市政排水系统的健康状态评估与维修建议_李松勤.pdf

196 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）市政排水系统的健康状态评估与维修建议李松勤（深圳市水务工程检测有限公司，深圳 518000）摘 要：文章介绍了当前常用的排水管道系统检测技术，并通过对相应检测技术进行比较分析，明确了 CCTV 检测技术作为管道主流检测技术的优势。并基于深圳市某区黑臭水体治理工程中的管道检测评估为例，分析了其中探测缺陷的统计学特征，总结了相应主次要缺陷产生原因，并针对性地提出了相应的处置建议。文章为市政排水系统管道的制作、施工、检测、评估、维修、养护等过程提供了较为充分的案例参考，可为相关工程提供借鉴意义。关键词：CCTV；管道检测；管道维修 中图分类号：TU992 文献标识码：B文章编号:1007-7596（2022）12-0196-04 收稿日期 2022-11-19作者简介 李松勤（1 9 8 6-），男，湖北麻城人，高级工程师，从事水务工程质量检测、勘察、测绘等工作。0 引 言市政排水系统是排除与处理城市雨污水的重要工程设施系统，主要由排水管道与污水处理厂构成。现今，在实行雨污水分流的情况下，雨水通过雨水管道系统收集后，就近排入水体；污水由污水管道收集之污水处理子系统处理后，进行回收利用或排入水体。市政排水系统的运行状态直接影响了城市的居住安全与水环境。本文以深圳市某区黑臭水体治理工程中，采用管道闭路电视（CCTV）检测技术对其中某区域范围内的雨水、污水管道进行检测、分析、评估的过程与成果为例，说明了 CCTV 检测技术用于管道检测的有效性，并根据检测结果对相应的管道维修、养护提供了合理的建议。1 管道检测技术与评估方法1.1 管道检测技术概述目前，常见的排水管道检测技术主要包括：闭路电视检测、声纳检测、潜望镜检测超声检测1等。闭路电视检测目前主要采用管道机器人进行采集图像，通过有线或无线传输，将管道内壁的实时可视图像回传回检测人员进行检测的方法；声纳检测通过主动向水中发射声波照射探测目标，通过回波参数测定目标参数，并采用颜色区分信号强弱，并标识信号类型与反射面性质；潜望镜检测类似于简化版本的闭路电视检测，但仅将摄像头置于检查井与管道交界处用于快速检测。以上检测技术各有特点。检测技术对比表，见表 1。表 1 检测技术对比表检测技术优点缺点闭路电视检测可直观放映管道内情况，成像较清晰需要进行大量检测管道预处理，对管道内水位、淤积有较高的要求。针对较长管道检测时，需要多次对机器人进行取出、下井、走行操作。声纳检测可检测水下物体不能得到直观图像信息，且仅对于垂直于轴向且外轮廓变异类缺陷容易发现，对缺陷类型覆盖不足。潜望镜检测快速便捷无法深入管道内，不能得到缺陷处的高清晰影像，不能提供高质量 的检测结果。综上，仅有闭路电视检测技术能实时反应管内影像，虽有需要进行管道预处理等问题，但其覆盖大部分缺陷，是管内检测、详查的首选技术2。1.2 管道闭路电视（CCTV）检测技术与检测流程闭路电视（CCTV）检测技术，其检测系统的DOI:10.14122/ki.hskj.2022.12.048 197 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）基本设备包括以下部件：摄像机（主图像传感器）、距离检测仪（判定走行距离）、照明系统（确保图像亮度）、电源系统（有线或电池供电）、控制系统、爬行器（走行系统）等。通过控制机器人在管内走行，将的实时影像进行回传，后进行详细的缺陷判别、分析与管道评估。检测流程主要由 4 部分组成，分别为资料收集、现场踏勘、管道预处理、管道检测3-5。