城市排水管网运行状况检测与评估分析.pdf

：城市排水管网运行状况检测与评估分析收稿日期：基金项目：山东省 年技术创新项目（）作者简介：王文宾（），男，工程师，从事工程质量检测和地下工程病害检测治理工作王文宾（铁正检测科技有限公司，山东 济南 ）摘要：地下排水管网既是城镇居民生活的保障线，也是城市运行的生命线，地下排水管网的好坏直接影响居民生活质量和城镇市容市貌。针对目前国内城市地下管网病害缺陷问题，以西安市某区的地下排水管网为工程背景，介绍了 和 管道检测技术要点和现场情况，并根据相应规范对所检测管道进行缺陷判读分类及统计分级，在此基础上采用加权评分法进行定量评级。检测结果表明：该区某路所敷设有合流管道、雨水管道以及相应排水户接入市政的支管，共计缺陷 处，其中结构性缺陷和功能共性缺陷占比分别为 和 ，主管道最大修复指数为 ，最大养护指数为 ，最大缺陷密度为 ，结构状况受到影响结构在短期内不会发生破坏现象，但应对相关管段做修复计划，（部分或整体缺陷）管道过流受阻比较严重，运行受到明显影响根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理。关键词：地下排水管网；结构性；功能性；评估中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着我国社会主义现代化建设所取得的巨大成就，城市发展日新月异，一个城市光鲜亮丽的地上展示了社会发展的文明程度，一个城市的地下建设规模展示了建筑技术的先进程度。生态文明的发展理念已经能被写入党章，在城市发展过程中如何保护并弘扬生态文明，是所有公民应该思考的问题。城市地下排水管道经过多年的运营，难免伤痕累累，急需对其进行全方位的“健康体检”，在清淤创造了客观环境，排查赋予了检测线路之后，在 管径以上的管道中采用管道机器人进行检测，在 管径以下的可采用潜望镜进行探测，行进过程中观察并记录管道实体结构现状，并根据现行规范进行结构性缺陷和功能性缺陷判识，并计算管道的修复指数和养护指数，评估管道的综合状况。本文以西安市某区的地下排水管网为工程背景，介绍了 和 管道检测技术要点和现场情况，并根据相应规范对所检测管道进行缺陷判读分类及统计分级，在此基础上采用加权评分法进行定量评级。设备简介及检测原理 管道机器人 管道检测机器人包括移动式录像机、电缆线收放盘和操控主机、其中移动式录像机是多轮驱动，可根据管径大小更换不同轮胎，带升降功能的摄像头，摄像头可以通过操控主机实现对管径 以上任意管材的管道进行 无死角高清拍摄 。管道潜望镜 管道潜望镜是一种手提式的摄像机，由中继器、收放杆、摄像机和主机组成，其中中继器是连接主机和摄像机的桥梁，通过它，主机可以控制摄像头的指向位置和接受其视频信息，收放杆可以适应不同深度的检查井检测，摄像机是具有小量程变向的高清摄像机，配备有激光测距功能，以及充气除雾功能，主机一般采用平板控制，实现所有既定信息的采集和存储。数据判识基于海量的检测视频数据，采用视频软件逐秒回放，逐一截图无疑是事倍功半的处理方式，为此，行业研发了管道视频判读软件，并具有变速回放、一键截屏、缺陷定性定量、判读痕迹和自动生成报告的功能，极大地提高了工作效率，统一了行业路径，为管道检测优化了作业通道，规范了文件模板。检测流程及重难点 检测流程基于管道运营过程中的淤堵沉积现状，以及人为损坏填充的主观行为，检查井管道机器人或者潜望镜下井之前，应对检查井及待测管道进行清理清洗，以创造良好的作业环境，并保证管道内的残存水位符合现行规范要求，对于市区内的污水管道，如果上游水流不间断且水位超过规范限值，则可采取封堵气囊的方式进行短暂封堵，封堵过程中要对上游水位进行监控，以防水流溢出。其具体检测流程如图 所示。检测重难点分析）井室尺寸小于管道机器人。个别井室尺寸较小，机器人无法下放，前后井室均是同一尺寸，遇到这种情况，观察能下放机器人的井室距离该管段的长度，结合机器人最大检测距离，是否能够一次性通过各个管段，如果无法解决问题，则需扩井。第 卷 第 期年 月 山西建筑?）上游水流太大。气囊封堵的允许时间小于机器人作业管段检测时间，遇到这种情况，一般是分段检测，两头对向检测，如果还难以满足上游积水问题，则要进行带水作业，水深不能超过规范规定的最大深度 。）管段出现内部严重起伏。个别管段内起伏严重，机器人通过性较差，可采用对向检测，或通过镜头调焦、缩放功能，对前方进行探视，并做好记录。）机器人侧翻。通常在清淤质量较差的情况下，在高速前进时，机器人容易发生侧翻，如果遇到这种情况，针对不同品牌的机器人不同轮径采取不同的救援方法，建议在能下人的条件下，人工扶正，不能进人时，下井慢慢拖拽电缆线。）