科学传奇：都市智能工程，解决破裂管道问题！

2024-10-06 百科知识版权反馈

【摘要】：智能的隐形世界每年美国花费在修理破裂总水管方面的费用大约为8000万美元。对于渥太华市来说，这些都是至关重要的。随后，施工人员利用绞盘进行新管道的安放工作。它不仅汇聚了世界上一半多的地面活火山，同时还是一片地震频发地带。目前，世界上使用这种方法的公司虽然寥寥无几，但随着人们对深埋管道优势的进一步了解，它必将逐渐风靡世界。这是经过处理后的树脂，它们将在现有管道中形成一个新的管道。

智能的隐形世界

每年美国花费在修理破裂总水管方面的费用大约为8000万美元。而更换所有总水管的费用大约需要3500亿美元。为了使美国配水系统的负荷量降低到最低水平，他们每年需要投资770亿美元进行这方面的工作，而且将一直持续20多年的时间。对于加拿大和其他国家来说，情况同样如此。

因此，大多数城市在进行基础设施维修时都采用权宜之计，即便如此，它同样需要充分发挥高新科技的威力。

为了避免挖掘街道带来的麻烦，人们又开发了一种“无地沟”或“不挖掘”技术。

在渥太华市，一条主要总水管就穿过格洛斯特大街的下面。这条街是商业中心的主干道，两侧挺立着许多曾经显赫一时的历史建筑。1916年，人们安装了这些金属制成的总水管。现在，土木工程师们利用遥控摄像机，清晰地看到了这些受到严重腐蚀和损坏的地下管道。

◆每年美国花费在修理破裂总水管方面的费用大约为8000万美元◆

人们不得不采取一些紧急补救措施，主要包括两种方法。一种是采用传统的挖掘法。施工人员首先挖开街道，然后再将地下管道进行逐个替换。一般来说，这种办法耗资巨大，干扰较多，而且所需的工程时间也比较长。施工人员的另一种选择就是采用“无地沟”或“不挖掘”技术。这种方法可以将修复工作对城市生活的干扰降低到最低限度，同时还具有许多其他的优点。

◆施工人员的另一种选择就是采用“无地沟”或“不挖掘”技术◆

这种“无地沟”或“不挖掘”技术可以保护造价昂贵的路面以及附近的建筑物和绿地。对于渥太华市来说，这些都是至关重要的。

修复工作的第一步就是要建造一根新管道，直径为30英寸，并且采用高密度的聚乙烯或HDP制成。当一切工作就绪后，施工人员将新管道放入破损的旧管道中。维修过程中，附近居民将使用一种临时供水系统。

然而问题就在于，如何将直径为30英寸的管道放入直径为36英寸的总水管中。面对这种情况，施工人员首先除去一段旧管道，然后再对总水管的剩余管道进行清洁工作，清除所有的铁沉积物，以便为塞入新的塑料总水管做好准备。随后，施工人员利用绞盘进行新管道的安放工作。他们将一段新管道插入旧管道中，以确定它内部已经完全畅通无阻。在绞车钢丝绳的用力拖动下，新管道被逐渐送入原来的铸铁管道中。

◆在绞车钢丝绳的用力拖动下，新管道被逐渐送入原来的铸铁管道中◆

整个工程共需要使用6根管道，长度分别介于130～285米之间。当新管道安放妥当后，施工人员就向管道两侧注入水泥浆，以保证塑料管的稳定性。

这种“无地沟”技术具有速度快的优点。对于一般持续数年的工程，它最多只需要3个月左右的时间。

大多数建设工程都存在噪音大、干扰性强的问题。虽然，挖掘街道的现象仍将持续许多年，但不可否认的是，“无干扰”的“不挖掘”技术已经成为大势所趋。世界上的工程师正在努力开发应用新技术，有些甚至超乎我们的想象。

