復雜條件下的城市地下管線測量方法探討

徐 曉 楊建峰 王曉杰

（煙臺帝峰信息技術有限公司,山東 煙臺 264000）

受甲方委托,我公司承擔了某城市管道內窺測量工作,工作的目的是通過對本項目的排水管網進行內窺測量,查明排水管網的結構性和功能性狀況,為管道養護提供數據依據。本項目工作內容包括但不限于存量管道內窺測量（CCTV 、QV 測量）、測量過程中相關排查工作（包括但不限于對污水錯接入雨水排查、雨水錯接入污水排查、管網瓶頸（大小管）排查、斷頭管排查、管道缺失排查等）,并提供測量報告。通過此方面設計,為城市地下管線敷設與布置提供決策依據。

1 城市地下管線探測原理

根據測量工作需要,此次設計選擇管道潛望鏡測量技術（QV 技術）與閉路電視測量技術（CCTV 技術）作為主要探測技術,下述將對提出的兩項技術原理進行分析。

前者在實際應用中,是指在探測城市地下管線時,將可調節長度的手柄作為關鍵探測設備,在手柄上配備對應的強力光源、多倍放大攝像頭,集成探測裝置后,將其放入待測量地下井中。地下工作人員操作控制設備,進行光源旋轉方向的調節,并調整攝像頭的聚焦方式,確保對井下管線情況進行集中觀察與錄像。根據攝像頭反饋的結果,即可實現對城市地下管線的精準探測。在此過程中,當裝置下深深度＞50m時,可以通過攝像頭,清晰地觀察到井下管道側壁裂紋等內部情況,整理錄像與反饋的信息,將其作為探測成果。可將此過程管道潛望鏡測量技術原理表示為圖1。

圖1 管道潛望鏡測量技術作業原理

完成對QV技術原理的分析后,對CCTV測量技術工作原理進行分析。在使用此項技術進行地下管線探測時,需要將專用的閉環式電視系統作為探測支撐,技術人員需要將攝像頭下探到地下,使用有線控制方式,對下深的爬行裝置進行控制,并根據有線連接監視器,對管道內管線情況進行錄像,根據反饋的錄像,掌握地下管線是否存在缺陷與異常。

2 復雜條件下的城市地下管線測量方法

2.1 確定城市地下管線測量流程

針對復雜條件下的城市地下管線測量,首先需要明確測量的具體流程及步驟：第一步,接受任務,明確測量內容及目的。第二步,前期工作。根據排水管線圖進行現場踏勘,了解污水管道基本情況；同時明確現場施工條件狀況；跟施工隊溝通明確管道清淤計劃。第三步,根據排水管線資料情況、踏勘結果及清淤計劃等編制測量方案。第四步,現場測量——視頻拍攝、調查。采用CCTV、QV對全部測量管道進行測量。第五步,影像判讀與編輯。第六步,測量結果統計分析、評估。第七步,編寫測量報告。第八步,質量檢查、驗收。第九步,成果資料歸檔、提交。

2.2 測量方法選擇

在確定城市地下管線測量流程后,在實際測量過程中,嘗試選擇將現場測量與管道潛望鏡測量、閉路電視測量相結合的方式實現對地下管線的測量[1]。首先,在進行現場測量時,工程施工隊對被測量做好疏通、清洗并清除檢查井周邊及交通線路障礙物后通知測量單位入場測量[2]。測量單位進場后先調查地面、管道內部等情況是否具備測量條件。若測量條件不具備,要求工程施工隊做好清理工作；若具備測量條件,開始測量。根據排水管線的調查結果分管段采用最適合的測量方法（QV或CCTV測量）[3]。同時,針對現場的測量條件進行檢查,檢查儀器設備是否滿足測量要求；檢查安全防護設備和措施是否到位,在確保安全情況下開始測量[4]。采用毒氣測量儀測量檢查井及管道內部是否存在毒氣或毒氣超標,若存在毒氣或毒氣超標,采取開井通風、鼓風機井口鼓風等方法排除毒氣后再次采用毒氣測量儀測量達標后才能進行測量。測量儀器設備就位,根據相應測量儀器操作方法進行測量錄像、現場記錄。測量完畢后移到下一測量點進行測量[5]。當次計劃測量的管道全部測量完畢后,檢查視頻是否存儲完善、現場記錄是否齊整；清點儀器設備和工具并裝箱；將測量過程中產生的垃圾等廢棄物裝袋帶離現場處理,以此完成對城市地下管線的現場測量。

