城市地下排水管道運行狀態下檢測新技術研究

摘 要：城市排水管道承擔著雨水、生活污水、工業廢水等的排放任務，目前我國很多城市老城區的排水管已經超過設計使用年限，加上長期以來重建設輕管養，地下排水管道不同程度的出現了一系列結構性和功能性缺陷，嚴重影響了管道運行安全。本文基于閉路電視檢測技術（CCTV）研究了筏式CCTV和軌道牽引式CCTV檢測新技術，實現了不清淤不堵水運行狀態下的排水管道檢測。

關鍵詞：排水管道；CCTV檢測；筏式；軌道牽引式

1 研究背景與意義

伴隨著我國城市化進程的加速，給城市基礎設施特別是老城區基礎設施帶來了巨大的運行壓力。地下排水管道是城市建設發展中最重要的地下基礎設施之一，有著“城市血管”之稱。目前我國排水管道修建多采用混凝土管道，排水管道的設計使用年限在30到40年左右，據統計，大多數城市老城區中排水管道已經超過了設計使用年限。

資料顯示目前我國的排水管道腐蝕、錯口、堵塞、滲漏、破裂等一系列結構性問題和功能性問題普遍存在，這些缺陷不僅影響到管道使用功能的正常發揮，還會影響管道周圍設施安全，嚴重時還會導致路面塌陷或發生沉管事故，危及到人民生命財產。據不完全統計，2008到2010年期間，全國僅媒體報道的地下管線事故，平均每天就有5.6起，每年由于路面開挖造成的直接經濟損失約2000億元。2009到2013年期間，全國直接因地下管線事故而產生死傷的事故共27起，死亡人數達117人。

綜上所述，研究城市地下排水管道檢測，評估管道風險程度，及早發現隱患及時處治，對于保障管道運行安全及人民生命財產不受損失具有重要意義。

2 CCTV管道檢測技術

在我國，目前CCTV檢測技術在一些大城市中得到率先應用并在逐步發展和完善，隨著管道問題越來越多的出現，很多二線城市開始注重管道檢測并采用以CCTV檢測技術為代表的新的管道檢測手段。

排水管道CCTV檢測的基本設備包括攝像機、電源控制設備、電線（線卷）及錄影設備、燈光、承載攝像機的支架、攝影監視器、爬行器和長度測量儀等，適用于管道狀況檢測、管道修復、管道驗收等。CCTV管道檢測設備主要構成部分以及相應的功能如下：

①爬行器

爬行器主要負責攜帶攝像頭進入管道，沿管道行進，采集管道內部圖像，并將圖像數據通過線纜傳輸到管道外部的顯示和存儲設備。

②攝像頭

攝像頭在攝錄管道內部情況時，除了直視前方管道狀況外，還能正面觀察管道內壁，所以攝像頭需要能夠旋轉一定的角度，同時攝像頭在轉動后可以一鍵使其回到原位正視向前。

③控制器

控制器根據功能可以分為三個部分：電源部分、爬行器控制部分、數據處理和存儲部分。

排水管道CCTV檢測技術的工作原理是操作人員通過在地面遠程控制檢測車在管道內行走并拍攝錄像，地面人員分析由檢測設備傳送回來的錄像對管道內部情況進行分析與判斷。

3 筏式與軌道牽引式CCTV檢測新方法

國內很多老城區，早期建設的管道在管道坡度、泥沙濃度，粒徑，重度及粘性考慮較少，為管道埋下了淤堵的隱患。隨著城市擴容，管道里程不斷增加，新的排水管網不斷接入，下游新建管道管徑增大，形成上游管徑小，下游管徑大，加之排水量的不斷增加，管道內毛發，糞便、塑料袋以及較大的食物碎渣、泥沙、石塊及少量的樹葉等雜物不斷淤積，久而久之形成惡性循環，很多管道淤積嚴重或高水位運行。

由于城市運行安全的需要，必須對這些管道進行內窺檢測，參照目前的檢測標準，很多正在運行管道需要停止運行并清淤，而這些管道多處于老城的核心區，無法實現。目前的檢測設備是爬行器搭載攝像設備，不具備檢測條件，因此需要研發新型的CCTV檢測設備對管道進行檢測。

3.1 筏式CCTV檢測方法

目前很多老城區排水管道特別是污水管道排放量已經超過原有設計標準，造成排水管道超負荷或滿負荷運行，現有的CCTV管道檢測設備要求管道水位不高于管徑20%，老城區排水管道水位普遍較高，由于外部因素不具備封堵降水條件，因此現有管道CCTV檢測設備不具備檢測條件。考慮在不干擾排水管道正常運行的情況下，只能采取分時段當水位下降有足夠凈空時，帶水進行排水管道CCTV檢測作業，因此需要采用新型的檢測手段。

3.1.1 筏式CCTV設計

基本原理：通過筏式載體把可旋轉攝像設備漂浮于管內水中，靠水力托運沿水流方向行進，數據發射接收線連接管道內攝像設備和地面采集系統，地面采集系統控制攝像頭旋轉，在行進過程中攝錄圖像，圖像數據通過數據傳輸線把數據傳輸到管道外部的數據采集系統進行儲存，然后通過分析軟件對管道內部狀況進行分析評估。

