市政排水系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估與維修建議

李松勤

（深圳市水務(wù)工程檢測有限公司，深圳 518000）

0 引 言

市政排水系統(tǒng)是排除與處理城市雨污水的重要工程設(shè)施系統(tǒng)，主要由排水管道與污水處理廠構(gòu)成。現(xiàn)今，在實(shí)行雨污水分流的情況下，雨水通過雨水管道系統(tǒng)收集后，就近排入水體；污水由污水管道收集之污水處理子系統(tǒng)處理后，進(jìn)行回收利用或排入水體。市政排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響了城市的居住安全與水環(huán)境。本文以深圳市某區(qū)黑臭水體治理工程中，采用管道閉路電視（CCTV）檢測技術(shù)對其中某區(qū)域范圍內(nèi)的雨水、污水管道進(jìn)行檢測、分析、評估的過程與成果為例，說明了CCTV檢測技術(shù)用于管道檢測的有效性，并根據(jù)檢測結(jié)果對相應(yīng)的管道維修、養(yǎng)護(hù)提供了合理的建議。

1 管道檢測技術(shù)與評估方法

1.1 管道檢測技術(shù)概述

目前，常見的排水管道檢測技術(shù)主要包括：閉路電視檢測、聲納檢測、潛望鏡檢測超聲檢測[1]等。閉路電視檢測目前主要采用管道機(jī)器人進(jìn)行采集圖像，通過有線或無線傳輸，將管道內(nèi)壁的實(shí)時可視圖像回傳回檢測人員進(jìn)行檢測的方法；聲納檢測通過主動向水中發(fā)射聲波照射探測目標(biāo)，通過回波參數(shù)測定目標(biāo)參數(shù)，并采用顏色區(qū)分信號強(qiáng)弱，并標(biāo)識信號類型與反射面性質(zhì)；潛望鏡檢測類似于簡化版本的閉路電視檢測，但僅將攝像頭置于檢查井與管道交界處用于快速檢測。以上檢測技術(shù)各有特點(diǎn)。檢測技術(shù)對比表，見表1。

表1 檢測技術(shù)對比表

綜上，僅有閉路電視檢測技術(shù)能實(shí)時反應(yīng)管內(nèi)影像，雖有需要進(jìn)行管道預(yù)處理等問題，但其覆蓋大部分缺陷，是管內(nèi)檢測、詳查的首選技術(shù)[2]。

1.2 管道閉路電視（CCTV）檢測技術(shù)與檢測流程

閉路電視（CCTV）檢測技術(shù)，其檢測系統(tǒng)的基本設(shè)備包括以下部件：攝像機(jī)（主圖像傳感器）、距離檢測儀（判定走行距離）、照明系統(tǒng)（確保圖像亮度）、電源系統(tǒng)（有線或電池供電）、控制系統(tǒng)、爬行器（走行系統(tǒng)）等。通過控制機(jī)器人在管內(nèi)走行，將的實(shí)時影像進(jìn)行回傳，后進(jìn)行詳細(xì)的缺陷判別、分析與管道評估。檢測流程主要由4部分組成，分別為資料收集、現(xiàn)場踏勘、管道預(yù)處理、管道檢測[3-5]。

其中，資料收集目的是通過收集管道竣工圖與區(qū)域管線的分布資料，明確檢測管線基本資料，確定管線位置、檢查井位置等關(guān)鍵信息；現(xiàn)場踏勘目的是通過實(shí)地踏勘確定周邊場地的狀況，交通時間等因素，以確定適宜的檢測時間，并制定詳細(xì)的檢測方案；管道預(yù)處理是封堵、抽水、清淤等措施，使得管道內(nèi)水位＜0.2倍直徑且＜30cm，管道內(nèi)淤積＜20cm，保證CCTV檢測的實(shí)施條件；管道檢測為檢測的實(shí)施階段，通過控制帶攝像頭的機(jī)器人在管道內(nèi)走行，對管道內(nèi)存有的缺陷對其狀態(tài)、影像、位置進(jìn)行記錄并進(jìn)行回傳。

1.3 管道缺陷判定與評估概述

管道檢測完成后，得到各個管段影像數(shù)據(jù)資料。依據(jù)《城市排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱“規(guī)程”），采用軟件識別與人工識別對影像資料進(jìn)行解析，可對管道結(jié)構(gòu)缺陷，如破裂、變形、錯口、腐蝕、起伏、脫節(jié)、接口材料脫落、支管案接、異物穿入、滲漏；對功能性缺陷如沉積、結(jié)垢、障礙物、殘墻、壩根、樹根、浮渣等缺陷進(jìn)行判別。