在應用管道潛望鏡測量技術進行測量時,應當保證其鏡頭中心始終在地下管線的豎向中心線水平以上。在對城市地下管線內部進行拍攝時,將拍攝的時間控制在10s 以上[6]。圖2 為采用管道潛望鏡測量技術拍攝到的城市地下管線典型缺陷照片。

圖2 采用管道潛望鏡測量技術拍攝到的城市地下管線典型缺陷照片

從圖2 照片中可以看出,該城市地下管線為典型結構性破裂3 級缺陷,其修復面積通過測量約為1.6m×0.6m（0.96m2）。按照上述要求,基于管道潛望鏡測量技術完成對現場的測量后,應當由相關人員完成對測量資料的復核。

在現場測量時,還可結合閉路電視測量技術,在明確上述測量技術的應用原理后,具體操作時應當根據被測量的城市地下管線在電纜上完成對攝像頭、照明裝置的安裝。在使用測量裝置時應當對計數器的準確性進行檢查,并在系統關閉的狀態下,將攝像頭放入到城市地下管線當中。完成對攝像頭的安裝后,打開裝置,并對其起始位置進行設定,將計數器調零[7]。利用顯示屏幕中的書寫器完成對標題的輸入,其內容包括：工程名稱、地點、單位等,以此方便后續查找。在完成錄像后,電機暫停按鈕停止錄像。在實際測量過程中,若出現管道破損或存在障礙物干擾時,則應當合理控制爬行器的速度,并結合城市地下管線內部情況對亮度進行調節,從而實現對管道內光亮程度的改善。

2.3 管線缺陷問題評估

在按照上述內容完成對測量方法的選擇后,針對得到的測量結果,對城市地下管線的缺陷問題進行評估。管道評估方法適用于依據測量記錄對被測量的管道進行評估[8]。在評估過程中,若某一管道內部同時出現兩種或兩種以上的缺陷問題時,則應當對其缺陷分值進行疊加處理,當計分累計超過10 分時,則按照10 分完成后續計算。表1 為城市地下管線缺陷等級劃分表。

表1 城市地下管線缺陷等級劃分表

將表1 中的內容作為依據,針對上述得到的測量結果完成對城市地下管線的缺陷等級劃分。為了實現對城市地下管線缺陷的統一描述,按照表2 中的內容對城市地下管線缺陷的名稱、代碼以及等級數量進行匹配。

表2 城市地下管線缺陷名稱、代碼、等級數量匹配

結合表2 中的內容實現對城市地下管線缺陷的統一描述,表2 中的缺陷均為結構類型缺陷,除表2 中內容以外,城市地下管線還存在功能性缺陷和特殊結構缺陷問題,例如沉積、結垢、障礙物、樹根等均為功能性缺陷,倒虹管、暗井等均屬于特殊結構。針對這兩類的缺陷問題進行描述,也同樣按照上述思路完成,由于篇幅有限不進行過多贅述。為了實現對城市地下管線缺陷問題的量化評估,以結構性缺陷為例,按照如下公式完成對結構性缺陷參數的計算：

公式中F 為城市地下管線結構性缺陷參數；Smax 為地下管線損壞的最大程度系數；S 為按照城市地下管線缺陷點數計算得出的平均值；α 為結構性缺陷影響系數,與缺陷類型、等級和間距相關,可取1.0～1.2。按照上述內容完成對城市地下管線的缺陷問題評估,為后續管線的運行和維護提供更可靠的測量依據。

2.4 編寫測量報告

在完成上述所有測量內容后,完成的量報告的編寫。測量報告當中的主要內容包括：工程概況信息、排水管道測量成果清單、管道缺陷的處理意見、建議及方案措施等。在提交的測量資料當中還應當包括具體的測量方案、有業主、項目施工單位以及監理單位共同簽訂的證明資料等。除此之外,還包括管線內容和格式見附件；管線缺陷測量成果統計表,內容和格式見附件；管段狀況評估表,內容和格式見附件；排水管道測量缺陷分布圖等,將上述所有資料匯總,完成對測量報告的編寫,為后續針對存在缺陷問題的城市地下管線維護和修復等提供重要依據。