基本設備：筏式載體，可旋轉攝像設備，數據發射接收線，距離測量儀，照明設備，數據采集電腦等。

筏式載體：主要是搭載可旋轉攝像設備，用于漂浮管道內水體中。

可旋轉攝像設備：通過安裝到筏式載體上，漂浮在管道內采集數據，通過變焦，旋轉采集管道內部影像資料。

（3）距離測量儀：主要測量記錄攝像設備搭載筏式載體行進距離，記錄管道缺陷位置，便于準確定位查找。

（4）照明設備：為攝錄提供照明。

（5）數據采集電腦：控制攝像設備采集數據，存儲分析視頻資料，評估管道狀況。

3.1.2 筏式CCTV適用范圍

筏式CCTV設備解決了管內水位高且無法封堵降水，常規管道CCTV無法檢測的難題，同時解決了淤積較深管道的檢測問題：現有CCTV檢測設備遇到淤泥較深的管道，會出現輪子打滑，無法爬行等問題，筏式CCTV設備可以通過預先穿線拖拉進行檢測。筏式CCTV檢測新設備可適用于以下幾類管道：

①有足夠凈空，管內水位大于管徑20%且不具備封堵降水條件的管道；endprint

②淤泥較深管道，現有管道CCTV設備無法檢測管道；

③管內水流平穩且無較大彎道的管道。

檢測成果如圖3.2，3.3，取得了良好的效果。

3.2 軌道牽引式CCTV檢測方法

目前老城區很多老舊管道設計時坡度不夠，施工時對施工質量控制不嚴，出現下游管道高程高于上游管道高程，造成上游管道常年積水，水中的泥沙，生活垃圾、糞便、樹葉等沉積造成管道淤積，甚至淤泥上面有很多浮渣，隨著管道運行時間增長，管道內壁和管徑腐蝕嚴重，極易造成滲漏，影響管道運行安全，對這些管道安全狀態進行排查勢在必行，按目前的檢測標準需要停水，清淤，作為老城區正在運行的這些管道一方面通水功能并沒有完全喪失，停水不能實現，另一方面清淤耗時長，費用過高。針對這些管道需要一種新型的，不影響管道運行狀態下的新的檢測手段，需要一種軌道牽引式CCTV檢測設備。

3.2.1 軌道牽引式CCTV設計

基本原理：在兩個檢查井處加固兩個支架，用于作為在管道內建立軌道起始支點，把軌道線連接到起始支點，調試安裝好行進軌道，把高精度攝像頭固定到軌道線上，攝像頭的行走靠牽引線牽引，通過牽引線把攝像設備從檢測開始的檢測井支點牽引到檢測結束的檢測井支點，在牽引行進過程中通過數據采集電腦控制攝像設備采集管道內部圖像，并通過數據發射接收線把數據傳輸到數據采集電腦中，然后對管道內部狀況進行分析評估，如圖3.4所示。

基本設備：固定支架，行進軌道組合，可旋轉攝像設備，牽引線纜，距離測量儀，數據發射接收線，照明設備，數據采集電腦等。

行走軌道組合：包括檢測井固定支架，軌道線纜等，主要是為攝像頭提供行進軌道。

可旋轉攝像設備：通過搭載到行走軌道設備上，在管道內采集管道內部圖像。

距離測量儀：主要測量記錄攝像設備在軌道上行進距離，便于記錄管道缺陷位置，準確定位查找。

數據發射接收線：把攝像設備在管內采集的數據傳輸到收據采集系統里，把地面控制攝像設備旋轉，變焦等指令下達給攝像設備。

照明設備：為攝錄提供照明。

數據采集電腦：控制攝像設備采集數據，存儲分析視頻資料，評估管道狀況。

（7）牽引線纜：主要為攝像設備提供前進動力。

3.2.2 軌道牽引式CCTV適用范圍

軌道牽引式CCTV檢測新方法，解決了管底淤泥淤積，浮渣等垃圾造成的常規CCTV無法通過的困境，實現不清淤，不抽水，繞過障礙物對管道內部進行檢測的目的。

軌道牽引式CCTV設備適用于：

①管內淤泥多，現有CCTV管道檢測設備難以或無法通過的管道；

②管內水流靜止，筏式CCTV不具備檢測條件管道；

③浮渣多，有障礙物，爬行CCTV或筏式CCTV無法通過的管道。

檢測成果如下圖3.6，3.7取得了良好的效果。

4 結論

本文針對高水位運行管道，基于CCTV檢測技術探討了筏式CCTV檢測新技術，解決了水位高，常規CCTV無法檢測的技術難題，實現了運行狀態下的排水管道檢測。針對淤積嚴重管道，探討了了軌道牽引式CCTV檢測新技術，解決了淤積管道常規CCTV難以通行檢測的難題，實現了淤積管道不清淤CCTV檢測，通過管道運行狀態的檢測及時發現對管道存在的功能性及結構性缺陷，對于加強管道養護管理，研究城市地下排水安全狀態具有重要意義，對于防止管道事故發生，保證人民生命財產意義重大。

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