电缆线划伤。在机器人检测过程中，各种原因造成电缆线划伤情形，现场遇到此种情况时，建议用防水绝缘材料修补，注意修补厚度，避免收线受阻，在满足现场作业条件下，返厂维修。检测作业实践 工程概况本道路位于西安市某区，道路走向为东西走向，沿道路北侧布设一条合流管道，管径为 ，管材为 管，路侧支管为 的 管，该侧多为居民小区和个体商户及综合性商场。路南侧敷设一条雨水管道，管径为 ，处于管道下游，经该路排入河流，管材为钢筋混凝土材质，连接路面雨篦收水口，该路侧多为企业事业单位和施工场地，内部污水流入南侧道路。典型缺陷解析）正常管段。通常正常管段材质清晰，管壁平整无结垢、露筋、腐蚀、渗漏等现象，管段之间连接良好，无接口材料脱落、脱节、起伏、错口，管道内部无不明支管接入，无树根穿入，过水面积完整，管底无杂物，柔性管道无变形，刚性管道无裂缝。）缺陷管段。现行规范中给出了相应缺陷的典型定义图，根据本次检测中出现频率较高的几种缺陷分列于表 中，并阐述其特征、原因及分级指标 。表 典型缺陷解析缺陷名称特征形成原因分级指标腐蚀局部表层脱落或大面积表层脱落，管道内部钢筋外露，发生位置具有随机性，属于结构范畴管道内部水质组成及潮湿环境下，以及管道材料因素，致使管壁表层脱落、发展至露筋，钢筋在内部环境中发生化学作用根据管材脱落深度，所暴露骨料及钢筋的严重程度分为 级树根在管节连接处分布或偶见单支植物根系或簇状根系，分布位置具有随机性，属于功能范畴管道上方道路绿化带的植被根系发育，在管节连接出现不严密情况下，通过缝隙顶入管道，并继续生长风险根据根系对管道过水面积的影响程度分为 级异物穿入斜交或横亘在管道内部，分布一般是横向贯穿，少见竖向贯穿，属于功能范畴人为敷设地下管线或管道经过该平面位置，在该埋深与已存在的管道产生了空间关系根据异物对管道过水面积的影响程度分为 级残墙、坝根在管道内部，横亘在管道横截面位置的墙体，一般残缺不全，墙根一般在管道底部，顶部较为少见，属于功能范畴管道建成后的验收试验残留的辅助设施根据坝根对管道过水面积的影响程度分为 级起伏在管节位置，相邻两个管段出现的竖向相对位移，如果产生横向位移则为错口，属于结构范畴管道基础不均匀沉降、管节连接材料不足以约束两管段在同一水平时，会产生不同程度的起伏根据两管段竖向相对位移与管径的比值大小分为 级脱节在相邻管段连接处，两个管段产生纵向位移，之间出现了环向均匀缝隙，脱口材料丢失或者损坏，从大面看，呈全月型，属于结构范畴管道接口材料脱落或者施工质量不合格导致相邻两个管段连接处不密贴，致使内水外漏，外土流失，产生其他相关病害根据两管段相对位移的大小分为 级破裂在非管段连接处，管壁表面出现的环向、纵向等其他走向的裂缝，不包含表面微裂缝，属于结构范畴管道在上覆土自重和道路行车荷载的反复作用下，在管道自身材料长久老化下导致承载力不足而发生开裂，并持续发展根据破裂的严重程度分为 级结垢附着在管道内壁上的块状或片状的堆积物，属于功能范畴管道内部水体中的杂质，尤其是黏稠物体以及易硬化的物质在特殊环境下，发生物理或化学反应在管壁堆积，并随时间变化根据结垢体对管道过水面积的影响程度分为 级 检测数据分析图 为本条路排水管道按缺陷等级统计的分布情况。在该条路的管道中，所检测到的功能性缺陷和结构性缺陷中，级缺陷中起伏较为普遍，级缺陷较少，其中错口最多为 处，级缺分布最多，其中错口、树根、腐蚀、结垢均超过 处，级缺陷累计共 处，其中包含处破裂。不同等级缺陷的数量排名较为分散，但总体来看，该路管道基本没有出现变形，这与其管材有关，高密度聚乙烯管材和钢筋混凝土管材具有较强的抗变形性能，残墙共计 处，表明闭水试验有瑕疵，起伏只存在 级，表明管路发生局部不均匀沉降 。图 所示为不同类型管道的缺陷分布占比，其中主管道占比 ，雨水管道缺陷暴露量是污水管道的倍，第 卷 第 期年 月 王文宾：城市排水管网运行状况检测与评估分析表明了雨水管道管道材质及管路畅通性较差，相比而言，污水管道状况较好。?图 所示为各缺陷数量累计值统计雷达图，其中结构、腐蚀、错口、破裂较为普遍，浮渣、坝根、渗漏、变形基本没有分布在本道路管道中。图 所示功能性缺陷和结构性缺陷的占比分布分别为 和 ，可见管道的结构性缺陷相对较为严重，应根据结构性缺陷的分布、级别计算其修复指数，制定修复计划 。管道状况评估根据 行标规定 ，管道结构状况是由管段修复指数定量评价，管道功能状况是由管段养护指数定量评价，并且受地区重要性参数和管道重要性参数加权，其中管道结构性状况还受土质影响，而管道内部功能则与外部土质无关。?）结构性状况评估。管段修复指数应按式（）计算：（）其中，为管段修复指数；为管段结构性缺陷参数；为地区重要性参数；为管道重要性参数；为土质影响参数。