排水管网健康状况检测及评估技术方法

　　

摘要：从平时开展排水管网检测的实践出发，总结排水管道内窥镜检测检测的关键技术及方法、作业流程，健康状况的评价指标及评估技术方法，管道缺陷类型及等级的评价标准，提出管网维护的等级指标及建议。

关键词：排水管道；检测技术；缺陷评价指标；评估方法

一、引言

城市排水管网是城市的重要基础设施之一，排水管网的安全运行直接关系到城市的公共安全和环境的保护，排水管网的长期运行，造成管道内部出现沉积、结垢等功能性缺陷和破裂、变形等结构性缺陷的病状不可避免，从而造成道路积水和路面塌陷，污染土质和地下水，甚至引发地面坍塌、附近建（构）物变形等重大公共安全隐患，因此，排水管网的维护和保养已成为城市公共管理的重要工作，查清管道的健康状况是管网养护的基础和前提。

管道健康状况包括管道的结构性和功能性缺陷，采用CCTV技术、QV技术及人工巡视等手段能够有效检测并评价管道的缺陷类别和等级。本文结合深圳地区开展CCTV检测的实际工作，提出排水管道检测及评估的技术方法、作业流程及适用对象。

二、关键技术

排水管网健康状况检测主要采用CCTV、QV及人工现场巡查的方法完成，可根据管道的实际情况和需要选择不同的方法完成。

（一）、CCTV检测技术

1、CCTV（管道闭路电视、Closed-CircuitTelevision）检测系统，是一种应用于排水管道安全状态检测的核心技术。该系统最早出现于20世纪50年代，到80年代基本成熟，90年代引入我国并在部分大城市开始使用。CCTV系统主要由控制平台、爬行车、摄像头、电缆盘及记录器等组成。

2、CCTV检测系统通过携带高频摄像仪的爬行车进入内部对管道内的锈层、结垢、腐蚀、穿孔、裂纹等状况进行摄像，获取管道内部的高清影像信息，采用计算机技术对影像进行自动识别、判读，依据检测技术规程再进行评估，最终获得客观反应管道内部健康状况的相关信息，对排水管道的健康状况进行评估，为管网的养护提供基础数据和依据。

3、CCTV检测时系统可以自动进行影像、记录摄像头的旋转和定位，能够进行文字编辑功能；根据不同管径，可以选用不同型号的CCTV检测设备。

（二）、QV检测技术

1、QV（管道潜望镜）检测系统主要包括只能显示控制器、传输电缆、摄像仪、伸缩杆、U型探针等设备。检测时，可实时录制并保存被检测对象的内部影像，在录制过程中可快捷抓取、保存缺陷图像，或通过键盘录入文字信息，叠加显示并保存在视频画面中，可通过功能键快捷录入缺陷代码；采用一体化主控制器，集成度高、小巧轻便、采用内置高性能电池供电、安装简便（仅需连接1根探头电缆），适合野外移动工作环境。

2、采用QV检测时，管道潜望镜检测时管内水位不宜大于管径的1/2。若不具备检测条件，应进行进行清疏与封堵，待条件满足要求后在实施。

（三）、人工现场巡查检测技术

1、对大型箱涵（断面尺寸大于X）或内径大于2m的排水管道，需要人工进入管道内部进行巡视检测

2、人工现场巡视检测时，管道内的水深不得大于0.5m，充满度不得大于50%。

3、人工巡视检测主要通过高清相机对管道内部进行摄像，获取管道内部健康状况的相关信息。

4、携带的高清相机应满足：有效像素万以上，分辨率大于×，镜头EF24-mmf/4LISUSM标准变焦镜头。

三、检测工作的组织与实施（一）、技术流程

技术流程主要反映项目实施过程的全貌和各工序、工种之间的先后顺序、相互关系及其接口的循环过程，是项目管理人员进行资源调整和确定控制重点的主要依据之一，检测的技术流程见图1。

