城市排水管網運行狀況檢測與評估分析★

王文賓

(鐵正檢測科技有限公司,山東 濟南 250014)

0 引言

隨著我國社會主義現代化建設所取得的巨大成就,城市發展日新月異,一個城市光鮮亮麗的地上展示了社會發展的文明程度,一個城市的地下建設規模展示了建筑技術的先進程度。生態文明的發展理念已經能被寫入黨章,在城市發展過程中如何保護并弘揚生態文明,是所有公民應該思考的問題。城市地下排水管道經過多年的運營,難免傷痕累累,急需對其進行全方位的“健康體檢”,在清淤創造了客觀環境,排查賦予了檢測線路之后,在300 mm管徑以上的管道中采用管道機器人進行檢測,在300 mm管徑以下的可采用潛望鏡進行探測,行進過程中觀察并記錄管道實體結構現狀,并根據現行規范進行結構性缺陷和功能性缺陷判識,并計算管道的修復指數和養護指數,評估管道的綜合狀況。

本文以西安市某區的地下排水管網為工程背景,介紹了CCTV和QV管道檢測技術要點和現場情況,并根據相應規范對所檢測管道進行缺陷判讀分類及統計分級,在此基礎上采用加權評分法進行定量評級。

1 設備簡介及檢測原理

1.1 CCTV管道機器人

CCTV管道檢測機器人包括移動式錄像機、電纜線收放盤和操控主機、其中移動式錄像機是多輪驅動,可根據管徑大小更換不同輪胎,帶升降功能的攝像頭,攝像頭可以通過操控主機實現對管徑300 mm以上任意管材的管道進行360°無死角高清拍攝[1-2]。

1.2 QV管道潛望鏡

QV管道潛望鏡是一種手提式的攝像機,由中繼器、收放桿、攝像機和主機組成,其中中繼器是連接主機和攝像機的橋梁,通過它,主機可以控制攝像頭的指向位置和接受其視頻信息,收放桿可以適應不同深度的檢查井檢測,攝像機是具有小量程變向的高清攝像機,配備有激光測距功能,以及充氣除霧功能,主機一般采用平板控制,實現所有既定信息的采集和存儲。

1.3 數據判識

基于海量的檢測視頻數據,采用視頻軟件逐秒回放,逐一截圖無疑是事倍功半的處理方式,為此,行業研發了管道視頻判讀軟件,并具有變速回放、一鍵截屏、缺陷定性定量、判讀痕跡和自動生成報告的功能,極大地提高了工作效率,統一了行業路徑,為管道檢測優化了作業通道,規范了文件模板。

2 檢測流程及重難點

2.1 檢測流程

基于管道運營過程中的淤堵沉積現狀,以及人為損壞填充的主觀行為,檢查井管道機器人或者潛望鏡下井之前,應對檢查井及待測管道進行清理清洗,以創造良好的作業環境,并保證管道內的殘存水位符合現行規范要求,對于市區內的污水管道,如果上游水流不間斷且水位超過規范限值,則可采取封堵氣囊的方式進行短暫封堵,封堵過程中要對上游水位進行監控,以防水流溢出。其具體檢測流程如圖1所示。

2.2 檢測重難點分析

1)井室尺寸小于管道機器人。個別井室尺寸較小,機器人無法下放,前后井室均是同一尺寸,遇到這種情況,觀察能下放機器人的井室距離該管段的長度,結合機器人最大檢測距離,是否能夠一次性通過各個管段,如果無法解決問題,則需擴井。

2)上游水流太大。氣囊封堵的允許時間小于機器人作業管段檢測時間,遇到這種情況,一般是分段檢測,兩頭對向檢測,如果還難以滿足上游積水問題,則要進行帶水作業,水深不能超過規范規定的最大深度[3]。

3)管段出現內部嚴重起伏。個別管段內起伏嚴重,機器人通過性較差,可采用對向檢測,或通過鏡頭調焦、縮放功能,對前方進行探視,并做好記錄。

4)機器人側翻。通常在清淤質量較差的情況下,在高速前進時,機器人容易發生側翻,如果遇到這種情況,針對不同品牌的機器人不同輪徑采取不同的救援方法,建議在能下人的條件下,人工扶正,不能進人時,下井慢慢拖拽電纜線。

5)電纜線劃傷。在機器人檢測過程中,各種原因造成電纜線劃傷情形,現場遇到此種情況時,建議用防水絕緣材料修補,注意修補厚度,避免收線受阻,在滿足現場作業條件下,返廠維修。

3 檢測作業實踐

3.1 工程概況

本道路位于西安市某區,道路走向為東西走向,沿道路北側布設一條合流管道,管徑為DN600,管材為HDPE管,路側支管為DN300的HDPE管,該側多為居民小區和個體商戶及綜合性商場。

路南側敷設一條雨水管道,管徑為DN1 200,處于管道下游,經該路排入河流,管材為鋼筋混凝土材質,連接路面雨篦收水口,該路側多為企業事業單位和施工場地,內部污水流入南側道路。

3.2 典型缺陷解析

1)正常管段。通常正常管段材質清晰,管壁平整無結垢、露筋、腐蝕、滲漏等現象,管段之間連接良好,無接口材料脫落、脫節、起伏、錯口,管道內部無不明支管接入,無樹根穿入,過水面積完整,管底無雜物,柔性管道無變形,剛性管道無裂縫。

