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本文研究區(qū)域為北方某內(nèi)陸城市建成區(qū)，排水管道長度9 214 km，其中污水合流管道4 693 km、雨水管道4 521 km。2017年至2022年共計發(fā)生排水管道塌陷事件1 044起，其中污水合流管道塌陷事件802起、雨水管道塌陷事件242起。

表1 2017年至2022年排水管道塌陷事件基本情況

01排水管道塌陷事件原因分析


1.1 部分管道超過設計使用年限


根據(jù)《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》（GB 5078-2012），城鎮(zhèn)給排水設施中主要構(gòu)筑物的主體結(jié)構(gòu)和地下干管，其結(jié)構(gòu)設計使用年限不應低于50年。超過設計使用年限的管道由于修建于不同的歷史時期，管道設計標準低，容易造成斷管塌陷。


排水管道發(fā)生塌陷，且可查到修建年代的共847起，其中管齡超過50年的共350起，占比41%；30年至50年的共395起，占比47%；30年以內(nèi)的共102起，占比12%。據(jù)統(tǒng)計，管齡超過50年的排水管道長度約1 222 km，占比13.3%；30年至50年的約3 408 km，占比37%；30年以內(nèi)的約4 574 km，占比49.6%。結(jié)合不同管齡的排水管道長度來看，管齡超過50年的管道每百公里發(fā)生塌陷事件30.36起，在30年以內(nèi)的管道每百公里發(fā)生塌陷事件僅1.77起，超過結(jié)構(gòu)設計使用年限的管道發(fā)生塌陷的概率最高。

圖1 不同管齡的排水管道發(fā)生塌陷事件數(shù)量

1.2 結(jié)構(gòu)缺陷問題突出


根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道結(jié)構(gòu)等級評定》(DB11/T 1492-2017)，結(jié)構(gòu)缺陷分為腐蝕、破裂、變形、錯口、脫節(jié)、滲漏、侵入七類，根據(jù)嚴重程度各分為輕度、中度、重度三級，不同類型、程度的結(jié)構(gòu)缺陷影響管道強度、剛度和使用壽命，而影響污水合流管道與雨水管道塌陷的結(jié)構(gòu)缺陷類型與程度有明顯不同。


通過檢測評估資料，969起在管道塌陷前均存在不同程度的結(jié)構(gòu)缺陷，主要類型為腐蝕、錯口、破裂、脫節(jié)、變形五種，所占比例分別為61%、19%、15%、3%、2%，其中污水合流管道塌陷事件744起，雨水管道塌陷事件225起。


1.2.1 污水合流管道結(jié)構(gòu)缺陷特征


管道塌陷前存在結(jié)構(gòu)缺陷最多的為腐蝕，共595起，占缺陷總數(shù)的80%。產(chǎn)生腐蝕的原因為污水中微生物誘導產(chǎn)生的硫化氫、硫酸等硫化物對管道長期侵蝕，致使管道內(nèi)壁逐漸變薄、脫落，結(jié)構(gòu)強度降低；管道內(nèi)壁脫落后，露出鋼筋則更易被硫化物腐蝕，管道結(jié)構(gòu)強度加速降低。根據(jù)腐蝕嚴重程度，165起為管道已露出鋼筋的重度腐蝕，占腐蝕缺陷總數(shù)的28%；252起為露出骨料的中度腐蝕，占比42%；178起為管壁剝落的輕度腐蝕，占比30%。


存在結(jié)構(gòu)缺陷較多的還有破裂96起，占缺陷總數(shù)的13%，主要表現(xiàn)為管道接口處破碎或長度較長的縱向裂口，破裂后管道本身結(jié)構(gòu)強度降低，在受到長期水力沖刷或偶爾外部擾動后產(chǎn)生塌陷。根據(jù)破裂嚴重程度，61起為管道有明顯脫落的重度破裂，占破裂缺陷總數(shù)的64%；35起為有明顯裂口的中度破裂，占比36%。此外，還存有少量錯口、脫節(jié)、變形缺陷導致塌陷，占比7%。

表2 不同結(jié)構(gòu)缺陷類型排水管道塌陷事件數(shù)量

1.2.2 雨水管道結(jié)構(gòu)缺陷特征


管道塌陷前存在結(jié)構(gòu)缺陷最多的為錯口，共153起，占缺陷總數(shù)的68%；其次為破裂49起，占比22%；還有少數(shù)變形、脫節(jié)缺陷，占比10%。四類點狀缺陷均破壞了雨水管道密封性，雨水通過結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生的縫隙不斷沖刷管道周邊土壤形成空洞，從而導致管道整體沉陷或斷裂。根據(jù)缺陷程度，重度缺陷147處，占缺陷總數(shù)的65%；中度缺陷59處，占比25%。


