李松勤

(深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518000)

城市排水管道系统包括雨水、污水排水管道系统，是重要的城市基础设施，作为“城市的血管”，其运行状态关乎城市的居住环境安全。由于我国排水管网的建设过程中，存在着诸如系统性规划缺失、施工质量参差不齐等问题，并且排水管道的施工质量与日常的维护保养工作中往往容易存在缺漏，导致管道网络出现结构性与功能性缺陷的问题，进一步影响管道排水系统的结构状态与正常使用功能，导致大量的黑臭水体直排河道或渗出，极大地影响了城市风貌与水环境安全，严重危害了人民群众的身心健康。由此可见，管道排水系统的健康是城市黑臭水体治理的基石，且管道检测是管道系统维修、改建、养护的重要依据，因而对于现存管道的检测是十分必要的。本文以某区域管道检测评估为例，采用管道闭路电视检测技术对某区域既有城市雨水、污水管道系统进行检测、分析与评估。

1 管道检测技术及设备

1.1 管道闭路电视检测技术

目前，随着城市黑臭水体治理工程的广泛实施，管道检测技术与设备及其配套软件发展迅猛，其各项关键技术指标均得到明显加强，有效地提升了管道检测工作的工效与准确率。常见的内窥式检测技术主要有闭路电视检查(CCTV)、潜望镜检查(QV)、声纳检查(SI)、激光检测等。其中，闭路电视(CCTV)检测技术，以其能直接记录管道内部的真实情况，并直观反映缺陷位置、状态等优势，且适用于管道详查、普查、验收与修复等项目，因而受到广泛应用。CCTV检测系统的基本设备包括：摄像机、长度测量仪(传感器)、灯光照明系统、电源系统、控制系统、爬行器等部件。通过控制带摄像头的机器人在管道内走行，将管道内的实时影像进行回传[1]，进而采用软件识别与人工识别对影像资料进行解析，可对管道结构缺陷，如破裂、变形、错口、腐蚀、起伏、脱节、接口材料脱落、支管案接、异物穿入、渗漏等缺陷进行判别；对功能性缺陷，如沉积、结垢、障碍物、残墙、坝根、树根、浮渣等缺陷进行判别。

1.2 管道CCTV检测流程

管道内窥镜检测流程主要由4部分组成，分别是资料收集、现场踏勘、管道预处理、管道检测[1- 3]。资料收集旨在手机管道竣工图与区域管线的分布资料；现场踏勘周边场地的状况与检查井定位，进而制定监测方案与确定合适的检测时间；通过对管内淤积情况与水位进行判别，通过风度、高压水射流清淤与抽水等措施，使得管道内水位小于0.2倍直径且小于30cm，管道内淤积小于20cm[4- 5]，在保证经济性的前提下，保障管道机器人走行的通畅，与管道内缺陷的可检测性；管道检测为检测的实施阶段，通过控制带摄像头的机器人在管道内走行，对管道内存有的缺陷对其状态、影像、位置进行记录并进行回传，后通过人员、算法判别解析回传图像，确定管道内实际状态并明确缺陷，判别其类型、位置与级别。其检测流程图如图1所示。

图1 CCTV检测流程图

2 管道评估方法

2.1 管道缺陷判定与评估概述[4- 6]

管道检测完成后，得到各个管段影像数据资料。依据CJJ 181—2012《城市排水管道检测与评估技术规程》(以下简称“规程”)，对各个管道缺陷进行人工判别或采用计算机算法进行判别并辅助以人工校验。

首先根据缺陷性质进行分类，分为结构性缺陷与功能性缺陷两类构成，而后针对各个具体缺陷类型，依据规程对其进行缺陷等级判别，并根据等级进行赋分。规程缺陷等级分类见表1，将缺陷程度分为轻微、中等、严重、重大4类缺陷。对应等级赋分值最大为10分，其中部分缺陷类型最严重级别为3级，严重缺陷，赋分值为5分。

规程对于单个缺陷的纵向尺寸约定为最小为1m。当两个相邻缺陷的纵向间距大于1.5m时，视为独立缺陷；当纵向间距大于1m且不大于1.5m时，视为相互影响缺陷，对其赋予影响系数；当纵向间距小于1m时，将之视为一个缺陷，并对缺陷程度赋分值进行加和，且加和值不大于最大分值10分。

表1 缺陷等级分类表

对于某一管段，其状况进行评估时，其整体缺陷参数按如下公式进行计算：

(1)

式中，M—某管段的结构性缺陷参数或功能性缺陷参数;S—该管段的状态参数;Smax—单个缺陷的最大分值。

对管段内缺陷根据间距分为间距大于1.5m的独立缺陷与间距大于1m且不大于1.5m的相互影响缺陷两种缺陷分别计数进行均值计算，如式(2)。

(2)

Smax=max{Pi}

(3)

式中，n1—独立缺陷数量;Pi1—各个独立缺陷赋分;n2—相互影响缺陷数量;Pi2—各个相互影响缺陷赋分;k—相互影响系数，一般取1.1。

以上，可计算得到各个检测管段的缺陷参数，并据此评价该检测管段状态，见表2，Ⅰ-Ⅳ级分别表示管段不同程度的缺陷等级。

表2 缺陷评价表

2.2 结构性状况评估方法

通过影像判别，针对检测中分类为结构性缺陷的管段，通过式(1)—式(3)计算结构性缺陷参数，并依据规程，综合结构性缺陷因素、地区重要性因素、管道重要性因素土质等参数，得到管段修复等级RI，为维修、改建提供科学依据。