（二）、检测方法选择

1、原则上，QV、CCTV检测技术可用于检测各种管径的排水管道，实际应用中需根据实际需求进行选择。

2、当管段较长（管径与管段长度之比小于20～25％）时，必须选用CCTV检测。

3、当管道内部未清洗导致CCTV检测难以进行时，应选用QV检测系统。当QV检测发现疑脱节或渗漏缺陷且程度较轻时，应用CCTV系统进行进一步检测。

4、当管道为箱涵（断面尺寸大于X）或管道内径大于2m时，用QV、CCTV进行检测有困难时，选择人工直接进入管道内部进行巡查检测。

（三）工作程序1、现场准备

（1）仪器组装及检查：根据待检测管道管径，安装与之相适应检测设备，连接主控系统、专用电缆和摄像系统，检查各项设备工作是否正常。

（2）安全工作准备：设置安全防护装置、打开井盖进行通风、毒气检测等准备工作。

2、管道现状摄影

（1）打开系统并设定初始值，调整计数器。

（2）输入检测标题：工程名称、地点、委托单位、检测单位、检测人员、检测日期、启始井和终止井编号、水流方向、管材、管径等。

（3）对管道现状进行摄像，通过控制系统监视摄像过程及状态，当发现管段存在疑是缺陷时，应重复摄像。

（4）结束检测：停止影像拍摄，管闭电源，收回设备，结束该站的检测工作。

3、影像初步判读

（1）检查影像是否清晰，总体质量是否符合要求

（2）对各种缺陷、特殊结构和检测状况进行初步判读、量测和记录。确定疑是重大缺陷是否需要进行复检。

4、内业数据处理

（1）使用专用软件对影像进行自动处理和识别，确定缺陷类型、等级、尺寸及位置，截取缺陷图片。

（2）以管段为单位对管道的健康状况作出客观、准确的评估，编制检测技术报告。

四、管道健康状况评估（一）评估指标

排水管道的安全状况以管道的缺陷及等级进行评价，缺陷等级分为4类，管道缺陷分为结构性缺陷和功能性缺陷两大类，见表1、表2及表3。

（二）评估方法

（1）根据检测影像资料采用采用计算机软件进行。

（2）当管道长度小于1m时，按1m计算。当管道纵向1m范围内两个以上缺陷同时出现时，分值应叠加计算；当叠加计算的结果超过10分时，应按10分计。

1、结构性缺陷评估

结构性缺陷评估根据缺陷参数、损坏系数、管段修复指数、等级等指标综合分析计算确定，各项指标的计算方法入下：

（1）管段结构性缺陷参数计算公式

当Smax≥S时，F=Smax（1）当Smax＜S时，F=S（2）

式中：F—管段结构性缺陷参数；Smax—管段损坏状况参数，管段结构性缺陷中损坏最严重处的分值；S—管段损坏状况参数，按缺陷点数计算的平均分值。

（2）管段损坏状况参数S计算

①管段损坏状况参数计算公式：

式中：n—管段的结构性缺陷数量，n=n1+n2；n1—纵向净距大于1.5m的缺陷数量；n2—纵向净距小于1.5m的缺陷数量；Pi1—纵向净距大于1.5m的缺陷分值，按表2取值；Pi2—纵向净距小于1.5m的缺陷分值，按表2取值；α—结构性缺陷影响系数，与缺陷间距有关。

②当管段存在结构性缺陷时，结构性缺陷密度应按下式计算：

式中：SM—管段结构性缺陷密度；L—管段长度（m）；Li1—纵向净距大于1.5m的结构性缺陷长度（m）；Li2——纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的结构性缺陷长度（m）。