綜上所述，腐蝕缺陷是污水合流管道發(fā)生塌陷的主要原因，且不同程度的腐蝕缺陷均有可能發(fā)生管道塌陷；錯口、破裂等點狀缺陷是雨水管道發(fā)生塌陷的主要原因，且中度、重度的結(jié)構(gòu)缺陷導致管道塌陷的概率較高。


1.3 受降雨影響較大


在旱季時，城市土體含水量較低，當進入雨季，土體的飽和度遇頻繁降雨后不斷提高，抗剪強度降低，影響排水管道結(jié)構(gòu)強度；頻繁降雨導致地下水位升高，地下水滲透壓力作用于管道周邊土體，破壞管道結(jié)構(gòu)；大部分雨水管道按照《室外排水設計規(guī)范》(GBJ 14-87，1997年版)設計，設計重現(xiàn)期多為0.5～3年，標準較低，超過設計標準的降雨易造成雨水管道滿溢，較大水壓可能超過管道本身結(jié)構(gòu)強度，以上三方面因素均導致雨季排水管道塌陷事件數(shù)量升高。


根據(jù)管道塌陷事件月度對比情況分析，6月至9月發(fā)生塌陷事件數(shù)量占全年比例均超過50%，其中2017年最高，占比64%；2020年次之，占比63%。

圖2 2017年至2022年排水管道每月發(fā)生塌陷事件數(shù)量

結(jié)合降雨量分析，2017年6月至9月累計降雨量483mm，期間發(fā)生管道塌陷事件123起，2019年6月至9月累計降雨量356mm，期間發(fā)生管道塌陷事件78起。當單場降雨量超過50mm以上時，均會在短時間內(nèi)發(fā)生管道塌陷事件，例如2017年6月21日，平均降雨量114mm，降雨后7天內(nèi)發(fā)生22起管道塌陷事件；2022年7月28日，平均降雨量120mm，降雨后7天內(nèi)發(fā)生11起管道塌陷事件。

圖3 2017年至2022年6月至9月排水管道塌陷事件數(shù)量與降雨量對比

1.4 塑料管道塌陷事件比例較高


排水管道材質(zhì)應用最多的為砼管，占比達82%；其次為塑料管，占比8%。此外還有缸瓦管、金屬管、箱涵等其他材質(zhì)，占比10%，該類材質(zhì)在近些年的市政排水管道建設中應用較少。


塌陷事件中有814起管道材質(zhì)為砼管，109起為塑料管，121起為其他材質(zhì)。其他類管材中引發(fā)塌陷事件最多的為箱涵，共計發(fā)生73起，占其他類管材塌陷事件總數(shù)的60%，箱涵塌陷多表現(xiàn)為蓋板斷裂、側(cè)墻坍塌。


結(jié)合不同材質(zhì)的管道長度來看，每百公里發(fā)生塌陷事件數(shù)量最多的管道材質(zhì)為塑料管，為14.25；缸瓦管、金屬管、箱涵等其他材質(zhì)每百公里發(fā)生塌陷事件為13.38；應用最多的砼管，每百公里發(fā)生塌陷事件為10.79。塑料管道發(fā)生塌陷概率較大的原因主要有三點，一是管道施工質(zhì)量參差不齊，因塑料管大多為柔性管道材質(zhì)，在施工中的鋪設、覆土回填等施工環(huán)節(jié)易造成對管道的破壞；二是塑料管經(jīng)常用在埋深淺、管徑小的環(huán)境下，較易受到外部擾動導致塌陷；三是在管道局部修復工程中，新安裝的塑料管材與其他管材接口處理不當，導致出現(xiàn)錯口、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)缺陷較多。

圖4 不同材質(zhì)的排水管道發(fā)生塌陷事件數(shù)量

1.5 擾動施工影響埋深較淺管道運行


擾動施工主要體現(xiàn)為重車碾壓、電力、供水等地下管線施工、道路大修及地鐵施工等。近幾年來，我國城市開發(fā)高速發(fā)展，地鐵、道路等設施處于建設高峰期，由于重型工程車、地下管線施工、施工降水、土體回填不實等問題，引起地下土層擾動和沉降，造成管道塌陷。擾動施工影響最大的多為埋深較淺的排水管道，如表3所示，埋深小于2 m的管道塌陷事件325起，占比31%，但埋深小于2 m的排水管道僅占總長度的19%，塌陷事件發(fā)生比例較高，我國城市機動化快速發(fā)展，有些較早建設的道路載荷過大，埋深淺的排水管道承受過高的載荷壓力；電力、供水、燃氣等下管線在交叉施工時，易對埋深較淺的管道造成破壞；盾構(gòu)法、淺埋暗挖法等地鐵、隧道施工時，大量地下水滲出帶走管道周圍大量土壤，造成斷裂塌陷。

