管道內窺聯合檢測技術在廣州黑臭水體治理中的應用

陳 浩,鐘文威

(1.廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640;2.廣州迪升探測工程技術有限公司，廣東 廣州 510660)

1 概述

為解決廣州市建成區黑臭水體問題，參照國內先進城市排水達標小區創建的相關經驗。首先，進行“三洗”行動，摸清底數，從源頭進行入戶調查，建立排水戶普查臺賬；同時，開展排水管網及預處理設施(化糞池、隔油池等)的實地勘察，掌握現狀管網的運行狀況[1-3]。目前，掌握和評價地下排水管道有效的方法就是管道檢測。根據管道的物性特點，檢測方法也有多種，如適于大型地下排水設施的示蹤電磁法、用于各類非金屬管道的高頻電磁法、可真實的判斷管道關系走向的管道內窺檢測法等[4-8]。其中示蹤電磁法和高頻電磁法均存在一定的局限性，如使用示蹤電磁法時，很多地段不能保證將發射探頭置入井中并可順利回收；高頻電磁法在無法適用于非金屬管線占比較大的管線檢測工程中[9-11]。管道內窺法[12]可連續、實時記錄管道內部的實際情況，為技術人員提供可靠的分析資料，因此，也成為管道檢測使用最多的方法。

本文提出一種管道CCTV檢測、管道潛望鏡管內內窺檢測與聲納檢測相結合的檢測技術，并以廣州市南蛇坑流域地下排水管道摸查工作為例，介紹了其在管道檢測中的應用。

2 管道CCTV、管道潛望鏡及聲納聯合檢測技術

2.1 管道CCTV內窺檢測技術

管道CCTV(Closed Circuit Television)內窺探測技術，是通過采用工業管道內窺攝像系統，對管道內部存在的問題(連接關系、破裂、沉降、錯位、塌陷)進行實地位置確定的一種探測技術。CCTV探測儀工作示意如圖1所示，通過爬行器載有高清晰度攝成像系統，以一定的行進速度沿水流方向行進檢測，高清晰度攝成像系統精度可達分米級[13]。

圖1 管道CCTV檢測工作示意

2.2 管道潛望鏡內窺檢測技術

管道潛望鏡內窺檢測技術是利用可調節長度的手柄將高放大倍數的攝像頭直接探入檢查井內或其他隱敝空間，進行快速檢測的一種技術。操作人員可在地面通過控制器調整燈光、鏡頭焦距進行觀察，并以圖片或錄像形式儲存檢查資料。由于，管道潛望鏡配備了強力光源(如圖2所示)，在管道充滿度較小及暗渠具備檢查條件的情況下，能在管口檢查、觀測暗渠內部情況，清楚的看見暗渠是否有排口接入，同時能夠清晰地暗渠內部存在的結構性及功能性缺陷。

圖2 管道潛望鏡檢測系統示意

2.3 聲納檢測技術

聲納檢測技術[14]是一種可對長時間處于滿流的高水位運行態勢的檢查井及管道，有效排查可能存在的不明管道接駁的技術。將固定在支撐桿上的聲納傳感器以與垂直地面的方式放入含水的檢查井中，通過支撐桿控制聲納逐漸向井底行進，在聲納傳感器自水面伸至井底的連續掃描過程中，操作人員觀察系統的界面，尋找無聲波反射的部位，即可發現不同深度存在的接駁管道，其工作示意如圖3所示。

圖3 井中聲納工作示意

2.4 管道聯合檢測技術

南蛇坑流域城市排水管道結構十分復雜，且存在管網缺失、錯亂混接、管道損壞淤積等問題。常規的管道監測方法難以準確摸查清楚管道情況，為此，綜合管道CCTV內窺檢測技術、管道潛望鏡內窺檢測技術、聲納檢測技術三者的優點，提出一種管道聯合檢測技術(見表1)，由表1可見，該技術不見滿足無水管道和有水管道監測，還能借助聲納技術，探清管網缺失部位的管道連接情況，對城市復雜排水管道結構具有很好的檢測效果。