不列颠哥伦比亚省的温哥华市具有独特的地理位置。它位于落基山脉和太平洋之间，这里被地理学家称为“火圈”地区。它不仅汇聚了世界上一半多的地面活火山，同时还是一片地震频发地带。这无疑为温哥华的地下城市工作带来了严峻的挑战。

福尔斯克里克与温哥华毗邻而接，现在工程师们正打算在这里安装一条新的总水管。他们既不想扰乱这里的正常生活，同时还要保证管道的抗地震性，另外出于环境角度，也就是渔业部对环境的考虑，他们采用了“水平定向钻孔”的无地沟技术。施工人员凭借先进的钻孔技术，钻出导向孔进行定位，与此同时，钻探泥浆源源不断地流入钻孔，防止坍塌现象的发生。

◆施工人员凭借先进的钻孔技术，钻出导向孔进行定位◆

随后，施工人员通过扩孔钻，逐步加大导向孔的直径，以便容纳整个管道进入。扩孔钻在导向孔附近不断地进行往返运动，从而扩大了导向孔的直径，直到最后达到要求的尺寸。接着，施工人员再根据土壤状况安装新管道。紧密焊接起来的新管道缓缓通过导向孔，在这个过程中，插入的角度必须绝对正确。一般来说，9度左右是最佳的角度，超过9度就会压迫管道。这些工作不仅不会影响附近居民的生活，同时也不必挖掘街道。

◆“水平定向钻孔”技术只是在最近几年才得以盛行◆

“水平定向钻孔”技术只是在最近几年才得以盛行。目前，世界上使用这种方法的公司虽然寥寥无几，但随着人们对深埋管道优势的进一步了解，它必将逐渐风靡世界。

然而，管道安全深埋后并不表示一切已经完事大吉。工程的关键就在于要保证新管道的持久耐用，而这就不得不依赖于最新的技术。位于多伦多附近的沃特卢大学就是城市基础设施研究的一个先头兵，研究怎样保证隐秘城市的安全是它责无旁贷的使命。

◆可以通过观察波峰、波谷和波形，以此来观察混凝土样本损坏的程度变化◆(www.chuimin.cn)

马克·奈特博士是沃特卢大学的一位土木工程师。他致力于混凝土管道强度的测试研究。他认为测试混凝土管道强度的方法之一是采用超音速法。通过发射机发送出声波和波节信号，然后再从对面的接收器中获得信号。通过测量所用时间以及信号通过样本的速度，人们就可以确定出它的速度。当然，也可以通过观察波峰、波谷和波形，来观察混凝土样本损坏的程度变化。

当需要对混凝土管道或者任何地下管道系统进行修理时，施工人员可以采用各种各样的技术以及建筑工具。对于直径较大的管道，他们经常采用的是德国首创的“滚动系统”技术。施工人员将聚乙烯片展开，使它紧贴管道的内侧进入，有时他们还会插入第二层。它们上面都带有小支座，从而在管道中形成了一个有角空间。随后，施工人员向里面填充高强度的水泥浆，这样现有管道内部就会形成一个新的管道。

除此之外，形成新管道最传统的方法之一是浇合管道法。施工人员凭借强大的水压，将浸满树脂的毛毡推入管道，并使它紧靠管道的内侧。然后，他们加入热水或蒸汽，将树脂分离出来。经过这些处理后，新管道也就随之产生了。这是经过处理后的树脂，它们将在现有管道中形成一个新的管道。

纯净的水源为我们的健康提供了保证，但是随着城市供水网络的老化和损坏，人们开始对水的质量表示担心。新的解决方法就是在总水管中加入一个不易渗透的水泥衬里。

供水系统的工程师在新、旧管道维修中使用了这种方法。它不仅具有“无地沟”技术干扰性小的特点，而且它内部的衬里还具有抗腐蚀的屏障功能。

不管是直径为100毫米，还是大于7米的管道，它们都可以在旋转泥刀的作用下，在四壁上涂满水泥。这些水泥砂浆在管道中形成许多连续不断的环，就像衬里一样。这个水泥衬里不仅非常坚固，而且含有大量的碱。这可以防止铁管生锈，保持水质的纯净。

