陈 勇，许传贝，王青峰，方建国，陶小飞

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

随着社会快速发展，城市人口不断增长，产生的废（污）水迅猛增加且未经处理或处理不达标即排入河道中，使河道水质受到严重污染，形成黑臭水体，部分污染物沉积在河道底部，形成黑臭淤泥[1]。宁德市中心城区南大塘排洪渠、东湖塘北港等水系为黑臭水体。为贯彻落实国家《水污染防治行动计划》（水十条）中“到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除的目标”，对宁德市中心城区水系进行综合治理十分必要[2]。

河道清淤技术和相应的探测方法在我国水利行业已经得到普遍的应用，但对于城市密集构筑物区黑臭暗涵的探测方法研究目前相对匮乏。本研究基于宁德市中心城区水系综合治理工程，深入探索密集构筑物区黑臭暗涵的探测方法，为城市密集构筑物区水环境治理提供方法支撑。

2 工程概况

宁德市中心城区水系综合治理工程位于宁德市蕉城区和东侨经济技术开发区，包括了3个流域片区，分别是：金涵片区、金港片区、铁基湾片区。水系由21条溪流组成，总长约72 km。受客观基础条件制约，目前中心城区污水管网尚不完善、终端污水处理能力不足、内河生态补水缺乏等问题，城区内坪塔溪、后岗溪、古溪、后山溪等暗涵段以及东湖塘北港段等尚未彻底清淤的河道，暗涵段总长度约6.4 km，其中南大塘排洪渠、东湖塘北港等水系为黑臭水体暗涵长4.8 km。

该工程暗涵长度大，埋深大，覆盖物复杂，周边分布城市道路及建筑物，暗涵内部空间有限，淤泥深度未知，检查井少，通风设施少，空气不易流通，照明困难，需要大量排水与封堵，水质达标要求高，暗涵探测困难。因此，开展城市密集构筑物区暗涵探测方法研究具有重要实际价值。

3 黑臭暗涵的探测方法

3.1 人工初步排查探测

在空间稍大通风良好且不存在有害气体的工作环境下，可以先通过人工依据图纸对施工区内暗涵管线检查井进行开井排查，并进行编号、拍照取证，初步确认排查探测范围。

3.2 管道潜望镜探测

3.2.1 工程所用设备介绍

管道潜望镜是一种以远程视频采集并进行回传分析为主要工作原理的检测设备，具备激光测距、视频变焦检查、无线传输等功能；同时配备了强光源和便携式电源以及伸缩杆，又称QV潜望镜[3]，伸长后可达6 m；也可配备爬行器（机器人），又称CCTV管道机器人[4]；且产品具有防水功能，可将设备送至所需工作位置，适用于检查井分布较密或有明确标示的暗渠。目前，已广泛应用于市政排水管道快速勘察，隧道涵洞内部空间状况检测等。

3.2.2 工程应用

在本工程中管道潜望镜应用于窨井、检修井、市政雨污水管网、暗涵及孔洞的探测。可通过检测画面直观地判定管道内部塌陷、堵塞、错位、非法插入、裂痕等各种缺陷状态，为河道清淤提供评估依据。有下列情形之一的应中止检测：①管道内充满雾气，影响图像质量；②其他原因影响到图像质量；③爬行器在管道内无法行走或推杆在管道内无法推进；④镜头沾有污物；⑤恶劣的天气状况影响。

工程中实际使用应根据人工排查的结果，确认重点排查范围，再通过QV潜望镜进一步确认。然后根据QV潜望镜检测结果，对于工作空间有限、通风不良或存在有害气体的暗涵通过CCTV管道机器人检测。设备及其工作环境如图1所示。

图1 CCTV管道机器人及其工作环境

3.2.3 评估方法及标准

CCTV管道检测的其中一项最重要的内容就是对影像数据信息的判读,具体包括确定管道内部缺陷种类、等级、位置表述和管道状态评估计算方法[5-6]。国内将管道缺陷分为结构缺陷和功能缺陷，结构缺陷主要与管道的物理状况、构造和损坏程度有关；功能缺陷与排水系统的状况是否达到服务的标准和排水能力要求，以及潜在的堵塞和水密性有关。

结构评估时管道运行状况系数用S表示，其数学表达式为：

式中:i为变量，取值1，2…n；L为被评估管道的总长度；Li为第i处缺陷纵向长度；Pi为第i处缺陷权重；n为结构缺陷总个数。

结构缺陷参数用F表示，其数学表达式为：

管道评估时，某段管道的状况是依据结构缺陷参数F，地区重要性参数K，管道重要性参数E、B和地质条件参数T来确定的，但每种参数所占的权重不一样。管道维修指数RI计算公式为：

功能评估时管道运行状况系统用Y表示，其数学表达式为：

式中：k为变量，取值1，2…n；L为被评估管道的总长度；Lk为第k处缺陷纵向长度；Pk为第k处缺陷权重；m为功能缺陷总个数。

功能缺陷参数用G标识，其数学表达式为:

管道维护指数MI计算公式为：

MI=0.8G+0.05K+0.05E+0.05B+0.05T

具体评估标准及建议见表1[7]。

表1 评估标准及建议

3.3 地质雷达探测

3.3.1 工程所用设备介绍

探地雷达（GPR）是一种新型的无损探测方法，探地雷达系统一般由主机、天线（包括发射天线和接收天线）和显示器组成，其工作原理是利用天线向地下发射电磁波，通过接收地下目标的反射回波，来实现对地下目标的探测和成像，分析雷达剖面中反射信号的振幅、相位、频率和双程走时等，对地下目标进行定位，分析其几何形态和物理性质，适用于检查井分布稀少或无检查井标示的暗渠以及全段封闭的暗渠。探地雷达具有快速、无损、不易受到干扰等优点，已广泛应用于土木工程检测和深空探测中[8]。

3.3.2 工程应用成果

探地雷达在本工程中的探测成果见表2。

表2 地质雷达探测成果

3.3.3 三维探地雷达介绍

常用的探地雷达扫描方式为横向扫描（B扫描），而三维探地雷达数据一般需通过C扫描方式获取，设定相邻测线的间距小于最小波长的四分之一，然后采集一系列测线相互平行的二维剖面，并将这些二维数据组合成三维数据。相比较传统地质雷达，三维地质雷达效率更高，其结果更加直观可靠，后期数据处理能力和准确性有明显提高[9]。

3.4 声呐探测仪探测

3.4.1 工程所用设备介绍

声呐探测仪是一种利用声波，通过电声转换和信息处理，完成水下探测的电子设备，有主动式和被动式两种类型。声呐检测法是将声呐置于暗涵管道内，进而测算其断面尺寸、形状，以及检测管内沉积物和凝结物等，且可以识别大于3 mm的开放型裂隙[10]。这种方法的缺点是声呐传感器需要通过线缆与位于地面的声呐处理系统相连，这就要求待测区域要有检修井，此外检测范围也会受到线缆长度的限制。

3.4.2 水下成像声呐设备介绍

水下声呐成像原位观测系统（双频识别声呐探测仪）能够主动发射两种频率的声波，声波遇到物体反射回来被探头接收，经声学成像系统的信号处理可以在显示屏上显示物体的影响[11]。该仪器可运用声频“镜头”在昏暗的水体中生成几乎等同于影像质量的图像，完全摆脱光线和浑浊对水下观测的影响，可用于暗涵管道调查等水下工程探测，最大工作深度可达300 m。

3.5 电位探测技术探测

电位探测技术是一种利用直流电供电装置在管涵上方地面布设探测电极，借助水的导电性来检测管涵周边电信号的方法[12]。当探测段不存在排口时，电信号保持平稳，而存在排口时会出现异常电信号，且越靠近排口，异常电位值越明显。该技术还可以判断管涵与周边检查井的连通性，通过导电性差异探测与上游相连的检查井。电位探测技术需要在管涵有水的状态下进行，而探测距离、管涵内环境等对探测结果影响不明显，但要求暗涵管道为非金属材质，该方法适用于检查井分布稀少或无检查井标示的暗渠。

3.6 人工最终确定探测

对于复杂暗涵管道采用其他探测方法有疑问的或不能探测清楚的暗涵管道，在足够工作空间的条件下可以采用人工方法如钎探、钻探或者开挖、下井等手段进行最后的探测来确定淤泥分布特征、分布长度、厚度及其主要组成物质。

（1）实际工程中首先要进行有限空间作业防护，箱涵内作业照明也要采用低压防爆照明灯具[13]。防护措施如图2所示。

图2 有限空间作业防护（左）、强制通风（中）、气体检测（右）

（2）强制通风，按照有限空间作业要求，空间风量不小于0.8 m/s或每小时换气20次[14]。

工程中采用开敞式进行持续通风，在作业过程中对气体浓度进行实时监测，合理安排单次短时作业时间。对暗河段合理开孔强制通风，气体检测合格后方可进入探测。根据暗涵管道横截面积，依据规范计算得出应在工作区间上游检查井口布置1台30 kW轴流式风机用于鼓风，下游布置1台30 kW轴流式风机用于排风。

（3）箱涵作业人员工作1h后必须上地面休息15 min以上再下箱涵继续施工作业。

作业人员进入箱涵前由监护人员检查各种设备是否穿戴整齐和正确。在箱涵作业时，作业监护人员不得少于2人，应与箱涵内作业人员保持实时联络通讯；作业人员在进入箱涵后，应先向作业监护人员报告本次作业点，最远位置距离，最近出口正常通行所需的时间；禁止未经过有限空间作业培训人员进入箱涵作业；从事有限空间危险作业的人员须佩戴安全帽、安全带及安全绳；有水时还要穿戴好下底服、皮衩、救生衣等。具体防护工作及探测结果如图3所示。

图3 防护工作及探测结果

4 结语

本研究以宁德市中心城区水系综合治理工程为例，探讨了城市密集构筑物区狭小作业空间下黑臭暗涵的探测方法，对于含有深厚淤泥的狭小黑臭暗涵一般应进行：①人工初步排查暗涵范围；②对于有明确出入口或检查井的暗涵，可以先采用QV潜望镜初步探测，再进行CCTV管道机器人视频探测；③对于出入口不明确、检查井稀少的暗涵，可以采用地质雷达或者声呐探测仪初步探测，必要时可以选择车载型三维探地雷达或者水下成像声呐探测；④对于全封闭的暗涵可以采用地质雷达、三维探地雷达或者人工钎探、钻探、开挖、下井等探测方法。实际工程中应根据地质条件、水文条件和社会经济情况合理选择综合性探测方法进行探测。