通过对该路管道检测结果进行计算统计得到各管段的结构性。）功能性状况评估。管段养护指数应按式（）计算：（）其中，为管段养护指数；为管段功能性缺陷参数。）计算结果分析。对 段雨水进行了缺陷判识，结果表明，该管道区间累计有 处结构性缺陷，不同等级的分布趋势分别为：级 处，级 处，级 处，可知其管段的结构性劣损已经较为严重；同时该管段存在 处功能性缺陷，不同 等级 的 分 布趋 势分 别 为：级 处，级 处，级 处，通过图 所示，有 段管道的修复指数为三级，结构在短期内可能会发生破坏，应尽快修复；有 段管道的养护指数为三级，根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理。对 段污水进行了缺陷判识，结果表明，该管道区间累计有 处结构性缺陷，不同等级的分布趋势分别为：级 处，级 处，级 处，可知其管段的结构性劣损以 级和 级为主；同时该管段存在 处功能性缺陷，不同等级的分布趋势分别为：级 处，级 处，级 处，级 处，通过图 所示，有 段管道的修复指数为二级，结构在短期内不会发生破坏，应制定第 卷 第 期年 月山西建筑?修复计划；有 段管道的养护指数为三级，根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理。?对 段道路支管进行了缺陷判识，结果表明，该管道区间累计有 处结构性缺陷，不同等级的分布趋势分别为：级 处，级 处，级 处，级 处。可知其管段的结构性劣损已经较轻；同时该管段存在 处功能性缺陷，不同等级的分布趋势分别为：级 处，级处，级 处，级 处，通过图 所示，有 段管道的养护指数为二级，结构在短期内可能会发生破坏，应尽快修复；有 段管道的养护指数为三级，根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理。结论及展望 结论）以西安市某区的地下排水管网为工程背景，介绍了 和 管道检测技术要点和现场情况，并根据相应规范对所检测管道进行缺陷判读分类及统计分级，在此基础上采用加权评分法进行定量评级。）该区某路所敷设有合流管道、雨水管道以及相应排水户接入市政的支管，共计缺陷 处，其中结构性缺陷和功能共性缺陷占比分别为 和 ，主管道最大修复指?数为 ，最大养护指数为 ，最大缺陷密度为 。）结构状况受到影响结构在短期内不会发生破坏现象，但应对相关管段做修复计划，（部分或整体缺陷）管道过流受阻比较严重，运行受到明显影响根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理。前景展望）针对大量的检测数据，人工判读主观性强，判读过程漫长枯燥容易使人疲劳，存在误判、速度慢、精度低，效率低等。基于人工智能技术做一定的尝试研究，基于改进目标检测算法，利用工程实践获取的大量管道检测原始数据，构建管道结构及功能性缺陷训练数据库及异常体检测智能决策模型，实现基于机器识别的排水管道缺陷自动识别。）当下无论是管道机器人还是管道潜望镜，在管道内与地面温差较大的情况下，管道内的雾气太大影响视频质量，尝试在爬行器或潜望镜的镜头安装鼓风设备或者加强除雾功能，更好适应环境温差变化，也是提高人机交互性的改善措施。）目前管道机器人主要是以管段为检测单元，利用电缆线控制前进距离，如何实现以道路为检测单元，采用大动力无线爬行器，实现自动定位功能，应该成为行业发展的趋势和研发人员的攻关方向。参考文献：郑瑞东 上海市排水管道 检测评价技术研究 上海：同济大学，税广通，祁作栋，张伟，等 西宁市某排水管道 检测与评估分析 给水排水，（）：李若晗 城市污水管道检测、评价与影响因素研究 北京：清华大学，孟宪翠，黄翔，王莎莎，等 柳州市区某截污管道 检测与修复实践 给水排水，（）：肖倩，王俊然，陈辉，等 深圳市某片区排水管道 检测评估与修复方案 给水排水，第 卷 第 期年 月 王文宾：城市排水管网运行状况检测与评估分析 ，（）：许州，王天宇，杨善，等 用于成都市锦兴路排水管道检测与评估 中国给水排水，（）：雷芳芳 技术在福州市排水管道检测中的应用研究 给水排水，（增刊 ）：陈松，李天剑，王会香，等 排水管道机器人综述 机器人技术与应用，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部 城镇排水管道检测与评估技术规程：北京：中国建筑工业出版社，（，）：，（）：；櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 （上接第 页），（，）：，“”，“”，（），“”：；第 卷 第 期年 月山西建筑