表1 管道聯合檢測技術實施方法

管道聯合檢測技術的具體實施方法如下：

1) 管道CCTV檢測

將載有攝像鏡頭的爬行器安放在檢測起始位置，并將計數器歸零，爬行器沿水流方向前行。當管徑不大于200 mm時，行進速度不宜超過0.1 m/s；當管徑大于200 mm時，直向攝影的行進速度不宜超過0.15 m/s。檢測時，在管道中軸線上移動攝像鏡頭，偏離度不應大于管徑的10%。每一管段檢測完成后，根據電纜上的標記長度對計數器顯示數值進行修正。管道檢測過程中，錄像資料不應產生畫面暫停、間斷記錄、畫面剪接的現象。在檢測過程中發現缺陷時，應將爬行器在完全能夠解析缺陷的位置至少停止10 s，確保所拍攝的圖像清晰完整。對各種缺陷、特殊結構和檢測狀況作詳細判讀和量測，并填寫現場記錄表。

2) 管道潛望鏡檢測

首先，將鏡頭中心保持在管道豎向中心線的水面以上，保持攝像頭無盲點地均勻慢速移動。在拍攝過程中，拍攝管道時，變動焦距不宜過快；拍攝缺陷時，保持攝像頭靜止，調節鏡頭焦距，并連續、清晰地拍攝10 s以上；對各種缺陷、特殊結構和檢測狀況作詳細判讀和記錄，并嚴格按規定的格式填寫現場記錄表。最后，應由相關人員對檢測資料進行復核并簽名確認。

3) 聲納檢測

先從被檢管道中取水樣通過實測聲波速度對系統進行校準。將聲納探頭安放在檢測起始位置，并將計數器歸零，且調整電纜處于自然繃緊狀態，開始檢測。探頭的推進方向與水流方向及管軸線一致，滾動傳感器標志朝正上方，探頭行進速度不宜超過0.1 m/s。檢測時，在距管段起始、終止檢查井處應進行2～3 m長度的重復檢測。在聲納探頭前進或后退時，電纜始終保持自然繃緊狀態。根據管徑的不同，應按表2選擇相應的脈沖寬度。檢測過程中應根據被檢測管道的規格，在規定采樣間隔和管道變異處探頭應停止行進、定點采集數據，停頓時間應大于1個掃描周期。現場捕捉規定采樣間隔和圖形變異處的輪廓圖，并進行數據保存。

表2 脈沖寬度選擇標準

但同時需注意在一些特殊情況下，應當中止檢測，以防儀器設備出現損壞或出現失真現象，如管道CCTV檢測時，出現爬行器在管道內無法行走或推桿在管道內無法推、鏡頭沾有污物、鏡頭浸入水中時、管道內充滿霧氣，影響圖像質量等其他原因無法正常檢測的情況，應當立即中止檢測；管道潛望鏡檢測時，出現道潛望鏡檢測儀器的光源不能夠保證影像清晰度、鏡頭沾有泥漿、水沫或其他雜物等影響圖像質量、鏡頭浸入水中，無法看清管道狀況、管道充滿霧氣影響圖像質量等其他原因無法正常檢測的情況，應當立即中止檢測；聲納檢測時，出現探頭受阻無法正常前行工作、探頭被水中異物纏繞或遮蓋，無法顯示完整的檢測斷面、探頭埋入泥沙致使圖像變異等其他原因無法正常檢測的情況，應當立即中止檢測。

3 廣州市排水管道聯合檢測實例分析

3.1 工程概況

本次管道排查工程范圍為南蛇坑流域，流域總面積約為2.06 km2，其中包括范屋社區0.14 km2，陶莊社區0.30 km2，蘇莊社區0.24 km2，伍仙橋社區 0.08 km2，軍事管理區共0.84 km2，其他為白云山區域。主要探測范圍為：沈海高速廣州支線—廣州大道—范屋路形成的三角地塊范圍內的雨水管、污水管及合流管等，對流域范圍內需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，探測面積約為11.2萬m2；沈海高速廣州支線—廣州大道—沙太南路形成地塊范圍內的雨水管、污水管及合流管等，對流域范圍內需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，探測面積約為22.4萬m2；蘇莊、伍仙橋以及范屋社區扣除上述的雨水管、污水管及合流管等，對流域范圍內需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，面積約為91.2萬m2。