表3 不同埋深的排水管道發(fā)生塌陷事件數(shù)量

02治理措施


排水管道作為重力流管道，發(fā)生塌陷事件隱蔽，易造成路面塌陷或水體污染等次生災害。為減少管道塌陷事件，建議從管道檢查、管道修復、應急搶險三方面進行治理與防范。根據(jù)本文分析，管齡超過設計使用年限、管道存在結(jié)構(gòu)缺陷、降雨沖刷是造成管道塌陷的主要因素，具體可采取以下主要措施：


2.1 管道檢查


（1）建立健全排水管道缺陷檢測制度，全面掌握現(xiàn)存結(jié)構(gòu)缺陷種類及數(shù)量，并按計劃有序開展工程改造。同時，形成周期性檢測評估機制，針對尚未及時修復的結(jié)構(gòu)缺陷定期觀察演變情況，及時調(diào)整治理計劃。對塌陷管道的上下游管段進行檢測評估，并進行預防性修復。


（2）規(guī)范排水管道日常巡視機制，針對尚未完成修復的缺陷管道制定專項巡視方案，加大巡視頻率，并對中度、重度缺陷管道的上下游檢查井均開啟巡視，觀察管道液位變化，及時發(fā)現(xiàn)塌陷事件；同時，運營單位要與城市道路管理部門對接，獲取地下管線、地鐵、道路施工作業(yè)區(qū)域，重點巡視區(qū)域內(nèi)排水管道，加強管道保護。


（3）加強排水管道在線監(jiān)測，運營單位可在管道中度、重度缺陷點位上下游安裝液位、流量等在線監(jiān)測設備實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)液位異常升高，及時溯源、及時治理。


2.2 管道修復


（1）建立排水管道常態(tài)化修復工作機制，綜合考慮地質(zhì)條件、水文條件、交通條件等因素，合理采用開挖、非開挖修復工藝，優(yōu)先對隱患大、影響大的設施開展修復工作。針對大管徑、大流量的隱患管線，現(xiàn)場不具備導水、分流條件的，可新建平行管線或連通管線解決。


（2）加強排水管道施工質(zhì)量控制，嚴格按照設計施工圖進行標準化施工，特別是管道埋設高程要準確，防止出現(xiàn)錯口等結(jié)構(gòu)缺陷；接口連接要緊密，避免出現(xiàn)承插口脫節(jié)、橡膠圈脫落；管道回填要按照規(guī)范和設計要求分層回填、壓實；所有管道施工均需按要求開展閉水試驗。


（3）針對埋深較淺的管道施工作業(yè)，應采用混凝土滿包封方式回填，盡量減少管道受擾動施工影響。


2.3 應急搶險


（1）建立應急搶險管理機制，運營單位要充分與道路、網(wǎng)格、街道等部門建立溝通機制，加強信息共享，及時發(fā)現(xiàn)排水管道塌陷事件；設立專業(yè)應急搶險隊伍應對隨時可能發(fā)生的管道塌陷事件；規(guī)范應急搶險標準化作業(yè)流程，保障在最短時間內(nèi)完成塌陷修復，將事件影響減少到最 小。


（2）規(guī)范搶險作業(yè)標準，搶險作業(yè)工法應盡量選擇開槽修復，確保最短時間內(nèi)完成治理。對于無條件開槽修復的，應對塌陷點位完成管道清理，臨時回填后進行非開挖修復，修復后進行注漿以保證結(jié)構(gòu)強度。同時，在搶險過程中，應綜合考慮污水流量大，或降雨影響，制定導水方案，避免搶險作業(yè)中發(fā)生管道冒溢、倒灌等問題。


03結(jié) 語


本文通過對北方某內(nèi)陸城市排水管道2017年至2022年的塌陷事件進行研究分析，管齡較長、塌陷前存在腐蝕、錯口等結(jié)構(gòu)缺陷、降雨沖刷是導致管道塌陷的主要原因，同時塑料管材質(zhì)、外部施工擾動也是管道塌陷的重要因素。根據(jù)分析結(jié)果，從管道檢查、管道修復、應急搶險三方面提出了治理措施，建立系統(tǒng)性的檢查巡視機制，及時發(fā)現(xiàn)管道塌陷事件；對存有結(jié)構(gòu)缺陷的管道進行針對性修復，減少管道塌陷發(fā)生概率；建立高效的應急搶險管理機制，規(guī)范搶險作業(yè)標準，減小塌陷事件影響。



微信對原文有修改。原文標題：北方某內(nèi)陸城市排水管道塌陷多因素分析及治理措施；作者：郭宰宏、于麗昕、王鵬、李志勛、胡偉；作者單位：北京城市排水集團有限責任公司?？窃凇督o水排水》2023年第 10期。