李松勤

(深圳市水務(wù)工程檢測(cè)有限公司，廣東 深圳 518000)

城市排水管道系統(tǒng)包括雨水、污水排水管道系統(tǒng)，是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，作為“城市的血管”，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)乎城市的居住環(huán)境安全。由于我國(guó)排水管網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，存在著諸如系統(tǒng)性規(guī)劃缺失、施工質(zhì)量參差不齊等問(wèn)題，并且排水管道的施工質(zhì)量與日常的維護(hù)保養(yǎng)工作中往往容易存在缺漏，導(dǎo)致管道網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性與功能性缺陷的問(wèn)題，進(jìn)一步影響管道排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與正常使用功能，導(dǎo)致大量的黑臭水體直排河道或滲出，極大地影響了城市風(fēng)貌與水環(huán)境安全，嚴(yán)重危害了人民群眾的身心健康。由此可見(jiàn)，管道排水系統(tǒng)的健康是城市黑臭水體治理的基石，且管道檢測(cè)是管道系統(tǒng)維修、改建、養(yǎng)護(hù)的重要依據(jù)，因而對(duì)于現(xiàn)存管道的檢測(cè)是十分必要的。本文以某區(qū)域管道檢測(cè)評(píng)估為例，采用管道閉路電視檢測(cè)技術(shù)對(duì)某區(qū)域既有城市雨水、污水管道系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、分析與評(píng)估。

1 管道檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備

1.1 管道閉路電視檢測(cè)技術(shù)

目前，隨著城市黑臭水體治理工程的廣泛實(shí)施，管道檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備及其配套軟件發(fā)展迅猛，其各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均得到明顯加強(qiáng)，有效地提升了管道檢測(cè)工作的工效與準(zhǔn)確率。常見(jiàn)的內(nèi)窺式檢測(cè)技術(shù)主要有閉路電視檢查(CCTV)、潛望鏡檢查(QV)、聲納檢查(SI)、激光檢測(cè)等。其中，閉路電視(CCTV)檢測(cè)技術(shù)，以其能直接記錄管道內(nèi)部的真實(shí)情況，并直觀反映缺陷位置、狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，且適用于管道詳查、普查、驗(yàn)收與修復(fù)等項(xiàng)目，因而受到廣泛應(yīng)用。CCTV檢測(cè)系統(tǒng)的基本設(shè)備包括：攝像機(jī)、長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x(傳感器)、燈光照明系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、爬行器等部件。通過(guò)控制帶攝像頭的機(jī)器人在管道內(nèi)走行，將管道內(nèi)的實(shí)時(shí)影像進(jìn)行回傳[1]，進(jìn)而采用軟件識(shí)別與人工識(shí)別對(duì)影像資料進(jìn)行解析，可對(duì)管道結(jié)構(gòu)缺陷，如破裂、變形、錯(cuò)口、腐蝕、起伏、脫節(jié)、接口材料脫落、支管案接、異物穿入、滲漏等缺陷進(jìn)行判別；對(duì)功能性缺陷，如沉積、結(jié)垢、障礙物、殘墻、壩根、樹(shù)根、浮渣等缺陷進(jìn)行判別。

1.2 管道CCTV檢測(cè)流程

管道內(nèi)窺鏡檢測(cè)流程主要由4部分組成，分別是資料收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、管道預(yù)處理、管道檢測(cè)[1- 3]。資料收集旨在手機(jī)管道竣工圖與區(qū)域管線的分布資料；現(xiàn)場(chǎng)踏勘周邊場(chǎng)地的狀況與檢查井定位，進(jìn)而制定監(jiān)測(cè)方案與確定合適的檢測(cè)時(shí)間；通過(guò)對(duì)管內(nèi)淤積情況與水位進(jìn)行判別，通過(guò)風(fēng)度、高壓水射流清淤與抽水等措施，使得管道內(nèi)水位小于0.2倍直徑且小于30cm，管道內(nèi)淤積小于20cm[4- 5]，在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，保障管道機(jī)器人走行的通暢，與管道內(nèi)缺陷的可檢測(cè)性；管道檢測(cè)為檢測(cè)的實(shí)施階段，通過(guò)控制帶攝像頭的機(jī)器人在管道內(nèi)走行，對(duì)管道內(nèi)存有的缺陷對(duì)其狀態(tài)、影像、位置進(jìn)行記錄并進(jìn)行回傳，后通過(guò)人員、算法判別解析回傳圖像，確定管道內(nèi)實(shí)際狀態(tài)并明確缺陷，判別其類(lèi)型、位置與級(jí)別。其檢測(cè)流程圖如圖1所示。

