“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)對(duì)滿水末端干管的內(nèi)窺檢測研究

黃浩華

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

污水管網(wǎng)的末端干管是污水處理廠的進(jìn)水主通道，是污水收集和轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，定期巡檢、掌握管道內(nèi)部缺陷、及時(shí)修復(fù)、確保管道健康運(yùn)行是管道養(yǎng)護(hù)單位的一項(xiàng)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(duì)管道進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測[1]。然而，末端干管通常在高水位或滿水位狀態(tài)下運(yùn)行，需要通過封堵、導(dǎo)排以降低管道水位后方可進(jìn)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(diǎn)，部分末端干管由于管徑大、水量大等因素難以實(shí)施封堵導(dǎo)排。因此，探索在滿水狀態(tài)下的末端干管內(nèi)窺檢測技術(shù)具有十分重要的意義。

目前針對(duì)在滿水狀態(tài)下的末端干管內(nèi)窺檢測技術(shù)在行業(yè)內(nèi)還處于起步階段，本研究擬采用“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)開展?jié)M水末端干管的內(nèi)窺檢測工作，并通過平行的CCTV檢測手段予以驗(yàn)證，以判斷該組合技術(shù)的準(zhǔn)確性和適用性，為污水管網(wǎng)的管養(yǎng)維護(hù)提供技術(shù)支持。聲吶采用實(shí)時(shí)成像聲吶和水下斷面聲吶兩種，并用水下無人潛航器進(jìn)行搭載。

1 技術(shù)方法與原理

1.1 水下無人潛航器系統(tǒng)

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(shí)時(shí)成像聲吶開展管道內(nèi)窺檢測工作，在潛水員無法承擔(dān)的高強(qiáng)度水下作業(yè)、尤其是不能到達(dá)的深度等危險(xiǎn)條件下更顯現(xiàn)其優(yōu)勢。

1.2 閉路電視（CCTV）檢測

閉路電視系統(tǒng)（CCTV）是以運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為載體，搭載高分辨率的彩色攝像系統(tǒng)，通過控制臺(tái)可調(diào)整攝像頭的高度、照明、焦距和爬行速度，同時(shí)可以操縱爬行器行進(jìn)方向,繞過管道內(nèi)的障礙物。爬行器與鏡頭采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，密封性能良好，防水設(shè)計(jì)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(tài)，CCTV檢測的載體應(yīng)由輪式調(diào)整為浮筏式。

1.3 實(shí)時(shí)成像聲吶

實(shí)時(shí)成像聲吶是將水下聲學(xué)換能器浸入水中進(jìn)行管道內(nèi)壁表觀檢測的另一種水聲學(xué)設(shè)備，聲吶系統(tǒng)通過向隧洞內(nèi)壁表面激發(fā)聲學(xué)脈沖，并接收來自目標(biāo)的反射，根據(jù)水聲學(xué)原理來進(jìn)行目標(biāo)表觀檢測。

實(shí)時(shí)成像聲吶設(shè)備如圖1所示，聲吶工作原理如圖2所示，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 實(shí)時(shí)成像聲吶主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 實(shí)時(shí)成像聲吶檢測設(shè)備示意圖

圖2 實(shí)時(shí)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(xué)換能器浸入水中進(jìn)行管道截面檢測的一種水聲學(xué)設(shè)備，聲吶系統(tǒng)通過向管道內(nèi)壁截面激發(fā)聲學(xué)脈沖，并接收來自目標(biāo)的反射，根據(jù)水聲學(xué)原理來進(jìn)行目標(biāo)表觀輪廓檢測。

水下斷面聲吶設(shè)備如圖3所示，主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 水下斷面聲吶主要技術(shù)指標(biāo)

圖3 水下斷面聲吶檢測設(shè)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(shù)，通過實(shí)時(shí)測量聚焦式電極陣列探頭在管道內(nèi)連續(xù)移動(dòng)時(shí)透過漏點(diǎn)的電流，精確定位管道漏點(diǎn)。檢測原理示意如圖4所示，儀器設(shè)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(gè)中心電極和兩個(gè)輔助電極組成，產(chǎn)生一個(gè)徑向的聚焦式交流電流場，分布在20~80 cm的有限范圍內(nèi)，因此只有當(dāng)聚焦式電極陣列探頭接近管道缺陷點(diǎn)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，各個(gè)漏點(diǎn)呈現(xiàn)獨(dú)立的電流峰值。

焦式電極陣列探頭在管道內(nèi)以10 m/min速度連續(xù)移動(dòng)，實(shí)時(shí)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(nèi)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(dāng)管壁不存在缺陷時(shí)，穿透絕緣性管壁的泄漏電流非常?。蝗绻鼙诖嬖诮Y(jié)構(gòu)性、侵蝕性或接頭缺陷，當(dāng)探頭接近缺陷點(diǎn)時(shí)，信號(hào)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(guān)，泄漏電流峰值越高，管道缺陷越大，而完好的管壁不會(huì)產(chǎn)生泄漏電流。

2 試驗(yàn)思路與現(xiàn)場實(shí)施

2.1 試驗(yàn)思路

試驗(yàn)思路及步驟如下：

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

（2）獨(dú)立開展聲吶檢測、電法測漏檢測（下稱“聲學(xué)組”）。在選定試驗(yàn)管段后，分別開展?jié)M水狀態(tài)下的實(shí)時(shí)成像聲吶檢測、水下斷面聲吶檢測和電法滲漏檢測。聲學(xué)組作業(yè)人員在管段滿水運(yùn)行狀態(tài)下分別采用水下無人潛航器搭載實(shí)時(shí)成像聲吶、水下水下斷面聲吶、電法測漏設(shè)備對(duì)管段開展缺陷檢測，獲取3組實(shí)測數(shù)據(jù)，包含：2組聲學(xué)檢測數(shù)據(jù)，1組電法測漏數(shù)據(jù)。完成檢測后，作業(yè)人員離開作業(yè)面，開展實(shí)測資料的獨(dú)立解析工作。

