“聲吶+電法測漏”組合技術對滿水末端干管的內窺檢測研究

黃浩華

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

污水管網的末端干管是污水處理廠的進水主通道，是污水收集和轉輸系統的重要組成部分，定期巡檢、掌握管道內部缺陷、及時修復、確保管道健康運行是管道養護單位的一項重要工作。一般情況下，采用電視檢測（以下稱“CCTV”）、管道潛望鏡檢測（以下稱“QV”）等手段對管道進行內部缺陷檢測[1]。然而，末端干管通常在高水位或滿水位狀態下運行，需要通過封堵、導排以降低管道水位后方可進行CCTV、QV檢測，這種檢測方法直觀、可靠，但也存在效率低、成本高的缺點，部分末端干管由于管徑大、水量大等因素難以實施封堵導排。因此，探索在滿水狀態下的末端干管內窺檢測技術具有十分重要的意義。

目前針對在滿水狀態下的末端干管內窺檢測技術在行業內還處于起步階段，本研究擬采用“聲吶+電法測漏”組合技術開展滿水末端干管的內窺檢測工作，并通過平行的CCTV檢測手段予以驗證，以判斷該組合技術的準確性和適用性，為污水管網的管養維護提供技術支持。聲吶采用實時成像聲吶和水下斷面聲吶兩種，并用水下無人潛航器進行搭載。

1 技術方法與原理

1.1 水下無人潛航器系統

水下無人潛航器作為滿水管道檢測的載體工具，其功能是搭載管道聲吶、實時成像聲吶開展管道內窺檢測工作，在潛水員無法承擔的高強度水下作業、尤其是不能到達的深度等危險條件下更顯現其優勢。

1.2 閉路電視（CCTV）檢測

閉路電視系統（CCTV）是以運動機構作為載體，搭載高分辨率的彩色攝像系統，通過控制臺可調整攝像頭的高度、照明、焦距和爬行速度，同時可以操縱爬行器行進方向,繞過管道內的障礙物。爬行器與鏡頭采用了特殊的結構設計，密封性能良好，防水設計可至水下10 m；最大爬行坡度30°，可輸出管道坡度曲線；前置攝像頭可360°觀察，傳輸線纜最長支持120 m，檢測管徑范圍從400 mm延伸到1 500 mm。需要說明的是，若管道為半充滿狀態，CCTV檢測的載體應由輪式調整為浮筏式。

1.3 實時成像聲吶

實時成像聲吶是將水下聲學換能器浸入水中進行管道內壁表觀檢測的另一種水聲學設備，聲吶系統通過向隧洞內壁表面激發聲學脈沖，并接收來自目標的反射，根據水聲學原理來進行目標表觀檢測。

實時成像聲吶設備如圖1所示，聲吶工作原理如圖2所示，主要技術指標見表1。

表1 實時成像聲吶主要技術指標

圖1 實時成像聲吶檢測設備示意圖

圖2 實時成像聲吶工作原理示意圖

1.4 水下斷面聲吶

水下斷面聲吶是將水下聲學換能器浸入水中進行管道截面檢測的一種水聲學設備，聲吶系統通過向管道內壁截面激發聲學脈沖，并接收來自目標的反射，根據水聲學原理來進行目標表觀輪廓檢測。

水下斷面聲吶設備如圖3所示，主要技術指標見表2。

表2 水下斷面聲吶主要技術指標

圖3 水下斷面聲吶檢測設備示意圖

1.5 管道電法測漏儀

管道電法測漏儀采用聚焦電流快速檢測技術，通過實時測量聚焦式電極陣列探頭在管道內連續移動時透過漏點的電流，精確定位管道漏點。檢測原理示意如圖4所示，儀器設備如圖5所示。

圖4 管道滲漏檢測原理示意圖

圖5 管道電法測漏儀

聚焦式電極陣列探頭主要由一個中心電極和兩個輔助電極組成，產生一個徑向的聚焦式交流電流場，分布在20~80 cm的有限范圍內，因此只有當聚焦式電極陣列探頭接近管道缺陷點時才會產生泄漏電流，各個漏點呈現獨立的電流峰值。

焦式電極陣列探頭在管道內以10 m/min速度連續移動，實時測量并顯示穿透管壁的泄漏電流。泄漏電流曲線表征了管內的聚焦式電極陣列探頭與地面的接地棒之間泄漏電流的變化。當管壁不存在缺陷時，穿透絕緣性管壁的泄漏電流非常小；如果管壁存在結構性、侵蝕性或接頭缺陷，當探頭接近缺陷點時，信號電流流出管壁。電流曲線的峰值通常與滲入或滲出漏水的管道缺陷有關，泄漏電流峰值越高，管道缺陷越大，而完好的管壁不會產生泄漏電流。

2 試驗思路與現場實施

2.1 試驗思路

試驗思路及步驟如下：

（1）選定試驗管段。選擇試驗條件良好的滿水末端管段，掌握干管位置、長度、材質、直徑、運行水位等基本情況。

（2）獨立開展聲吶檢測、電法測漏檢測（下稱“聲學組”）。在選定試驗管段后，分別開展滿水狀態下的實時成像聲吶檢測、水下斷面聲吶檢測和電法滲漏檢測。聲學組作業人員在管段滿水運行狀態下分別采用水下無人潛航器搭載實時成像聲吶、水下水下斷面聲吶、電法測漏設備對管段開展缺陷檢測，獲取3組實測數據，包含：2組聲學檢測數據，1組電法測漏數據。完成檢測后，作業人員離開作業面，開展實測資料的獨立解析工作。

