城市排水管網(wǎng)運(yùn)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(jì)南 250014)

0 引言

隨著我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)所取得的巨大成就,城市發(fā)展日新月異,一個(gè)城市光鮮亮麗的地上展示了社會(huì)發(fā)展的文明程度,一個(gè)城市的地下建設(shè)規(guī)模展示了建筑技術(shù)的先進(jìn)程度。生態(tài)文明的發(fā)展理念已經(jīng)能被寫入黨章,在城市發(fā)展過程中如何保護(hù)并弘揚(yáng)生態(tài)文明,是所有公民應(yīng)該思考的問題。城市地下排水管道經(jīng)過多年的運(yùn)營,難免傷痕累累,急需對其進(jìn)行全方位的“健康體檢”,在清淤創(chuàng)造了客觀環(huán)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(jī)器人進(jìn)行檢測,在300 mm管徑以下的可采用潛望鏡進(jìn)行探測,行進(jìn)過程中觀察并記錄管道實(shí)體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷判識(shí),并計(jì)算管道的修復(fù)指數(shù)和養(yǎng)護(hù)指數(shù),評估管道的綜合狀況。

本文以西安市某區(qū)的地下排水管網(wǎng)為工程背景,介紹了CCTV和QV管道檢測技術(shù)要點(diǎn)和現(xiàn)場情況,并根據(jù)相應(yīng)規(guī)范對所檢測管道進(jìn)行缺陷判讀分類及統(tǒng)計(jì)分級,在此基礎(chǔ)上采用加權(quán)評分法進(jìn)行定量評級。

1 設(shè)備簡介及檢測原理

1.1 CCTV管道機(jī)器人

CCTV管道檢測機(jī)器人包括移動(dòng)式錄像機(jī)、電纜線收放盤和操控主機(jī)、其中移動(dòng)式錄像機(jī)是多輪驅(qū)動(dòng),可根據(jù)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(jī)實(shí)現(xiàn)對管徑300 mm以上任意管材的管道進(jìn)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(jī),由中繼器、收放桿、攝像機(jī)和主機(jī)組成,其中中繼器是連接主機(jī)和攝像機(jī)的橋梁,通過它,主機(jī)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(yīng)不同深度的檢查井檢測,攝像機(jī)是具有小量程變向的高清攝像機(jī),配備有激光測距功能,以及充氣除霧功能,主機(jī)一般采用平板控制,實(shí)現(xiàn)所有既定信息的采集和存儲(chǔ)。

1.3 數(shù)據(jù)判識(shí)

基于海量的檢測視頻數(shù)據(jù),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(yè)研發(fā)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(dòng)生成報(bào)告的功能,極大地提高了工作效率,統(tǒng)一了行業(yè)路徑,為管道檢測優(yōu)化了作業(yè)通道,規(guī)范了文件模板。

2 檢測流程及重難點(diǎn)

2.1 檢測流程

基于管道運(yùn)營過程中的淤堵沉積現(xiàn)狀,以及人為損壞填充的主觀行為,檢查井管道機(jī)器人或者潛望鏡下井之前,應(yīng)對檢查井及待測管道進(jìn)行清理清洗,以創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境,并保證管道內(nèi)的殘存水位符合現(xiàn)行規(guī)范要求,對于市區(qū)內(nèi)的污水管道,如果上游水流不間斷且水位超過規(guī)范限值,則可采取封堵氣囊的方式進(jìn)行短暫封堵,封堵過程中要對上游水位進(jìn)行監(jiān)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(diǎn)分析

1)井室尺寸小于管道機(jī)器人。個(gè)別井室尺寸較小,機(jī)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(jī)器人的井室距離該管段的長度,結(jié)合機(jī)器人最大檢測距離,是否能夠一次性通過各個(gè)管段,如果無法解決問題,則需擴(kuò)井。

2)上游水流太大。氣囊封堵的允許時(shí)間小于機(jī)器人作業(yè)管段檢測時(shí)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(jìn)行帶水作業(yè),水深不能超過規(guī)范規(guī)定的最大深度[3]。