2)缺陷管段。現行規范中給出了相應缺陷的典型定義圖,根據本次檢測中出現頻率較高的幾種缺陷分列于表1中,并闡述其特征、原因及分級指標[4-5]。

表1 典型缺陷解析

3.3 檢測數據分析

圖2為本條路排水管道按缺陷等級統計的分布情況。在該條路的管道中,所檢測到的功能性缺陷和結構性缺陷中,1級缺陷中起伏較為普遍,2級缺陷較少,其中錯口最多為6處,3級缺分布最多,其中錯口、樹根、腐蝕、結垢均超過10處,4級缺陷累計共6處,其中包含4處破裂。

不同等級缺陷的數量排名較為分散,但總體來看,該路管道基本沒有出現變形,這與其管材有關,高密度聚乙烯管材和鋼筋混凝土管材具有較強的抗變形性能,殘墻共計1處,表明閉水試驗有瑕疵,起伏只存在1級,表明管路發生局部不均勻沉降[6-7]。

圖3所示為不同類型管道的缺陷分布占比,其中主管道占比80%,雨水管道缺陷暴露量是污水管道的4倍,表明了雨水管道管道材質及管路暢通性較差,相比而言,污水管道狀況較好。

圖4所示為各缺陷數量累計值統計雷達圖,其中結構、腐蝕、錯口、破裂較為普遍,浮渣、壩根、滲漏、變形基本沒有分布在本道路管道中。

圖5所示功能性缺陷和結構性缺陷的占比分布分別為35%和65%,可見管道的結構性缺陷相對較為嚴重,應根據結構性缺陷的分布、級別計算其修復指數,制定修復計劃[8]。

3.4 管道狀況評估

根據CJJ 181行標規定[9],管道結構狀況是由管段修復指數定量評價,管道功能狀況是由管段養護指數定量評價,并且受地區重要性參數和管道重要性參數加權,其中管道結構性狀況還受土質影響,而管道內部功能則與外部土質無關。

1)結構性狀況評估。管段修復指數應按式(1)計算:

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T

(1)

其中,RI為管段修復指數;F為管段結構性缺陷參數;K為地區重要性參數;E為管道重要性參數;T為土質影響參數。

通過對該路管道檢測結果進行計算統計得到各管段的結構性。

2)功能性狀況評估。管段養護指數應按式(2)計算:

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E

(2)

其中,MI為管段養護指數;G為管段功能性缺陷參數。

3)計算結果分析。對31段雨水進行了缺陷判識,結果表明,該管道區間累計有58處結構性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級20處,2級3處,3級35處,可知其管段的結構性劣損已經較為嚴重;同時該管段存在42處功能性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級11處,2級2處,3級29處,通過圖6所示,有24段管道的修復指數為三級,結構在短期內可能會發生破壞,應盡快修復;有22段管道的養護指數為三級,根據基礎數據進行全面的考慮,應盡快處理。

對58段污水進行了缺陷判識,結果表明,該管道區間累計有332處結構性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級212處,2級101處,3級17處,可知其管段的結構性劣損以1級和2級為主;同時該管段存在89處功能性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級56處,2級16處,3級13處,4級4處,通過圖7所示,有31段管道的修復指數為二級,結構在短期內不會發生破壞,應制定修復計劃;有6段管道的養護指數為三級,根據基礎數據進行全面的考慮,應盡快處理。

對55段道路支管進行了缺陷判識,結果表明,該管道區間累計有37處結構性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級15處,2級10處,3級4處,4級8處。可知其管段的結構性劣損已經較輕;同時該管段存在39處功能性缺陷,不同等級的分布趨勢分別為:1級21處,2級7處,3級5處,4級6處,通過圖8所示,有17段管道的養護指數為二級,結構在短期內可能會發生破壞,應盡快修復;有22段管道的養護指數為三級,根據基礎數據進行全面的考慮,應盡快處理。

4 結論及展望

4.1 結論

1)以西安市某區的地下排水管網為工程背景,介紹了CCTV和QV管道檢測技術要點和現場情況,并根據相應規范對所檢測管道進行缺陷判讀分類及統計分級,在此基礎上采用加權評分法進行定量評級。

2)該區某路所敷設有合流管道、雨水管道以及相應排水戶接入市政的支管,共計缺陷157處,其中結構性缺陷和功能共性缺陷占比分別為65%和35%,主管道最大修復指數為3.85,最大養護指數為4.9,最大缺陷密度為0.69。

3)結構狀況受到影響結構在短期內不會發生破壞現象,但應對相關管段做修復計劃,(部分或整體缺陷)管道過流受阻比較嚴重,運行受到明顯影響根據基礎數據進行全面的考慮,應盡快處理。

4.2 前景展望

1)針對大量的檢測數據,人工判讀主觀性強,判讀過程漫長枯燥容易使人疲勞,存在誤判、速度慢、精度低,效率低等?；谌斯ぶ悄芗夹g做一定的嘗試研究,基于改進目標檢測算法,利用工程實踐獲取的大量管道檢測原始數據,構建管道結構及功能性缺陷訓練數據庫及異常體檢測智能決策模型,實現基于機器識別的排水管道缺陷自動識別。

2)當下無論是管道機器人還是管道潛望鏡,在管道內與地面溫差較大的情況下,管道內的霧氣太大影響視頻質量,嘗試在爬行器或潛望鏡的鏡頭安裝鼓風設備或者加強除霧功能,更好適應環境溫差變化,也是提高人機交互性的改善措施。

3)目前管道機器人主要是以管段為檢測單元,利用電纜線控制前進距離,如何實現以道路為檢測單元,采用大動力無線爬行器,實現自動定位功能,應該成為行業發展的趨勢和研發人員的攻關方向。