◆随着城市供水网络的老化和损坏，人们开始对水的质量表示担心◆

但是，即使是最坚固、技术最先进的管道也需要进行定期检查。目前，我们研究出了一种新技术，它可以帮助我们了解隐秘城市中的管道情况。将来或许会出现可以进行自我检验的“智能”管，这是发展的必然趋势。

◆这个抽水机修建于1900年左右，建成后极大地满足了多伦多市的供水需要◆

以前的设备和装置已经派不上用场，比如一台旧技术典型代表的抽水机，这个装置修建于1900年左右，建成后极大地满足了多伦多市的供水需要。水流在这里经过加压后，就可以直接到达用户的家中。然而现在，它已经被时代淘汰。

◆随着技术的发展，智能管道将成为未来的宠儿◆

随着技术的发展，智能管道将成为未来的宠儿。过去的技术产品全都是庞然大物，而且缺乏灵活性。与此相对照的是，运用当前科技制成的检测仪器可以灵活自如地测量和控制管道系统。想象中的智能管道在很大程度上是一个混合体，它充分采用了敏感元件和计算机技术，不仅可以测量水质，还可以测量其他一些参数，包括氯气含量、其他微粒和成分的含量、物理变量以及温度等许多方面。同时还可以观察管道的老化情况，以便进行替换、清洁以及维修。总之，它是新技术与现存管道系统在最大程度上的结合。

世界的许多城市在水分配过程中都面临许多无法解决的困扰。温哥华就是其中的一个典型范例。

温哥华地区负责向温哥华市的21个下属部门供水，这使得水消耗量变得非常庞大。一般来说，温哥华地区每天的用水量达10亿升，在夏季，人们的用水量还要增加50%。到7月份，人们每日消耗的水甚至高达20亿升。

温哥华具有三个巨大的纯净水源，它们主要是由山中的溪流、湖泊以及融化的积雪形成的。整个水域网络纵横交错，共占地达2600多平方千米。如果将城市赖以生存的供水管道首尾相接，它可以绵延8000千米。高山水库是一片与世隔绝的茫茫水域。这里渺无人烟，也找不到工业污染的痕迹。它们源源不断地流入供水系统，为人类提供了纯净水。

◆温哥华具有三个巨大的纯净水源，它们主要是由山中的溪流、湖泊，以及融化的积雪形成的◆

◆那些与世隔绝的水源的确可以避免许多人为的污染，但即无法阻出动物的靠近◆

对于那些跨越了巨大空间距离的水流来说，人们必须清除水中的自然污染物质。那些与世隔绝的水源的确可以避免许多人为的污染，但却无法阻止动物的靠近。这些动物将会带来大量的细菌和病毒，而臭氧就是这些细菌和病毒的致命杀手。

臭氧的产生条件与电闪雷鸣的暴风雨非常类似。高压和氧气相互作用，就会产生大量的臭氧。在有限的空间内加压，液态氧就会发生汽化，臭氧随之形成。随后，将这些臭氧注入水中，就可以进行最初的消毒。相比较而言，臭氧比氯气的消毒效果更加显著，因此，少量的臭氧就能达到与氯气相同的效果。

◆温哥华的供水系统处于湖城控制中心的管理之下◆

温哥华的供水系统处于湖城控制中心的管理之下。他们采用的是数据控制软件进行管理，使整个供水系统的运转情况在专家面前一览无余。无论是水库深度、水流情况还是电控阀门网状系统的状态，都将显现在这些屏幕上。工作人员可以对屏幕中显示出的线路故障进行及时处理，以避免情况恶化。

科学传奇：都市智能工程，解决破裂管道问题！

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