3 對比分析

完成設計后,選擇某城市地下管線改造工程作為研究對象,對該城市的地下管線進行測量。

本項目測量區域包括光明區新湖街道（一工區）、光明街道（二工區）、鳳凰街道（三工區）、玉塘街道（四工區）等四個街道,管道測量總長度約500km,（其中CCTV 管徑600mm 以內測量量225km；管徑600mm 以外的測量量225km；QV測量量50km）。實驗前,由甲方提供的工程管網平面圖,包括管道設計位置圖及地形圖。參照測量技術要求、甲方要求、合同、本項目《測量方案》設計作業技術標準。對城市地下管線的坐標系統參照城市獨立坐標系設計即可。根據甲方對此次工程提出的主要技術指標與設計要求,從質量與工期兩個方面進行工程質量標準的設定：內窺測量工作期間,應分階段、按道路向甲方提供階段性測量成果（包括測量視頻、圖片、測量報告等,含電子版）；內窺測量工作全部完成后,應在20 日內向甲方提供完整的測量成果（包括測量視頻、圖片、測量報告等,含電子版）。如資料不合格,應按甲方要求,在甲方要求時間內完成修改。

完成甲方需求的分析后,對城市地下管線測量方案進行規劃設計。為確保本工程能夠有計劃、有步驟、高質高效地順利實施,選擇有較豐富專業技術知識和技術管理經驗,有能力處理相關專業中的各種復雜情況的專業技術人員一名,擔任項目負責人,對人員、儀器設備進行合理分工、優化配置,對整個工程的質量實行動態跟蹤監督,確保本工程按時保質保量完成。本項目總共投入主要探測、測量技術人員36 人,其中高級工程師17 人,工程師3 人,助理工程師及技術員16 人。

本工程擬投入潛望鏡測量系統（QV）6 套、閉路電視測量系統（CCTV）8 套（儀器的投入可根據項目的實際需要及時調整）。其中QV管道潛望鏡X1,由武漢中儀物聯技術股份有限公司提供。投入的儀器應按《規范》規定的常規項目進行測前檢校,并實施周期性年度檢定,精度符合要求,可正常使用,禁止使用不合格的儀器作業。

為了保證測量工作的順利實施,在測量作業前,做好安全施工規范文件的制定：測量單位為所有施工人員購買意外傷害保險；工作中防雷擊、防觸電、防毒氣中毒、嚴禁在雷電天氣,使用大功率儀器進行探測作業；在作業開始之前,應調查作業區的環境,注意碎石堆和溝壑等不良環境,在保證人員和儀器安全的前提下進行作業；作業人員在施工作業時,必須穿醒目的標志服和戴安全帽；作業人員在施工時,應注意工區內其他作業人員和設施,按規范作業；測量工作站周邊必須做好安全防范措施,如安全標示帶、鐵馬等圍擋防護；道路上測量必須配置專門安全警報員；每次測量前必須做好檢查井及管道內部有害氣體測量,測量結果不符合安全標準不得進行管道測量；上下檢查井時必須穿戴防護繩索防墜落；人員下井和進入管道內部時,必須佩戴防毒面具、毒氣測量儀、安全帽、防水手套、地板帶鋼板的水鞋（或水褲）和光源；井口必須有專人看管；井下和管道內作業前必須先查明上游堵水情況,并分段先選好緊急情況下逃生通道,在確保安全情況下才能測量；密切注意天氣預報,禁止在下雨天井下測量。

明確相關工作標準后,實施城市地下管線測量工作,根據傳感器反饋的測量結果,定位城市地下管線缺陷點,對比管線實際缺陷點與測量的缺陷點。對比結果見圖3。

圖3 城市地下管線缺陷探測結果

圖3 中,黑色實心點表示地下管線缺陷點,三角形表示測量結果反饋點,根據圖3 看出,管線實際缺陷點與測量的缺陷點幾乎完全一致,證明本文設計的測量方法真實有效。

4 結論

根據此次測量成果,針對本次測量出來的管道缺陷發現,管道結構性缺陷等級越高,管道存在的安全隱患越大,修復指數越大。對屬于管道養護等級Ⅰ級的功能性缺陷管段可暫不做養護處理,屬于管道養護等級Ⅱ級的功能性缺陷管段沒有立即處理的必要,但宜安排養護處理計劃,屬于管道養護等級Ⅲ級的功能性缺陷管段應盡快處理,屬于管道養護等級Ⅳ級的功能性缺陷管段應立即進行處理。后續建議對管道應進行定期測量,確保管道處于良好的排水狀態。本建議僅供參考,排水管道缺陷的處理修復計劃和方案以甲方、設計、監理等相關單位最終制定的為準。