:作为行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181-2012)的重要参考依据;本次修编新增了检查井检查,更新了对视频数字化模型分析,全景三维硬稀泥检测声纳和管道潜望镜检测的设备技术指标。
  三、《城市排水管渠数字化检测与评估技术规程》
  编制进展:2015年5月立项(建标协字[2016]038号),2016年10月召开启动会,已完成初稿;
  编制单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司和武汉中仪物联技术股份有限公司主编;
  技术内容:增加“聚焦电流法检测”等新方法和3个针对新测试方法的附录表格,并根据数字化要求更新“管道潜望镜检测”、“激光检测”、“数字化电视检测”章节中设备参数、技术要求。
  四、《城市排水管渠原位固化修复技术规程》
  编制进展:2019年4月立项(中国勘察设计协会);
  编制单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司和上海誉帆环境科技有限公司主编;
  技术内容:新增对原材料选择、材料壁厚设计、施工过程细节把控、修复后材料的力学性能测试等方面的规定,进一步规范翻转法原位固化修复技术的施工质量控制和材料测试方法。
  五、《城镇城市排水管渠通沟污泥处理技术规程》
  编制进展:2014年10月立项(建标协字[2014]070号),2018年6月征求意见,2019年7月通过审查;
  编制单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司和三川德青科技有限公司主编;
  技术内容:首次编制专门针对排水管渠污泥处理的标准。涵盖污泥采集、污泥运输和综合处理等环节,突出无害化、减量化和资源化的原则。
  几种常用排水管渠检测及修复技术的优势及使用范围
  一、检测技术应用
  排水管渠的检测技术主要分为:视频检测(含潜望镜)、声纳检测、雷达探测、聚焦电流检测。各类检测技术的适用范围及优缺点分别如下:
  1、视频检测
  (1)市场份额约占90%以上,视频检测装备已实现国产化;
  (2)管道内部状况检测最为快速和有效的手段,广泛应用于排水管渠日常养护、修复方案制定、雨污水混接调查、外来水调查和排水系统信息化等;
  (3)针对大管径(直径大于1200毫米)管渠的带水检测,创新应用无人机作为搭载设备;
  (4)无法探测水面下的结构情况,需要视排水管渠内的水位和淤积情况,进行必要的临时封堵、降水和疏通清洗。
  2、声纳检测
  (1)市场份额约占5%,声纳检测装备已实现国产化;
  (2)创新应用水下机器人作为搭载设备;
  (3)可准确定量的判断管道的过水断面,主要用来检查管渠功能性状态;
  (4)在检查井内水位高于管口时,无法确定连接关系,可对井的水平断面进行扫描,查明管口的具体位置;
  (5)当河道岸上的出水口低于水位线时,利用声纳按一定的距离间隔沿河岸上下移动可准确定位出水口的位置以及管径。
  3、雷达探测
  (1)市场份额约占3%;
  (2)包括探地雷达和管中雷达,适用于管道走线、周边土体病害的检测;
  (3)探地雷达,可采用手推或(包含车载雷达)方式,主要使用范围为地面上,探测深度为2m以内;
  (4)管中雷达检测管道管径范围为300mm~1500mm,管道内水位不大于管道直径的20%,且不超过300mm;
  (5)三维探地雷达技术,空间采样率高,成像准确,分辨能力强,解译技术手段丰富。
  4、聚焦电流检测
  (1)市场份额约占3%;
  (2)适用于管径为300mm~1000mm的非金属或有绝缘层排水管道,最低水深要求为300mm;
  (3)针对排水管渠连接或接口处的渗漏、泄漏,精确定位检测管道内部泄漏点定性评估泄漏缺陷大小,重现性好;
  (4)适用于承压排水管道渗漏检测;
  (5)可在通水状态进行,无需封堵和降水;
  (6)检测成本约为视频检测的1/4,渗漏检测效率约为视频检测的3倍。
  二、修复技术应用
  目前管道修复主要有两大类,即开挖修复、非开挖修复。非开挖修复技术又分为两类:局部修复,整体修复。局部修复分为点状原位固化修复、不锈钢套筒法2种。整体修复分为穿插法、原位固化法、碎(裂)管法、缩径内衬法、机械制螺旋缠绕法、管片内衬法7种。
  在这些技术的基础上,谭学军介绍了几种常用的技术,每种技术的基本情况分别如下:
  1、热固型原位固化
  (1)市场份额约为50%;
  (2)已建工程中的最大修复管径为1800毫米;
  (3)树脂和内衬管修复材料均已实现国产化,价格较国外同类下降20%~30%;
  (4)相较于开挖修复,施工速度快(1~2天),交通等影响小;
  (5)管壁光滑、紧贴旧管,曼宁系数(粗糙度)降低,过水能力增强。
  2、光固型原位固化
  (1)市场份额约为40%;
  (2)已建工程中的最大修复管径为1600毫米;
  (3)玻璃纤维和树脂材料为全进口或国内生产的外资品牌;
  (4)研发光固化修复机器人;
  (5)施工可控性好,工期3~4小时;
  (6)内衬管密封效果好、抗腐蚀性强、使用寿命长;
  (7)修复成本约为热固型的1.5倍,与管径大小直接相关。
  3、点状原位固化
  (1)市场份额约占1%;
  (2)主要分人工玻璃钢接口和毡筒气囊局部成型两种技术;
  (3)特殊配方树脂,可在潮湿或带少量水流情况下作业;
  (4)使用专用管道内衬修补器,设备体积小,安装、转移方便;
  (5)施工时间短,从树脂混合到玻璃纤维局部内衬修复的完成在1~2 小时;
  (6)玻璃纤维局部内衬修复后的管壁光滑,可提高通水能力。
  4、不锈钢双胀环
  (1)市场份额约占2%;
  (2)主要材料为环状橡胶止水密封带与不锈钢套环;
  (3)适用管道结构性缺陷呈现为变形、错位、脱节、渗漏,且接口错位应小于等于3cm,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;
  (4)适用于对管道内壁局部沙眼、露石、剥落等病害的修补;
  (5)适用于管道接口处在渗漏预兆期或临界状态时预防性修复。
  5、管片内衬修复
  (1)市场份额约占4%;
  (2)单件管片重量约4kg,方便搬运;
  (3)可边运行边施工,运行的水深在直径的30.0%以下且不超过50cm;
  (4)可上下分开施工或中间向两边施工,以缩短施工工期,单次施工长度不限;
  (5)可进行曲线施工和局部施工,可临时中断施工。
  6、螺旋缠绕修复
  (1)市场份额约占3%;
  (2)适合于在地理位置复杂的地方施工;
  (3)在损坏严重的管道内能穿过断管处和接头断开处;
  (4)柔韧度好,在地层运动的情况下新管也能正常工作;
  (5)具有完全不依赖原管道的独立承载性,设计使用寿命可达50年;
  (6)对过流能力会有所影响。
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