其中，资料收集目的是通过收集管道竣工图与区域管线的分布资料，明确检测管线基本资料，确定管线位置、检查井位置等关键信息；现场踏勘目的是通过实地踏勘确定周边场地的状况，交通时间等因素，以确定适宜的检测时间，并制定详细的检测方案；管道预处理是封堵、抽水、清淤等措施，使得管道内水位 0.2 倍直径且 30cm，管道内淤积 20cm，保证 CCTV 检测的实施条件；管道检测为检测的实施阶段，通过控制带摄像头的机器人在管道内走行，对管道内存有的缺陷对其状态、影像、位置进行记录并进行回传。1.3 管道缺陷判定与评估概述管道检测完成后，得到各个管段影像数据资料。依据城市排水管道检测与评估技术规程（以下简称“规程”），采用软件识别与人工识别对影像资料进行解析，可对管道结构缺陷，如破裂、变形、错口、腐蚀、起伏、脱节、接口材料脱落、支管案接、异物穿入、渗漏；对功能性缺陷如沉积、结垢、障碍物、残墙、坝根、树根、浮渣等缺陷进行判别。首先根据缺陷性质进行分类，分为结构性缺陷与功能性缺陷两类构成，而后针对各个具体缺陷类型，依据规程对其进行缺陷等级判别，并根据等级进行赋分。规程缺陷等级分类，见表 2。表 2 缺陷等级分类表缺陷性质缺陷等级1 级2 级3 级4 级结构性/功能性轻微缺陷中等缺陷严重缺陷重大缺陷对于某一管段，其状况进行评估时，其整体缺陷参数按如式（1）进行计算：maxmaxmax,ara,StateStateStatePState StateState=（1）式中，Para 为（结构性/功能性）缺陷参数，State为状态参数，Statemax为最高分数（检测管段单一缺陷）。规程根据缺陷间距，对缺陷分为两类：独立缺陷间距 1.5m；相互影响缺陷间距 1.0m 且 1.5m。根据以上分类，对缺陷平分分别计数进行均值计算，计算公式为：()121212121nniiiiStatePkPnn=+|+（2）maxmaxiStateP=（3）式中，n1、pi1为（独立缺陷）数量与缺陷分值，n2、pi2为（相互影响缺陷）数量与分值，k 为相互影响缺陷加权系数，加权值为 1.1。通过式（1）式（3）计算当前检测管段结构性/功能性缺陷参数，缺陷评价表，见表 3。并根据表（3）评价该检测管段状态。表 3 缺陷评价表缺陷等级缺陷参数Para管段损坏状态IPara1（结构性）结构无或轻微缺陷（功能性）运行基本不受影响II1 Para3（结构性）结构存在缺陷，影响较小（功能性）过流有一定受阻，影响较小III3 Para6（结构性）管段结构缺陷严重（功能性）过流受阻严重，运行受到较大影响IVPara 6（结构性）结构存在重大缺陷、损坏严重（功能性）过流严重受阻，运行瘫痪根据计算结构性/功能性缺陷参数，并依据规程，综合结构性缺陷因素、地区重要性因素、管道重要性因素土质等参数，可分别得到管段修复等级RI、管段养护等级 MI，为维修、改建与管道的养护提供数据支撑。2 工程实例分析2.1 工程概况与设备选型本次数据基于深圳市某区管道检测项目，该次检测管道总长约 1011m，共计检测 56 管段，所检测管道结构均为钢筋混凝土管与 HDPE 管，管径分别为 DN400 与 DN600。2.2 检测结果与分析通过 CCTV 检测，已检管段中共发现 7 处轻微功能性缺陷、5 处严重功能性缺陷；14 处轻微结构性缺陷、53 处中等结构性缺陷、14 处严重结构性缺陷与 4 处重大结构性缺陷。根据检测结果，缺陷进行分类、分级统计。本次检测中，功能性缺陷统计，见表 4。主要功能性缺陷为沉积，占总体缺陷的 83.3%，其中 60%沉积较为轻微，40%沉积 198 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）缺陷较为严重。由于不存在重大级别功能性缺陷，下文将以结构性缺陷为主要讨论对象。