3)管段出現(xiàn)內(nèi)部嚴(yán)重起伏。個(gè)別管段內(nèi)起伏嚴(yán)重,機(jī)器人通過性較差,可采用對向檢測,或通過鏡頭調(diào)焦、縮放功能,對前方進(jìn)行探視,并做好記錄。

4)機(jī)器人側(cè)翻。通常在清淤質(zhì)量較差的情況下,在高速前進(jìn)時(shí),機(jī)器人容易發(fā)生側(cè)翻,如果遇到這種情況,針對不同品牌的機(jī)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(jìn)人時(shí),下井慢慢拖拽電纜線。

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

3 檢測作業(yè)實(shí)踐

3.1 工程概況

本道路位于西安市某區(qū),道路走向?yàn)闁|西走向,沿道路北側(cè)布設(shè)一條合流管道,管徑為DN600,管材為HDPE管,路側(cè)支管為DN300的HDPE管,該側(cè)多為居民小區(qū)和個(gè)體商戶及綜合性商場。

路南側(cè)敷設(shè)一條雨水管道,管徑為DN1 200,處于管道下游,經(jīng)該路排入河流,管材為鋼筋混凝土材質(zhì),連接路面雨篦收水口,該路側(cè)多為企業(yè)事業(yè)單位和施工場地,內(nèi)部污水流入南側(cè)道路。

3.2 典型缺陷解析

1)正常管段。通常正常管段材質(zhì)清晰,管壁平整無結(jié)垢、露筋、腐蝕、滲漏等現(xiàn)象,管段之間連接良好,無接口材料脫落、脫節(jié)、起伏、錯(cuò)口,管道內(nèi)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(xiàn)行規(guī)范中給出了相應(yīng)缺陷的典型定義圖,根據(jù)本次檢測中出現(xiàn)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(biāo)[4-5]。

表1 典型缺陷解析

3.3 檢測數(shù)據(jù)分析

圖2為本條路排水管道按缺陷等級統(tǒng)計(jì)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(jié)構(gòu)性缺陷中,1級缺陷中起伏較為普遍,2級缺陷較少,其中錯(cuò)口最多為6處,3級缺分布最多,其中錯(cuò)口、樹根、腐蝕、結(jié)垢均超過10處,4級缺陷累計(jì)共6處,其中包含4處破裂。

不同等級缺陷的數(shù)量排名較為分散,但總體來看,該路管道基本沒有出現(xiàn)變形,這與其管材有關(guān),高密度聚乙烯管材和鋼筋混凝土管材具有較強(qiáng)的抗變形性能,殘墻共計(jì)1處,表明閉水試驗(yàn)有瑕疵,起伏只存在1級,表明管路發(fā)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(zhì)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(shù)量累計(jì)值統(tǒng)計(jì)雷達(dá)圖,其中結(jié)構(gòu)、腐蝕、錯(cuò)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(jié)構(gòu)性缺陷的占比分布分別為35%和65%,可見管道的結(jié)構(gòu)性缺陷相對較為嚴(yán)重,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)性缺陷的分布、級別計(jì)算其修復(fù)指數(shù),制定修復(fù)計(jì)劃[8]。

3.4 管道狀況評估

根據(jù)CJJ 181行標(biāo)規(guī)定[9],管道結(jié)構(gòu)狀況是由管段修復(fù)指數(shù)定量評價(jià),管道功能狀況是由管段養(yǎng)護(hù)指數(shù)定量評價(jià),并且受地區(qū)重要性參數(shù)和管道重要性參數(shù)加權(quán),其中管道結(jié)構(gòu)性狀況還受土質(zhì)影響,而管道內(nèi)部功能則與外部土質(zhì)無關(guān)。

1)結(jié)構(gòu)性狀況評估。管段修復(fù)指數(shù)應(yīng)按式(1)計(jì)算:

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T

(1)

其中,RI為管段修復(fù)指數(shù);F為管段結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù);K為地區(qū)重要性參數(shù);E為管道重要性參數(shù);T為土質(zhì)影響參數(shù)。

通過對該路管道檢測結(jié)果進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)得到各管段的結(jié)構(gòu)性。

