管道內(nèi)窺聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)在廣州黑臭水體治理中的應(yīng)用

陳 浩,鐘文威

(1.廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510640;2.廣州迪升探測(cè)工程技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510660)

1 概述

為解決廣州市建成區(qū)黑臭水體問(wèn)題，參照國(guó)內(nèi)先進(jìn)城市排水達(dá)標(biāo)小區(qū)創(chuàng)建的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。首先，進(jìn)行“三洗”行動(dòng)，摸清底數(shù)，從源頭進(jìn)行入戶(hù)調(diào)查，建立排水戶(hù)普查臺(tái)賬；同時(shí)，開(kāi)展排水管網(wǎng)及預(yù)處理設(shè)施(化糞池、隔油池等)的實(shí)地勘察，掌握現(xiàn)狀管網(wǎng)的運(yùn)行狀況[1-3]。目前，掌握和評(píng)價(jià)地下排水管道有效的方法就是管道檢測(cè)。根據(jù)管道的物性特點(diǎn)，檢測(cè)方法也有多種，如適于大型地下排水設(shè)施的示蹤電磁法、用于各類(lèi)非金屬管道的高頻電磁法、可真實(shí)的判斷管道關(guān)系走向的管道內(nèi)窺檢測(cè)法等[4-8]。其中示蹤電磁法和高頻電磁法均存在一定的局限性，如使用示蹤電磁法時(shí)，很多地段不能保證將發(fā)射探頭置入井中并可順利回收；高頻電磁法在無(wú)法適用于非金屬管線占比較大的管線檢測(cè)工程中[9-11]。管道內(nèi)窺法[12]可連續(xù)、實(shí)時(shí)記錄管道內(nèi)部的實(shí)際情況，為技術(shù)人員提供可靠的分析資料，因此，也成為管道檢測(cè)使用最多的方法。

本文提出一種管道CCTV檢測(cè)、管道潛望鏡管內(nèi)內(nèi)窺檢測(cè)與聲納檢測(cè)相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)，并以廣州市南蛇坑流域地下排水管道摸查工作為例，介紹了其在管道檢測(cè)中的應(yīng)用。

2 管道CCTV、管道潛望鏡及聲納聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)

2.1 管道CCTV內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)

管道CCTV(Closed Circuit Television)內(nèi)窺探測(cè)技術(shù)，是通過(guò)采用工業(yè)管道內(nèi)窺攝像系統(tǒng)，對(duì)管道內(nèi)部存在的問(wèn)題(連接關(guān)系、破裂、沉降、錯(cuò)位、塌陷)進(jìn)行實(shí)地位置確定的一種探測(cè)技術(shù)。CCTV探測(cè)儀工作示意如圖1所示，通過(guò)爬行器載有高清晰度攝成像系統(tǒng)，以一定的行進(jìn)速度沿水流方向行進(jìn)檢測(cè)，高清晰度攝成像系統(tǒng)精度可達(dá)分米級(jí)[13]。

圖1 管道CCTV檢測(cè)工作示意

2.2 管道潛望鏡內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)

管道潛望鏡內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)是利用可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的手柄將高放大倍數(shù)的攝像頭直接探入檢查井內(nèi)或其他隱敝空間，進(jìn)行快速檢測(cè)的一種技術(shù)。操作人員可在地面通過(guò)控制器調(diào)整燈光、鏡頭焦距進(jìn)行觀察，并以圖片或錄像形式儲(chǔ)存檢查資料。由于，管道潛望鏡配備了強(qiáng)力光源(如圖2所示)，在管道充滿(mǎn)度較小及暗渠具備檢查條件的情況下，能在管口檢查、觀測(cè)暗渠內(nèi)部情況，清楚的看見(jiàn)暗渠是否有排口接入，同時(shí)能夠清晰地暗渠內(nèi)部存在的結(jié)構(gòu)性及功能性缺陷。

圖2 管道潛望鏡檢測(cè)系統(tǒng)示意

2.3 聲納檢測(cè)技術(shù)

聲納檢測(cè)技術(shù)[14]是一種可對(duì)長(zhǎng)時(shí)間處于滿(mǎn)流的高水位運(yùn)行態(tài)勢(shì)的檢查井及管道，有效排查可能存在的不明管道接駁的技術(shù)。將固定在支撐桿上的聲納傳感器以與垂直地面的方式放入含水的檢查井中，通過(guò)支撐桿控制聲納逐漸向井底行進(jìn)，在聲納傳感器自水面伸至井底的連續(xù)掃描過(guò)程中，操作人員觀察系統(tǒng)的界面，尋找無(wú)聲波反射的部位，即可發(fā)現(xiàn)不同深度存在的接駁管道，其工作示意如圖3所示。