2.3 功能性状况评估方法

针对检测中分类为功能性缺陷的管段，通过式(1)—式(3)计算结构性缺陷参数，并依据规程，综合功能性缺陷因素、地区重要度因素、管道重要性因素，得到管段养护等级MI，为管道的养护提供数据支撑。

3 工程实例分析

3.1 工程概况与设备选型

本项目位于深圳市某区，检测管道总长1011m，共计56管段，管材设计种类为钢筋混凝土管、HDPE，检测管径为DN300、DN400、DN600。本次管道CCTV检测采用中仪X5-HQ综合CCTV管道内窥检测系统，主要包括HPX1-U爬行车、HCTV旋转摄像头、有线控制盒、X5-HQ自动卷线盘等。

3.2 检测结果

根据CCTV检测结果，对管道结构性缺陷、功能性缺陷进行统计。结果见表3。

表3 功能性缺陷统计表

通过CCTV检测，已检管段中发现7处1级(轻微)功能性缺陷、5处3级(严重)功能性缺陷。已检管段中发现14处1级(轻微)结构性缺陷、53处2级(中等)结构性缺陷、14处3级(严重)结构性缺陷、4处4级(重大)结构性缺陷,见表4。

表4 结构性缺陷统计表

本次检测中，各类型典型缺陷图像如图2—3所示。

根据以上工程检测结果，对已检测管段进行修复等级与养护等级计算，按修复等级与养护等级进行分类统计，得到检测管段修复等级分类表，见表5—6。结果表明，检测管段存有4处结构存在重大缺陷，已发生破坏，需要立即修复；存有2处管道过流受阻严重，严重影响功能，需要根据基础数据进行全面的考虑，尽快处理。

表5 管段修复等级统计表

图2 功能性缺陷图

图3 结构性缺陷图

表6 管段养护等级统计表

3.3 结果分析

针对数量较大的结构性缺陷，进一步对检查结果进行统计分析，其结果如图4所示。显而易见，管道破裂为最主要缺陷，占比为总缺陷数量的约60%，其次为管道错口，约占为总缺陷数量20%。针对破裂缺陷问题，由于本次检测管道中，雨水管道采用DN600钢筋混凝土管道，破裂由管道的外部压力超过其自身承载能力所致，其可能形成原因如下：区域内混凝土管普遍施工较早，其使用年限相对较长；早期钢筋混凝土管节生产质量较差，安装前可能已经存在一定缺陷，或管节钢筋配筋率不足；混凝土管节运输、安装过程中未按规范、规程要求进行，导致管节受损，致使管道破裂[7]；管道基础、回填覆土未按要求施工，导致管道基础产生较大不均匀沉降，或回填物中含有坚硬物体，导致开裂；管道埋深不足，导致管顶覆土深度不满足要求，在上部荷载的作用下，土压力扩散较少，管节受力增大，导致破裂；机动车道下方管道可能长期受到超限超载车辆碾压，导致管道破裂。针对错口缺陷问题，主要是由于管节安装不规范导致间隙过大；亦可能由于管节生产不合格导致承插口不匹配或胶圈质量问题导致。

对管道材质进行对比，采用高密度聚乙烯(HPDE)管段总结构性缺陷为3处，分别为2处2级变形缺陷与1处1级渗漏缺陷，总占比约为3.53%，其管道状态较为良好。其可能原因如下：HPDE管相较于钢筋混凝土管进入市场较晚，其使用年限相对较短；HPDE具有较强的耐冲击能力，且抗拉强度较高，可在较大的温度范围内承受管道应力与冲击荷载，避免了缺陷的发生；其化学性能稳定，具有优良的耐化学腐蚀能力，可承受多种类的腐蚀性介质侵蚀[7- 8]；相较于钢筋混凝土关节间采用承插式连接，HPDE管可采用焊接或法兰连接，具有更优良的连接可靠性，降低了脱节等缺陷的发生概率。

针对DN600钢筋混凝土管的大范围破裂与脱节缺陷问题，建议如下：破裂缺陷特别严重的关节建议进行更换处置；其余破裂关键建议采用环氧树脂进行修补；特别针对机动车道下方管道，宜核查其覆土厚度，对于无法满足50cm处，应考虑设置防护结构对管道进行保护。

图4 结构性缺陷统计图

4 结语

通过对深圳市某区共计1011m、HPDE、钢筋混凝土材质的雨水污水管道系统进行检测与评估，并对病害特征进行分析与总结。该区域内管道的结构性缺陷主要为2级缺陷，以管道破裂与脱节为主要缺陷。这一结果充分反映了钢筋混凝土管道的常见病害问题，建议在类似新建管道设计中优先选用HDPE管道，并采用柔性接口，同时加强管道基础施工与顶部覆土深度的控制，提升排水管道系统的健康状态。对于既有管道，应及时采取维修与指定维修计划，采用环氧树脂修补并对破坏严重管节进行更换处理。

在后续的CCTV管道检测中，建议采用多传感器技术，扩大CCTV技术的检测深度与适用条件，综合提升管道检测结果的可靠性与准确性，更多维度地获取管道实时健康、运行状态，提升相应维修、养护工作的时效性与经济性。