首先根據(jù)缺陷性質(zhì)進(jìn)行分類，分為結(jié)構(gòu)性缺陷與功能性缺陷兩類構(gòu)成，而后針對各個具體缺陷類型，依據(jù)規(guī)程對其進(jìn)行缺陷等級判別，并根據(jù)等級進(jìn)行賦分。規(guī)程缺陷等級分類，見表2。

表2 缺陷等級分類表

對于某一管段，其狀況進(jìn)行評估時，其整體缺陷參數(shù)按如式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，Para為（結(jié)構(gòu)性/功能性）缺陷參數(shù)，State為狀態(tài)參數(shù)，Statemax為最高分?jǐn)?shù)（檢測管段單一缺陷）。規(guī)程根據(jù)缺陷間距，對缺陷分為兩類：獨(dú)立缺陷——間距＞1.5m；相互影響缺陷——間距＞1.0m且≤1.5m。根據(jù)以上分類，對缺陷平分分別計(jì)數(shù)進(jìn)行均值計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，n1、pi1為（獨(dú)立缺陷）數(shù)量與缺陷分值，n2、pi2為（相互影響缺陷）數(shù)量與分值，k為相互影響缺陷加權(quán)系數(shù)，加權(quán)值為1.1。通過式（1）～式（3）計(jì)算當(dāng)前檢測管段結(jié)構(gòu)性/功能性缺陷參數(shù)，缺陷評價表，見表3。并根據(jù)表（3）評價該檢測管段狀態(tài)。

表3 缺陷評價表

根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)性/功能性缺陷參數(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)，可分別得到管段修復(fù)等級RI、管段養(yǎng)護(hù)等級MI，為維修、改建與管道的養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況與設(shè)備選型

本次數(shù)據(jù)基于深圳市某區(qū)管道檢測項(xiàng)目，該次檢測管道總長約1011m，共計(jì)檢測56管段，所檢測管道結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土管與HDPE管，管徑分別為DN400與DN600。

2.2 檢測結(jié)果與分析

通過CCTV檢測，已檢管段中共發(fā)現(xiàn)7處輕微功能性缺陷、5處嚴(yán)重功能性缺陷； 14處輕微結(jié)構(gòu)性缺陷、53處中等結(jié)構(gòu)性缺陷、14處嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性缺陷與4處重大結(jié)構(gòu)性缺陷。根據(jù)檢測結(jié)果，缺陷進(jìn)行分類、分級統(tǒng)計(jì)。本次檢測中，功能性缺陷統(tǒng)計(jì)，見表4。主要功能性缺陷為沉積，占總體缺陷的83.3%，其中60%沉積較為輕微，40%沉積缺陷較為嚴(yán)重。由于不存在重大級別功能性缺陷，下文將以結(jié)構(gòu)性缺陷為主要討論對象。

表4 功能性缺陷統(tǒng)計(jì)表

本次檢測中，結(jié)構(gòu)性缺陷的分類、分級統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)表，見5。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，破裂缺陷為主要缺陷，總占比為57.6%，其中2級中等缺陷為34個，在破裂缺陷中占比為69.4%，總體占比為40.0%。錯口缺陷為次要缺陷，總占比為20.0%，其中2級中等缺陷為13個，在錯口缺陷中占比為76.5%，總體占比為15.3%。脫節(jié)缺陷總占比雖僅為2.4%，但均為4級重大缺陷，較為嚴(yán)重，在重大缺陷中占比達(dá)50%，不可忽視。其余變形缺陷、腐蝕缺陷、支管暗接缺陷、異物穿入、滲漏等缺陷總體輕微，且?guī)最惾毕莺嫌?jì)總占比僅為17.6%，且以1級～2級缺陷為主要構(gòu)成，在后續(xù)討論中將不作為重點(diǎn)[6-7]。

表5 結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)表

其中，結(jié)構(gòu)性缺陷中，主要缺陷（破裂缺陷）、次要缺陷（錯口缺陷）與其余較嚴(yán)重缺陷（脫節(jié)與異物穿入缺陷）。

針對結(jié)構(gòu)性缺陷中的主、次要缺陷進(jìn)行進(jìn)一步分析，影像中反映該類缺陷均為鋼筋混凝土材質(zhì)管節(jié)產(chǎn)生，其余HPDE材質(zhì)不檢出同類缺陷（破裂與錯口缺陷），這說明本區(qū)域內(nèi)，缺陷類型與管節(jié)材料密切相關(guān)。通過對鋼筋混凝土材料管節(jié)的缺陷密度與修復(fù)指數(shù)RI進(jìn)行計(jì)算并統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)圖，見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)圖