圖3 井中聲納工作示意

2.4 管道聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)

南蛇坑流域城市排水管道結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且存在管網(wǎng)缺失、錯(cuò)亂混接、管道損壞淤積等問(wèn)題。常規(guī)的管道監(jiān)測(cè)方法難以準(zhǔn)確摸查清楚管道情況，為此，綜合管道CCTV內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)、管道潛望鏡內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)、聲納檢測(cè)技術(shù)三者的優(yōu)點(diǎn)，提出一種管道聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)(見(jiàn)表1)，由表1可見(jiàn)，該技術(shù)不見(jiàn)滿(mǎn)足無(wú)水管道和有水管道監(jiān)測(cè)，還能借助聲納技術(shù)，探清管網(wǎng)缺失部位的管道連接情況，對(duì)城市復(fù)雜排水管道結(jié)構(gòu)具有很好的檢測(cè)效果。

表1 管道聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)實(shí)施方法

管道聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的具體實(shí)施方法如下：

1) 管道CCTV檢測(cè)

將載有攝像鏡頭的爬行器安放在檢測(cè)起始位置，并將計(jì)數(shù)器歸零，爬行器沿水流方向前行。當(dāng)管徑不大于200 mm時(shí)，行進(jìn)速度不宜超過(guò)0.1 m/s；當(dāng)管徑大于200 mm時(shí)，直向攝影的行進(jìn)速度不宜超過(guò)0.15 m/s。檢測(cè)時(shí)，在管道中軸線上移動(dòng)攝像鏡頭，偏離度不應(yīng)大于管徑的10%。每一管段檢測(cè)完成后，根據(jù)電纜上的標(biāo)記長(zhǎng)度對(duì)計(jì)數(shù)器顯示數(shù)值進(jìn)行修正。管道檢測(cè)過(guò)程中，錄像資料不應(yīng)產(chǎn)生畫(huà)面暫停、間斷記錄、畫(huà)面剪接的現(xiàn)象。在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)將爬行器在完全能夠解析缺陷的位置至少停止10 s，確保所拍攝的圖像清晰完整。對(duì)各種缺陷、特殊結(jié)構(gòu)和檢測(cè)狀況作詳細(xì)判讀和量測(cè)，并填寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)記錄表。

2) 管道潛望鏡檢測(cè)

首先，將鏡頭中心保持在管道豎向中心線的水面以上，保持?jǐn)z像頭無(wú)盲點(diǎn)地均勻慢速移動(dòng)。在拍攝過(guò)程中，拍攝管道時(shí)，變動(dòng)焦距不宜過(guò)快；拍攝缺陷時(shí)，保持?jǐn)z像頭靜止，調(diào)節(jié)鏡頭焦距，并連續(xù)、清晰地拍攝10 s以上；對(duì)各種缺陷、特殊結(jié)構(gòu)和檢測(cè)狀況作詳細(xì)判讀和記錄，并嚴(yán)格按規(guī)定的格式填寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)記錄表。最后，應(yīng)由相關(guān)人員對(duì)檢測(cè)資料進(jìn)行復(fù)核并簽名確認(rèn)。

3) 聲納檢測(cè)

先從被檢管道中取水樣通過(guò)實(shí)測(cè)聲波速度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。將聲納探頭安放在檢測(cè)起始位置，并將計(jì)數(shù)器歸零，且調(diào)整電纜處于自然繃緊狀態(tài)，開(kāi)始檢測(cè)。探頭的推進(jìn)方向與水流方向及管軸線一致，滾動(dòng)傳感器標(biāo)志朝正上方，探頭行進(jìn)速度不宜超過(guò)0.1 m/s。檢測(cè)時(shí)，在距管段起始、終止檢查井處應(yīng)進(jìn)行2～3 m長(zhǎng)度的重復(fù)檢測(cè)。在聲納探頭前進(jìn)或后退時(shí)，電纜始終保持自然繃緊狀態(tài)。根據(jù)管徑的不同，應(yīng)按表2選擇相應(yīng)的脈沖寬度。檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)被檢測(cè)管道的規(guī)格，在規(guī)定采樣間隔和管道變異處探頭應(yīng)停止行進(jìn)、定點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，停頓時(shí)間應(yīng)大于1個(gè)掃描周期?，F(xiàn)場(chǎng)捕捉規(guī)定采樣間隔和圖形變異處的輪廓圖，并進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。

表2 脈沖寬度選擇標(biāo)準(zhǔn)