（3）獨立開展CCTV檢測工作（下稱“光學組”）。在聲學組離開作業面后，光學組作業人員進場，對該管段上下游進行封堵，并對上游來水進行導排，之后采用清淤作業車抽空管內積水，并將管內水位穩定控制在0.3 m以下，然后對試驗管段進行CCTV檢測，獲取1組光學檢測數據。完成檢測后，光學組離開作業面，開展實測資料的獨立解析工作。

（4）數據綜合分析。結合聲學組、光學組的實測資料和分析結果，評價“聲吶+電法測漏”組合技術的準確性和適用性。

3.2 現場實施

試驗管段為深圳市某水質凈化廠的進廠干管“2A17WS00047-1HEWS1088管段”，該管段位于龍崗區鳳凰大道146號附近。試驗管段長度約140 m，管道直徑DN1000，管材為HDPE雙壁波紋管道。試驗時間為2020年3月30日。通過檢測管段兩端的檢查井水位發現，試驗管段運行水位介于0.8~1.2 m，判定管道處于滿管狀態。

3 檢測成果與分析

3.1 水下聲吶檢測成果與分析

試驗管段長約140 m，試驗進行到第32段99~103 m處，檢測設備無法前行，終止試驗。對0~103 m試驗管段的水下聲吶（包含水下實時圖像聲吶和水下斷面聲吶）檢測結果進行分段解析，詳見表3。經水下斷面聲吶檢測，管內淤積為0.1~0.3 m。

表3 2A17WS 00047-1HEWS 1088管段的水下聲吶檢測成果統計表

3.2 電法測漏檢測成果與分析

試驗管段的電法測漏檢測的典型結果如下圖6所示。沿程的泄漏電流均在400~410 mA附近，曲線未有明顯峰值，未見異常，故判斷試驗管段無明顯滲漏缺陷。

圖6 電法滲漏檢測實測典型截圖

3.3 CCTV檢測成果與分析

由管道CCTV檢測作業組完成比對試驗干管段的封堵導排，將管內水深降低至0.3 m以下，布設引導纜牽引浮筏式CCTV設備完成進廠干管中游2A17WS00047-1HEWS1088管段缺陷檢測，獨立檢測形成成果統計見表4。

表4 2A17WS 00047-1HEWS 1088管段CCTV復核成果統計表

3.4 一致性復核結果分析

通過對試驗管段的實時成像聲吶檢測、水下斷面聲吶檢測、電法滲漏檢測和CCTV檢測，并通過檢測成果的獨立解析，可以得到如下結論：

（1）水下實時成像聲吶識別到管內33 m處，0803方向，存在異物穿入缺陷1處，但無法判定其材質；水下斷面聲吶也在該位置識別到了頂部異常，但無法判讀其缺陷類型；經管道CCTV復核，確認管內33 m處存在異物（暗管）橫穿3級缺陷，0803方向。通過比對，水下圖像聲吶解譯成果（位置、部位、異常類型、尺寸）與管道CCTV復核成果一致性良好。

（2）水下實時成像聲吶識別到管內54~56 m處，存在暗井1處；水下斷面聲吶也在該位置識別到了暗井異常1處；經管道CCTV復核，確認管內55 m處存在暗井，0803方向。通過比對，水下圖像聲吶解譯成果（位置、部位、異常類型）與管道CCTV復核成果一致性良好。

（3）CCTV復核發現管內56 m處，0507方向，存在異物穿入（鋼筋）缺陷，在水下實時聲吶實測數據中均未有效識別。

（4）水下實時成像聲吶識別到管內103~105 m處，0903方向，存在頂部變形缺陷1處，頂部變形垂向高度為0.4 m；水下斷面聲吶也在該位置識別到頂部變形異常；經管道CCTV復核，確認管內106 m處存在頂部變形4級缺陷，0903方向。通過比對，水下圖像聲吶解譯成果（位置、部位、異常類型、尺寸）與管道CCTV復核成果一致性良好。

（5）電法滲漏檢測成果反饋在檢測范圍內未見明顯滲漏異常，經管道CCTV復核，確認管內未見明顯滲漏缺陷。通過比對，電法滲漏檢測解譯成果與管道CCTV復核成果一致性良好。

4 結論

（1）“聲吶+電法測漏”組合技術可對滿水末端干管內存在的主要結構性缺陷（脫節、支管暗接、錯位、異物穿入、起伏）及功能性缺陷（沉積、障礙物、樹根、殘墻壩根）進行有效識別，最小目標分辨能力為0.1 m，理論誤差為0.02 m。

（2）對于較小尺寸的異物穿入，“聲吶+電法測漏”組合技術無法有效識別。

（3）對于穿入異物的材質，“聲吶+電法測漏”組合技術無法識別，需要借助資料查詢、產權單位走訪、降水位后進行CCTV檢測等方式予以確認。