3.2 工作內容

探測工作主要是對探測范圍內的污水井、雨水井進行實測，詳細標明管線屬性、井底標高、管底標高、管徑、走向及淤積情況。主要摸查內容包括：

1) 結構性缺陷：脫節、破裂、膠圈脫落、錯位、異物侵入等。

2) 功能性缺陷：管道內淤泥和建筑泥漿沉積等。

3) 錯混接調查：對雨污水管存在錯混接位置進行摸查定點等。

3.3 主要儀器設備

探測所需儀器設備具體見表3所示。

表3 主要儀器設備

4 檢測結果與分析

4.1 排水管線統計

廣州市天河區南蛇坑流域清污分流排水達標區試點指定范圍內的地下排水管線探測工作，全線路管線探測工作的工作量統計如下：共計探測定位管線明線點數為3 315個，隱蔽點數為1 645個，總點數為4 960個；探測定位排水管線總長度為48 108.28 m。摸查檢查井為 3 141 座，摸查化糞池為174座(見表4)。此外，發現混接點為363處，其中污水接入雨水為305個，雨水接入污水為58個。

4.2 管道缺陷分析

為了查清天河區南蛇坑流域清污分流排水達標區試點排水管網的運行情況，利用管道潛望鏡對天河區南蛇坑流域清污分流排水達標區試點的排水管網進行全面檢測，檢測成果如下：檢測共計為35 484 m，其中市政道路為7 399 m，小區內支管為28 085 m；滿水等原因未能檢測12 624.28 m，其管渠缺陷類型及等級統計見表5。

表4 排水管線統計 m

表5 缺陷統計 處

通過對表5進行分析可知：

1) 管渠總體結構性狀況為區域內可不修復輕微缺陷(1級)167處，需要修復缺陷(2級)201處，需要盡快修復缺陷(3級)212處，需要馬上修復缺陷(4級)113處。

2) 管渠總體功能性狀況為區域內可不清理輕微缺陷(1級)154處，需要清理缺陷(2級)171處，需要盡快清理缺陷(3級)191處，需要馬上清理缺陷(4級)553處。

3) 全部缺陷中可不修復輕微缺陷(1級)所占比重最小，為18.22%，需要馬上修復缺陷(4級)所占比重最大，達37.80%。且種情況下沉積物堵塞管道現象突出，主要是由于缺乏長期的修復養護和管道疏通工作。

為進一步分析管道缺陷對管道的影響，對不同管道缺陷累積長度進行統計(見表6)。由表6可知，管道結構性狀況缺陷累積長度總體所占檢測總長度的百分比要小于管道功能性狀況缺陷，這與上述第3)點的原因相似，同時體現了管道的養護和疏通工作是保證管道功能運行良好的重要手段。

表6 缺陷統計

4.3 缺陷評估

1) 管道結構性等級評估

首先對管道損壞狀況參數S進行計算：

(1)

Smax=max{Pi}

(2)

n=n1+n2

(3)

式中n為管道結構性缺陷數量；n1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷數量；n2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷數量；Pi1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷分值；Pi2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；α為結構影響系數，當缺陷縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m時取1.1。

管道結構性缺陷參數F則按以下法則取值：當Smax≥S時，F=Smax；當Smax

2) 管道功能性狀況評估

首先對管道運行狀況參數Y進行計算：

(4)

Ymax=max{Pj}

(5)

n=n1+n2

(6)

式中m為管道結構性缺陷數量；m1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷數量；m2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷數量；Pj1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷分值；Pj2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；β為結構影響系數，當缺陷縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m時取1.1。

管道功能性缺陷參數G則按以下法則取值：當Ymax≥Y時，G=Ymax；當Ymax

5 結語

針對廣州市南蛇坑流域城市地下排水管道結構分復雜、管網缺失、錯亂混接、管道損壞淤積嚴重，常規的檢測方法難以準確摸查清楚管道情況，提出綜合管道CCTV內窺檢測技術、管道潛望鏡內窺檢測技術、聲納檢測技術的管道聯合檢測方法。根據檢測數據統計分析了管道結構性缺陷及功能性缺陷的種類和數量，發現管道主要缺陷表現為管道淤積。結合缺陷評估方法，確定了南蛇坑流域管道的結構性及功能性缺陷等級分別為Ⅲ級和Ⅳ級，對南蛇坑流域排水設施隱患和雨污混接情況做到“定性、定量、定位”，為該區域排水達標單元改造的設計及施工提供可靠實測依據。根據檢測結果，確定了區域內清污分流的方案，有效解決排水系統內存在的雨污混流、錯接亂排等問題，可為類似城市的黑水治理工程管道檢測技術提供有效參考。