但同時(shí)需注意在一些特殊情況下，應(yīng)當(dāng)中止檢測(cè)，以防儀器設(shè)備出現(xiàn)損壞或出現(xiàn)失真現(xiàn)象，如管道CCTV檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)爬行器在管道內(nèi)無(wú)法行走或推桿在管道內(nèi)無(wú)法推、鏡頭沾有污物、鏡頭浸入水中時(shí)、管道內(nèi)充滿(mǎn)霧氣，影響圖像質(zhì)量等其他原因無(wú)法正常檢測(cè)的情況，應(yīng)當(dāng)立即中止檢測(cè)；管道潛望鏡檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)道潛望鏡檢測(cè)儀器的光源不能夠保證影像清晰度、鏡頭沾有泥漿、水沫或其他雜物等影響圖像質(zhì)量、鏡頭浸入水中，無(wú)法看清管道狀況、管道充滿(mǎn)霧氣影響圖像質(zhì)量等其他原因無(wú)法正常檢測(cè)的情況，應(yīng)當(dāng)立即中止檢測(cè)；聲納檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)探頭受阻無(wú)法正常前行工作、探頭被水中異物纏繞或遮蓋，無(wú)法顯示完整的檢測(cè)斷面、探頭埋入泥沙致使圖像變異等其他原因無(wú)法正常檢測(cè)的情況，應(yīng)當(dāng)立即中止檢測(cè)。

3 廣州市排水管道聯(lián)合檢測(cè)實(shí)例分析

3.1 工程概況

本次管道排查工程范圍為南蛇坑流域，流域總面積約為2.06 km2，其中包括范屋社區(qū)0.14 km2，陶莊社區(qū)0.30 km2，蘇莊社區(qū)0.24 km2，伍仙橋社區(qū) 0.08 km2，軍事管理區(qū)共0.84 km2，其他為白云山區(qū)域。主要探測(cè)范圍為：沈海高速?gòu)V州支線—廣州大道—范屋路形成的三角地塊范圍內(nèi)的雨水管、污水管及合流管等，對(duì)流域范圍內(nèi)需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，探測(cè)面積約為11.2萬(wàn)m2；沈海高速?gòu)V州支線—廣州大道—沙太南路形成地塊范圍內(nèi)的雨水管、污水管及合流管等，對(duì)流域范圍內(nèi)需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，探測(cè)面積約為22.4萬(wàn)m2；蘇莊、伍仙橋以及范屋社區(qū)扣除上述的雨水管、污水管及合流管等，對(duì)流域范圍內(nèi)需摸查至每棟樓的化糞池、隔油池位置，面積約為91.2萬(wàn)m2。

3.2 工作內(nèi)容

探測(cè)工作主要是對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)的污水井、雨水井進(jìn)行實(shí)測(cè)，詳細(xì)標(biāo)明管線屬性、井底標(biāo)高、管底標(biāo)高、管徑、走向及淤積情況。主要摸查內(nèi)容包括：

1) 結(jié)構(gòu)性缺陷：脫節(jié)、破裂、膠圈脫落、錯(cuò)位、異物侵入等。

2) 功能性缺陷：管道內(nèi)淤泥和建筑泥漿沉積等。

3) 錯(cuò)混接調(diào)查：對(duì)雨污水管存在錯(cuò)混接位置進(jìn)行摸查定點(diǎn)等。

3.3 主要儀器設(shè)備

探測(cè)所需儀器設(shè)備具體見(jiàn)表3所示。

表3 主要儀器設(shè)備

4 檢測(cè)結(jié)果與分析

4.1 排水管線統(tǒng)計(jì)

廣州市天河區(qū)南蛇坑流域清污分流排水達(dá)標(biāo)區(qū)試點(diǎn)指定范圍內(nèi)的地下排水管線探測(cè)工作，全線路管線探測(cè)工作的工作量統(tǒng)計(jì)如下：共計(jì)探測(cè)定位管線明線點(diǎn)數(shù)為3 315個(gè)，隱蔽點(diǎn)數(shù)為1 645個(gè)，總點(diǎn)數(shù)為4 960個(gè)；探測(cè)定位排水管線總長(zhǎng)度為48 108.28 m。摸查檢查井為 3 141 座，摸查化糞池為174座(見(jiàn)表4)。此外，發(fā)現(xiàn)混接點(diǎn)為363處，其中污水接入雨水為305個(gè)，雨水接入污水為58個(gè)。

4.2 管道缺陷分析

為了查清天河區(qū)南蛇坑流域清污分流排水達(dá)標(biāo)區(qū)試點(diǎn)排水管網(wǎng)的運(yùn)行情況，利用管道潛望鏡對(duì)天河區(qū)南蛇坑流域清污分流排水達(dá)標(biāo)區(qū)試點(diǎn)的排水管網(wǎng)進(jìn)行全面檢測(cè)，檢測(cè)成果如下：檢測(cè)共計(jì)為35 484 m，其中市政道路為7 399 m，小區(qū)內(nèi)支管為28 085 m；滿(mǎn)水等原因未能檢測(cè)12 624.28 m，其管渠缺陷類(lèi)型及等級(jí)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