2)功能性狀況評估。管段養(yǎng)護(hù)指數(shù)應(yīng)按式(2)計(jì)算:

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E

(2)

其中,MI為管段養(yǎng)護(hù)指數(shù);G為管段功能性缺陷參數(shù)。

3)計(jì)算結(jié)果分析。對31段雨水進(jìn)行了缺陷判識(shí),結(jié)果表明,該管道區(qū)間累計(jì)有58處結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性劣損已經(jīng)較為嚴(yán)重;同時(shí)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(fù)指數(shù)為三級,結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)可能會(huì)發(fā)生破壞,應(yīng)盡快修復(fù);有22段管道的養(yǎng)護(hù)指數(shù)為三級,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考慮,應(yīng)盡快處理。

對58段污水進(jìn)行了缺陷判識(shí),結(jié)果表明,該管道區(qū)間累計(jì)有332處結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性劣損以1級和2級為主;同時(shí)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(fù)指數(shù)為二級,結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生破壞,應(yīng)制定修復(fù)計(jì)劃;有6段管道的養(yǎng)護(hù)指數(shù)為三級,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考慮,應(yīng)盡快處理。

對55段道路支管進(jìn)行了缺陷判識(shí),結(jié)果表明,該管道區(qū)間累計(jì)有37處結(jié)構(gòu)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?？芍涔芏蔚慕Y(jié)構(gòu)性劣損已經(jīng)較輕;同時(shí)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(yǎng)護(hù)指數(shù)為二級,結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)可能會(huì)發(fā)生破壞,應(yīng)盡快修復(fù);有22段管道的養(yǎng)護(hù)指數(shù)為三級,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考慮,應(yīng)盡快處理。

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

1)以西安市某區(qū)的地下排水管網(wǎng)為工程背景,介紹了CCTV和QV管道檢測技術(shù)要點(diǎn)和現(xiàn)場情況,并根據(jù)相應(yīng)規(guī)范對所檢測管道進(jìn)行缺陷判讀分類及統(tǒng)計(jì)分級,在此基礎(chǔ)上采用加權(quán)評分法進(jìn)行定量評級。

2)該區(qū)某路所敷設(shè)有合流管道、雨水管道以及相應(yīng)排水戶接入市政的支管,共計(jì)缺陷157處,其中結(jié)構(gòu)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(fù)指數(shù)為3.85,最大養(yǎng)護(hù)指數(shù)為4.9,最大缺陷密度為0.69。

3)結(jié)構(gòu)狀況受到影響結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生破壞現(xiàn)象,但應(yīng)對相關(guān)管段做修復(fù)計(jì)劃,(部分或整體缺陷)管道過流受阻比較嚴(yán)重,運(yùn)行受到明顯影響根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考慮,應(yīng)盡快處理。

4.2 前景展望

1)針對大量的檢測數(shù)據(jù),人工判讀主觀性強(qiáng),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(shù)做一定的嘗試研究,基于改進(jìn)目標(biāo)檢測算法,利用工程實(shí)踐獲取的大量管道檢測原始數(shù)據(jù),構(gòu)建管道結(jié)構(gòu)及功能性缺陷訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫及異常體檢測智能決策模型,實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器識(shí)別的排水管道缺陷自動(dòng)識(shí)別。

2)當(dāng)下無論是管道機(jī)器人還是管道潛望鏡,在管道內(nèi)與地面溫差較大的情況下,管道內(nèi)的霧氣太大影響視頻質(zhì)量,嘗試在爬行器或潛望鏡的鏡頭安裝鼓風(fēng)設(shè)備或者加強(qiáng)除霧功能,更好適應(yīng)環(huán)境溫差變化,也是提高人機(jī)交互性的改善措施。

3)目前管道機(jī)器人主要是以管段為檢測單元,利用電纜線控制前進(jìn)距離,如何實(shí)現(xiàn)以道路為檢測單元,采用大動(dòng)力無線爬行器,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位功能,應(yīng)該成為行業(yè)發(fā)展的趨勢和研發(fā)人員的攻關(guān)方向。