表 4 功能性缺陷统计表缺陷类别1 级（轻微）3 级（严重）合计沉积（CJ）6(60.0%)4(40.0%)10(83.4%)障碍物（ZW）1(100.0%)1(8.3%)浮渣（FZ）1(100.0%)11(8.3%)合计7(58.3%)5(41.7%)12本次检测中，结构性缺陷的分类、分级统计，结构性缺陷统计表，见 5。根据统计结果，破裂缺陷为主要缺陷，总占比为 57.6%，其中 2 级中等缺陷为 34 个，在破裂缺陷中占比为 69.4%，总体占比为 40.0%。错口缺陷为次要缺陷，总占比为20.0%，其中 2 级中等缺陷为 13 个，在错口缺陷中占比为 76.5%，总体占比为 15.3%。脱节缺陷总占比虽仅为 2.4%，但均为 4 级重大缺陷，较为严重，在重大缺陷中占比达 50%，不可忽视。其余变形缺陷、腐蚀缺陷、支管暗接缺陷、异物穿入、渗漏等缺陷总体轻微，且几类缺陷合计总占比仅为17.6%，且以 1 级 2 级缺陷为主要构成，在后续讨论中将不作为重点6-7。表 5 结构性缺陷统计表缺陷类别1 级（轻微）2 级（中等）3 级（严重）4 级（重大）合计破裂（PL）5(9.8%)34(66.6%)11(21.6%)1(2.0%)51(60.0%)变形（BX）2(100%)2(2.35%)腐蚀（FS）2(100%)2(2.35%)错口（CK）1(5.9%)13(76.5%)2(11.7%)1(5.9%)17(20.0%)脱节（TJ）2(100.0%)2(2.35%)支管暗接（AJ）3(60.0%)2(40.0%)5(5.88%)异物穿入（CR）3(75.0%)1(25.0%)4(4.71%)渗漏（SL）2(100%)2(2.35%)其中，结构性缺陷中，主要缺陷（破裂缺陷）、次要缺陷（错口缺陷）与其余较严重缺陷（脱节与异物穿入缺陷）。针对结构性缺陷中的主、次要缺陷进行进一步分析，影像中反映该类缺陷均为钢筋混凝土材质管节产生，其余 HPDE 材质不检出同类缺陷（破裂与错口缺陷），这说明本区域内，缺陷类型与管节材料密切相关。通过对钢筋混凝土材料管节的缺陷密度与修复指数 RI 进行计算并统计，结构性缺陷统计图，见图 1。0.00.20.40.60.81.01.21.41.6012345678修复指数RI缺陷密度 (1.4,16)(1.75,1)(3.25,3)(3.95,8)(7.45,3)12345678024681012141618管节个数维修指数RI(a)缺陷密度与修复指数散点图 (b)维修指数 RI 统计图图 1 结构性缺陷统计图 199 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）由图 1 可知，钢筋混凝土管的缺陷密度近乎平均分布，维修指数 RI=1.4 的管节占总缺陷管节数的 43.75%，维修指数 RI=3.95 的管节占总缺陷管节数的 25.00%。钢筋混凝土管节显示出明显且广泛的缺陷状态，可能是由于以下原因导致。从敷设时间上考虑，该区域钢筋混凝土管道普遍较早敷设，使用年限较长，使用寿命不足；从管节制造上考虑，钢筋混凝土管可能存在配筋率不足、接口制造精度不足等原因导致的生产质量安装较差等问题，进而导致以上普遍缺陷；从管道施工上考虑，可能由于运输、吊运导致损坏或管道基础、管道覆土不满足规范要求等不规范施工导致普遍缺陷；从使用阶段考虑，可能由于管道上方车辆荷载超标，导致管道压力超过设计冗余，进而导致大范围破裂8。3.3 维修建议根据缺陷参数、缺陷分布、管节参数计算修复指数RI与养护指数MI，管段修复、养护等级统计表，见表 6。表 6 管段修复、养护等级统计表等级修复指数 RI数量/个养护指数 RI数量/个RI 11MI 161 RI 4291 MI 4/4 RI 7/4 MI 72RI 74MI 7/根据修复指数统计显示，4 处结构性重大缺陷，需要立即修复