表4 排水管線統(tǒng)計(jì) m

表5 缺陷統(tǒng)計(jì) 處

通過(guò)對(duì)表5進(jìn)行分析可知：

1) 管渠總體結(jié)構(gòu)性狀況為區(qū)域內(nèi)可不修復(fù)輕微缺陷(1級(jí))167處，需要修復(fù)缺陷(2級(jí))201處，需要盡快修復(fù)缺陷(3級(jí))212處，需要馬上修復(fù)缺陷(4級(jí))113處。

2) 管渠總體功能性狀況為區(qū)域內(nèi)可不清理輕微缺陷(1級(jí))154處，需要清理缺陷(2級(jí))171處，需要盡快清理缺陷(3級(jí))191處，需要馬上清理缺陷(4級(jí))553處。

3) 全部缺陷中可不修復(fù)輕微缺陷(1級(jí))所占比重最小，為18.22%，需要馬上修復(fù)缺陷(4級(jí))所占比重最大，達(dá)37.80%。且種情況下沉積物堵塞管道現(xiàn)象突出，主要是由于缺乏長(zhǎng)期的修復(fù)養(yǎng)護(hù)和管道疏通工作。

為進(jìn)一步分析管道缺陷對(duì)管道的影響，對(duì)不同管道缺陷累積長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表6)。由表6可知，管道結(jié)構(gòu)性狀況缺陷累積長(zhǎng)度總體所占檢測(cè)總長(zhǎng)度的百分比要小于管道功能性狀況缺陷，這與上述第3)點(diǎn)的原因相似，同時(shí)體現(xiàn)了管道的養(yǎng)護(hù)和疏通工作是保證管道功能運(yùn)行良好的重要手段。

表6 缺陷統(tǒng)計(jì)

4.3 缺陷評(píng)估

1) 管道結(jié)構(gòu)性等級(jí)評(píng)估

首先對(duì)管道損壞狀況參數(shù)S進(jìn)行計(jì)算：

(1)

Smax=max{Pi}

(2)

n=n1+n2

(3)

式中n為管道結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量；n1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷數(shù)量；n2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷數(shù)量；Pi1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷分值；Pi2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；α為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，當(dāng)缺陷縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m時(shí)取1.1。

管道結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)F則按以下法則取值：當(dāng)Smax≥S時(shí)，F(xiàn)=Smax；當(dāng)Smax

2) 管道功能性狀況評(píng)估

首先對(duì)管道運(yùn)行狀況參數(shù)Y進(jìn)行計(jì)算：

(4)

Ymax=max{Pj}

(5)

n=n1+n2

(6)

式中m為管道結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量；m1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷數(shù)量；m2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷數(shù)量；Pj1為縱向凈距大于1.5 m的缺陷分值；Pj2為縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；β為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，當(dāng)缺陷縱向凈距大于1.0 m小于1.5 m時(shí)取1.1。

管道功能性缺陷參數(shù)G則按以下法則取值：當(dāng)Ymax≥Y時(shí)，G=Ymax；當(dāng)Ymax

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)廣州市南蛇坑流域城市地下排水管道結(jié)構(gòu)分復(fù)雜、管網(wǎng)缺失、錯(cuò)亂混接、管道損壞淤積嚴(yán)重，常規(guī)的檢測(cè)方法難以準(zhǔn)確摸查清楚管道情況，提出綜合管道CCTV內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)、管道潛望鏡內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)、聲納檢測(cè)技術(shù)的管道聯(lián)合檢測(cè)方法。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了管道結(jié)構(gòu)性缺陷及功能性缺陷的種類(lèi)和數(shù)量，發(fā)現(xiàn)管道主要缺陷表現(xiàn)為管道淤積。結(jié)合缺陷評(píng)估方法，確定了南蛇坑流域管道的結(jié)構(gòu)性及功能性缺陷等級(jí)分別為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)，對(duì)南蛇坑流域排水設(shè)施隱患和雨污混接情況做到“定性、定量、定位”，為該區(qū)域排水達(dá)標(biāo)單元改造的設(shè)計(jì)及施工提供可靠實(shí)測(cè)依據(jù)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確定了區(qū)域內(nèi)清污分流的方案，有效解決排水系統(tǒng)內(nèi)存在的雨污混流、錯(cuò)接亂排等問(wèn)題，可為類(lèi)似城市的黑水治理工程管道檢測(cè)技術(shù)提供有效參考。