（3）獨(dú)立開展CCTV檢測工作（下稱“光學(xué)組”）。在聲學(xué)組離開作業(yè)面后，光學(xué)組作業(yè)人員進(jìn)場，對(duì)該管段上下游進(jìn)行封堵，并對(duì)上游來水進(jìn)行導(dǎo)排，之后采用清淤作業(yè)車抽空管內(nèi)積水，并將管內(nèi)水位穩(wěn)定控制在0.3 m以下，然后對(duì)試驗(yàn)管段進(jìn)行CCTV檢測，獲取1組光學(xué)檢測數(shù)據(jù)。完成檢測后，光學(xué)組離開作業(yè)面，開展實(shí)測資料的獨(dú)立解析工作。

（4）數(shù)據(jù)綜合分析。結(jié)合聲學(xué)組、光學(xué)組的實(shí)測資料和分析結(jié)果，評(píng)價(jià)“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)的準(zhǔn)確性和適用性。

3.2 現(xiàn)場實(shí)施

試驗(yàn)管段為深圳市某水質(zhì)凈化廠的進(jìn)廠干管“2A17WS00047-1HEWS1088管段”，該管段位于龍崗區(qū)鳳凰大道146號(hào)附近。試驗(yàn)管段長度約140 m，管道直徑DN1000，管材為HDPE雙壁波紋管道。試驗(yàn)時(shí)間為2020年3月30日。通過檢測管段兩端的檢查井水位發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)管段運(yùn)行水位介于0.8~1.2 m，判定管道處于滿管狀態(tài)。

3 檢測成果與分析

3.1 水下聲吶檢測成果與分析

試驗(yàn)管段長約140 m，試驗(yàn)進(jìn)行到第32段99~103 m處，檢測設(shè)備無法前行，終止試驗(yàn)。對(duì)0~103 m試驗(yàn)管段的水下聲吶（包含水下實(shí)時(shí)圖像聲吶和水下斷面聲吶）檢測結(jié)果進(jìn)行分段解析，詳見表3。經(jīng)水下斷面聲吶檢測，管內(nèi)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(tǒng)計(jì)表

3.2 電法測漏檢測成果與分析

試驗(yàn)管段的電法測漏檢測的典型結(jié)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(yàn)管段無明顯滲漏缺陷。

圖6 電法滲漏檢測實(shí)測典型截圖

3.3 CCTV檢測成果與分析

由管道CCTV檢測作業(yè)組完成比對(duì)試驗(yàn)干管段的封堵導(dǎo)排，將管內(nèi)水深降低至0.3 m以下，布設(shè)引導(dǎo)纜牽引浮筏式CCTV設(shè)備完成進(jìn)廠干管中游2A17WS00047-1HEWS1088管段缺陷檢測，獨(dú)立檢測形成成果統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 2A17WS 00047-1HEWS 1088管段CCTV復(fù)核成果統(tǒng)計(jì)表

3.4 一致性復(fù)核結(jié)果分析

通過對(duì)試驗(yàn)管段的實(shí)時(shí)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(dú)立解析，可以得到如下結(jié)論：

（1）水下實(shí)時(shí)成像聲吶識(shí)別到管內(nèi)33 m處，0803方向，存在異物穿入缺陷1處，但無法判定其材質(zhì)；水下斷面聲吶也在該位置識(shí)別到了頂部異常，但無法判讀其缺陷類型；經(jīng)管道CCTV復(fù)核，確認(rèn)管內(nèi)33 m處存在異物（暗管）橫穿3級(jí)缺陷，0803方向。通過比對(duì)，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(fù)核成果一致性良好。

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

（3）CCTV復(fù)核發(fā)現(xiàn)管內(nèi)56 m處，0507方向，存在異物穿入（鋼筋）缺陷，在水下實(shí)時(shí)聲吶實(shí)測數(shù)據(jù)中均未有效識(shí)別。

（4）水下實(shí)時(shí)成像聲吶識(shí)別到管內(nèi)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(shí)別到頂部變形異常；經(jīng)管道CCTV復(fù)核，確認(rèn)管內(nèi)106 m處存在頂部變形4級(jí)缺陷，0903方向。通過比對(duì)，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(fù)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(nèi)未見明顯滲漏異常，經(jīng)管道CCTV復(fù)核，確認(rèn)管內(nèi)未見明顯滲漏缺陷。通過比對(duì)，電法滲漏檢測解譯成果與管道CCTV復(fù)核成果一致性良好。

4 結(jié)論

（1）“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)可對(duì)滿水末端干管內(nèi)存在的主要結(jié)構(gòu)性缺陷（脫節(jié)、支管暗接、錯(cuò)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(jìn)行有效識(shí)別，最小目標(biāo)分辨能力為0.1 m，理論誤差為0.02 m。

（2）對(duì)于較小尺寸的異物穿入，“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)無法有效識(shí)別。

（3）對(duì)于穿入異物的材質(zhì)，“聲吶+電法測漏”組合技術(shù)無法識(shí)別，需要借助資料查詢、產(chǎn)權(quán)單位走訪、降水位后進(jìn)行CCTV檢測等方式予以確認(rèn)。