圖1 CCTV檢測(cè)流程圖

2 管道評(píng)估方法

2.1 管道缺陷判定與評(píng)估概述[4- 6]

管道檢測(cè)完成后，得到各個(gè)管段影像數(shù)據(jù)資料。依據(jù)CJJ 181—2012《城市排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)程”)，對(duì)各個(gè)管道缺陷進(jìn)行人工判別或采用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行判別并輔助以人工校驗(yàn)。

首先根據(jù)缺陷性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，分為結(jié)構(gòu)性缺陷與功能性缺陷兩類(lèi)構(gòu)成，而后針對(duì)各個(gè)具體缺陷類(lèi)型，依據(jù)規(guī)程對(duì)其進(jìn)行缺陷等級(jí)判別，并根據(jù)等級(jí)進(jìn)行賦分。規(guī)程缺陷等級(jí)分類(lèi)見(jiàn)表1，將缺陷程度分為輕微、中等、嚴(yán)重、重大4類(lèi)缺陷。對(duì)應(yīng)等級(jí)賦分值最大為10分，其中部分缺陷類(lèi)型最嚴(yán)重級(jí)別為3級(jí)，嚴(yán)重缺陷，賦分值為5分。

規(guī)程對(duì)于單個(gè)缺陷的縱向尺寸約定為最小為1m。當(dāng)兩個(gè)相鄰缺陷的縱向間距大于1.5m時(shí)，視為獨(dú)立缺陷；當(dāng)縱向間距大于1m且不大于1.5m時(shí)，視為相互影響缺陷，對(duì)其賦予影響系數(shù)；當(dāng)縱向間距小于1m時(shí)，將之視為一個(gè)缺陷，并對(duì)缺陷程度賦分值進(jìn)行加和，且加和值不大于最大分值10分。

表1 缺陷等級(jí)分類(lèi)表

對(duì)于某一管段，其狀況進(jìn)行評(píng)估時(shí)，其整體缺陷參數(shù)按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中，M—某管段的結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)或功能性缺陷參數(shù);S—該管段的狀態(tài)參數(shù);Smax—單個(gè)缺陷的最大分值。

對(duì)管段內(nèi)缺陷根據(jù)間距分為間距大于1.5m的獨(dú)立缺陷與間距大于1m且不大于1.5m的相互影響缺陷兩種缺陷分別計(jì)數(shù)進(jìn)行均值計(jì)算，如式(2)。

(2)

Smax=max{Pi}

(3)

式中，n1—獨(dú)立缺陷數(shù)量;Pi1—各個(gè)獨(dú)立缺陷賦分;n2—相互影響缺陷數(shù)量;Pi2—各個(gè)相互影響缺陷賦分;k—相互影響系數(shù)，一般取1.1。

以上，可計(jì)算得到各個(gè)檢測(cè)管段的缺陷參數(shù)，并據(jù)此評(píng)價(jià)該檢測(cè)管段狀態(tài)，見(jiàn)表2，Ⅰ-Ⅳ級(jí)分別表示管段不同程度的缺陷等級(jí)。