由圖1可知，鋼筋混凝土管的缺陷密度近乎平均分布，維修指數(shù)RI=1.4的管節(jié)占總?cè)毕莨芄?jié)數(shù)的43.75%，維修指數(shù)RI=3.95的管節(jié)占總?cè)毕莨芄?jié)數(shù)的25.00%。鋼筋混凝土管節(jié)顯示出明顯且廣泛的缺陷狀態(tài)，可能是由于以下原因?qū)е隆姆笤O(shè)時間上考慮，該區(qū)域鋼筋混凝土管道普遍較早敷設(shè)，使用年限較長，使用壽命不足；從管節(jié)制造上考慮，鋼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?qū)е碌纳a(chǎn)質(zhì)量安裝較差等問題，進(jìn)而導(dǎo)致以上普遍缺陷；從管道施工上考慮，可能由于運(yùn)輸、吊運(yùn)導(dǎo)致?lián)p壞或管道基礎(chǔ)、管道覆土不滿足規(guī)范要求等不規(guī)范施工導(dǎo)致普遍缺陷；從使用階段考慮，可能由于管道上方車輛荷載超標(biāo)，導(dǎo)致管道壓力超過設(shè)計(jì)冗余，進(jìn)而導(dǎo)致大范圍破裂[8]。

3.3 維修建議

根據(jù)缺陷參數(shù)、缺陷分布、管節(jié)參數(shù)計(jì)算修復(fù)指數(shù)RI與養(yǎng)護(hù)指數(shù)MI，管段修復(fù)、養(yǎng)護(hù)等級統(tǒng)計(jì)表，見表6。

表6 管段修復(fù)、養(yǎng)護(hù)等級統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)修復(fù)指數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示，4處結(jié)構(gòu)性重大缺陷，需要立即修復(fù)，29處需制定修復(fù)計(jì)劃。針對缺陷發(fā)展較為嚴(yán)重的鋼筋混凝土管節(jié)，建議針對性的修復(fù)[7-8]：對于破裂發(fā)展較為輕微的管節(jié)，玻璃纖維等修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)或采用注漿法對裂縫進(jìn)行封閉，避免裂紋拓展與內(nèi)部鋼筋進(jìn)一步銹蝕；對于破裂較嚴(yán)重的管節(jié)，建議綜合考慮埋設(shè)位置與周圍交通狀況，進(jìn)行針對性更換更高等級的管節(jié)或采取HDPE等新材質(zhì)管道；對于接口錯口嚴(yán)重處，建議采用開挖或內(nèi)襯鋼套筒等方式進(jìn)行修復(fù)；對于管道基礎(chǔ)出現(xiàn)破壞的區(qū)段，建議采用注漿等方式對地基進(jìn)行加強(qiáng)，或采用開挖后夯實(shí)重新敷設(shè)管節(jié)進(jìn)行處理；對于部分交通量較大道路下的破損環(huán)節(jié)，建議采用開挖后，增設(shè)方包等保護(hù)結(jié)構(gòu)等方式，加強(qiáng)管道結(jié)構(gòu)的保護(hù)，防止超限荷載導(dǎo)致的破壞。

根據(jù)養(yǎng)護(hù)指數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示，2處功能性缺陷需盡快處理，為沉積缺陷。建議采用以下方法進(jìn)行處理[9]：因根據(jù)CCTV檢測圖像對沉積物進(jìn)行分類辨識，根據(jù)沉積物類型選擇疏通技術(shù)；調(diào)查需疏通管道直徑與管節(jié)兩側(cè)檢查井埋深、尺寸規(guī)格，確定是否符合疏通技術(shù)的適用性；建議采用高壓射水+絞車疏通方法進(jìn)行處置，該方法清潔效果較好且適用范圍較廣。對于部分油脂性沉積，建議結(jié)合化學(xué)方法進(jìn)行綜合疏通。

4 結(jié) 論

文章基于對深圳市某區(qū)數(shù)段不同直徑、規(guī)格、材質(zhì)排水管道的CCTV檢測評估結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果揭示，排水管道系統(tǒng)存在85處結(jié)構(gòu)性缺陷與8處功能性缺陷，以鋼筋混凝土管道的破裂、錯口缺陷為主、次要結(jié)構(gòu)性缺陷，以管道沉積為主要功能性缺陷。其中，鋼筋混凝土管道在時間、制造、施工、運(yùn)營等多維度因素下發(fā)生了普遍性的結(jié)構(gòu)性破壞。針對其破壞原因進(jìn)行了詳細(xì)分析并針對不同情況提出了相應(yīng)的建議處置辦法：管道修補(bǔ)、開挖更換、基礎(chǔ)處置、套管修復(fù)、保護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。同時針對管道沉積缺陷提出了建議性的疏通方法，采用高壓射水+絞車疏通或結(jié)合化學(xué)處理方法進(jìn)行綜合治理。文章研究為管道檢測評估提供了工程實(shí)例為參照，同時為排水管道維修養(yǎng)護(hù)提供了可參考的工程經(jīng)驗(yàn)。