表2 缺陷評(píng)價(jià)表

2.2 結(jié)構(gòu)性狀況評(píng)估方法

通過(guò)影像判別，針對(duì)檢測(cè)中分類(lèi)為結(jié)構(gòu)性缺陷的管段，通過(guò)式(1)—式(3)計(jì)算結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)，并依據(jù)規(guī)程，綜合結(jié)構(gòu)性缺陷因素、地區(qū)重要性因素、管道重要性因素土質(zhì)等參數(shù)，得到管段修復(fù)等級(jí)RI，為維修、改建提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 功能性狀況評(píng)估方法

針對(duì)檢測(cè)中分類(lèi)為功能性缺陷的管段，通過(guò)式(1)—式(3)計(jì)算結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)，并依據(jù)規(guī)程，綜合功能性缺陷因素、地區(qū)重要度因素、管道重要性因素，得到管段養(yǎng)護(hù)等級(jí)MI，為管道的養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況與設(shè)備選型

本項(xiàng)目位于深圳市某區(qū)，檢測(cè)管道總長(zhǎng)1011m，共計(jì)56管段，管材設(shè)計(jì)種類(lèi)為鋼筋混凝土管、HDPE，檢測(cè)管徑為DN300、DN400、DN600。本次管道CCTV檢測(cè)采用中儀X5-HQ綜合CCTV管道內(nèi)窺檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括HPX1-U爬行車(chē)、HCTV旋轉(zhuǎn)攝像頭、有線控制盒、X5-HQ自動(dòng)卷線盤(pán)等。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)CCTV檢測(cè)結(jié)果，對(duì)管道結(jié)構(gòu)性缺陷、功能性缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 功能性缺陷統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)CCTV檢測(cè)，已檢管段中發(fā)現(xiàn)7處1級(jí)(輕微)功能性缺陷、5處3級(jí)(嚴(yán)重)功能性缺陷。已檢管段中發(fā)現(xiàn)14處1級(jí)(輕微)結(jié)構(gòu)性缺陷、53處2級(jí)(中等)結(jié)構(gòu)性缺陷、14處3級(jí)(嚴(yán)重)結(jié)構(gòu)性缺陷、4處4級(jí)(重大)結(jié)構(gòu)性缺陷,見(jiàn)表4。

表4 結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)表

本次檢測(cè)中，各類(lèi)型典型缺陷圖像如圖2—3所示。

根據(jù)以上工程檢測(cè)結(jié)果，對(duì)已檢測(cè)管段進(jìn)行修復(fù)等級(jí)與養(yǎng)護(hù)等級(jí)計(jì)算，按修復(fù)等級(jí)與養(yǎng)護(hù)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，得到檢測(cè)管段修復(fù)等級(jí)分類(lèi)表，見(jiàn)表5—6。結(jié)果表明，檢測(cè)管段存有4處結(jié)構(gòu)存在重大缺陷，已發(fā)生破壞，需要立即修復(fù)；存有2處管道過(guò)流受阻嚴(yán)重，嚴(yán)重影響功能，需要根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考慮，盡快處理。

表5 管段修復(fù)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

圖2 功能性缺陷圖

圖3 結(jié)構(gòu)性缺陷圖

表6 管段養(yǎng)護(hù)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

3.3 結(jié)果分析

針對(duì)數(shù)量較大的結(jié)構(gòu)性缺陷，進(jìn)一步對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如圖4所示。顯而易見(jiàn)，管道破裂為最主要缺陷，占比為總?cè)毕輸?shù)量的約60%，其次為管道錯(cuò)口，約占為總?cè)毕輸?shù)量20%。針對(duì)破裂缺陷問(wèn)題，由于本次檢測(cè)管道中，雨水管道采用DN600鋼筋混凝土管道，破裂由管道的外部壓力超過(guò)其自身承載能力所致，其可能形成原因如下：區(qū)域內(nèi)混凝土管普遍施工較早，其使用年限相對(duì)較長(zhǎng)；早期鋼筋混凝土管節(jié)生產(chǎn)質(zhì)量較差，安裝前可能已經(jīng)存在一定缺陷，或管節(jié)鋼筋配筋率不足；混凝土管節(jié)運(yùn)輸、安裝過(guò)程中未按規(guī)范、規(guī)程要求進(jìn)行，導(dǎo)致管節(jié)受損，致使管道破裂[7]；管道基礎(chǔ)、回填覆土未按要求施工，導(dǎo)致管道基礎(chǔ)產(chǎn)生較大不均勻沉降，或回填物中含有堅(jiān)硬物體，導(dǎo)致開(kāi)裂；管道埋深不足，導(dǎo)致管頂覆土深度不滿(mǎn)足要求，在上部荷載的作用下，土壓力擴(kuò)散較少，管節(jié)受力增大，導(dǎo)致破裂；機(jī)動(dòng)車(chē)道下方管道可能長(zhǎng)期受到超限超載車(chē)輛碾壓，導(dǎo)致管道破裂。針對(duì)錯(cuò)口缺陷問(wèn)題，主要是由于管節(jié)安裝不規(guī)范導(dǎo)致間隙過(guò)大；亦可能由于管節(jié)生產(chǎn)不合格導(dǎo)致承插口不匹配或膠圈質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致。

對(duì)管道材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，采用高密度聚乙烯(HPDE)管段總結(jié)構(gòu)性缺陷為3處，分別為2處2級(jí)變形缺陷與1處1級(jí)滲漏缺陷，總占比約為3.53%，其管道狀態(tài)較為良好。其可能原因如下：HPDE管相較于鋼筋混凝土管進(jìn)入市場(chǎng)較晚，其使用年限相對(duì)較短；HPDE具有較強(qiáng)的耐沖擊能力，且抗拉強(qiáng)度較高，可在較大的溫度范圍內(nèi)承受管道應(yīng)力與沖擊荷載，避免了缺陷的發(fā)生；其化學(xué)性能穩(wěn)定，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕能力，可承受多種類(lèi)的腐蝕性介質(zhì)侵蝕[7- 8]；相較于鋼筋混凝土關(guān)節(jié)間采用承插式連接，HPDE管可采用焊接或法蘭連接，具有更優(yōu)良的連接可靠性，降低了脫節(jié)等缺陷的發(fā)生概率。

針對(duì)DN600鋼筋混凝土管的大范圍破裂與脫節(jié)缺陷問(wèn)題，建議如下：破裂缺陷特別嚴(yán)重的關(guān)節(jié)建議進(jìn)行更換處置；其余破裂關(guān)鍵建議采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行修補(bǔ)；特別針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)道下方管道，宜核查其覆土厚度，對(duì)于無(wú)法滿(mǎn)足50cm處，應(yīng)考慮設(shè)置防護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)。

圖4 結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深圳市某區(qū)共計(jì)1011m、HPDE、鋼筋混凝土材質(zhì)的雨水污水管道系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估，并對(duì)病害特征進(jìn)行分析與總結(jié)。該區(qū)域內(nèi)管道的結(jié)構(gòu)性缺陷主要為2級(jí)缺陷，以管道破裂與脫節(jié)為主要缺陷。這一結(jié)果充分反映了鋼筋混凝土管道的常見(jiàn)病害問(wèn)題，建議在類(lèi)似新建管道設(shè)計(jì)中優(yōu)先選用HDPE管道，并采用柔性接口，同時(shí)加強(qiáng)管道基礎(chǔ)施工與頂部覆土深度的控制，提升排水管道系統(tǒng)的健康狀態(tài)。對(duì)于既有管道，應(yīng)及時(shí)采取維修與指定維修計(jì)劃，采用環(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)并對(duì)破壞嚴(yán)重管節(jié)進(jìn)行更換處理。

在后續(xù)的CCTV管道檢測(cè)中，建議采用多傳感器技術(shù)，擴(kuò)大CCTV技術(shù)的檢測(cè)深度與適用條件，綜合提升管道檢測(cè)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，更多維度地獲取管道實(shí)時(shí)健康、運(yùn)行狀態(tài)，提升相應(yīng)維修、養(yǎng)護(hù)工作的時(shí)效性與經(jīng)濟(jì)性。