2、功能性缺陷评估

管道功能性缺陷的类别及等级根据管段功能性缺陷参数、运行状况系数、缺陷密度指数、养护指数等参数计算确定。

（1）管段功能性缺陷参数计算公式

当Ymax＞Y时，G=Ymax（7）

当Ymax＜Y时，G=Y（8）

式中：G—管段功能性缺陷参数；Y—管段运行状况系数；Ymax—管段运行状况最大缺陷系数；β—功能性缺陷影响系数，与缺陷类型、等级和间距相关。

（2）运行状况系数计算公式

式中：m——管段的功能性缺陷数量，m=m1+m2；m1——纵向净距大于1.5m的缺陷数量；m2—纵向净距小于1.5m的缺陷数量；Pj1—纵向净距大于1.5m的缺陷分值，按表3取值；Pj2—纵向净距小于1.5m的缺陷分值，按表3取值。

（3）当管段存在功能性缺陷时，功能性缺陷密度按下式计算：

式中：YM—管段功能性缺陷密度；L—管段长度；Lj1—纵向净距大于1.5m的功能性缺陷长度；Lj2—纵向净距小于1.5m的功能性缺陷长度。

（三）结果分析1、结构性缺陷评估结果分析

结构性缺陷以管段为单位进行评估，其主要结构为缺陷等级、类型及修复指数。

（1）缺陷等级确定执行表5的规定。

表5管段结构性缺陷等级评定表

等级

缺陷参数F

损坏状况描述

Ⅰ

F≤1

无或有轻微缺陷，结构状况基本不受影响，但具有潜在变坏的可能

Ⅱ

1F≤3

管段缺陷明显超过一级，具有变坏的趋势

Ⅲ

3F≤6

管段缺陷严重，结构状况受到影响

Ⅳ

F6

管段存在重大缺陷，损坏严重或即将导致破坏

（2）缺陷类型评估执行表6的规定。

表6管段结构性缺陷类型评估表

缺陷密度SM

0.1

0.1～0.5

0.5

管段结构性缺陷类型

局部缺陷

部分或整体缺陷

整体缺陷

（3）根据缺陷等级、地区及管道的重要性及土质影响力计算管道修复指数RI：

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T（12）

式中：K—地区重要性参数；E—管道重要性参数；T—土质影响参数。

（4）根据修复指数确定管段的修复的等级，执行表7的规定。

表7管段结构性缺陷等级评定表

等级

修复指数RI

修复建议及说明

1

RI≤1

结构条件基本完好，不修复

2

1＜RI≤4

结构在短期内不会发生破坏现象，但应做修复计划

3

4＜RI≤7

结构在短期内可能会发生破坏，应尽快修复

4

RI＞7

结构已经发生或即将发生破坏，应立即修复

2、功能性结陷评估结果

功能性缺陷以管段为单位进行评估，其主要结构为缺陷等级、类型及养护指数。

（1）缺陷等级评定应符合表8的规定。

表8功能性缺陷等级评定表

等级

缺陷参数

运行状况说明

Ⅰ

G≤1

无或有轻微影响，管道运行基本不受影响

Ⅱ

1G≤3

管道过流有一定的受阻，运行受影响不大

Ⅲ

3G≤6

管道过流受阻比较严重，运行受到明显影响

Ⅳ

G6

管道过流受阻很严重，即将或已经导致运行瘫痪

（2）缺陷类型评估执行表9的规定。

表9功能性性缺陷类型评估参考表

缺陷密度指数YM

0.1

0.1～0.5

0.5

管段功能性缺陷类型

局部缺陷

部分或整体缺陷

整体缺陷

（3）根据缺陷等级、地区及管道的重要性计算管道养护指数MI，计算公司为：

管道养护指数按公式（12）计算。

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E（13）

式中K—地区重要性参数，执行7的规定；E—管道重要性参数，执行表8的规定。

（4）根据养护指数确定管段的养护等级，执行表10的规定。

表10管道养护等级划分表

养护等级

养护指数MI

养护建议及说明

1

MI≤1

没有明显需要处理的缺陷

2

1MI≤4

没有立即进行处理的必要，但宜安排处理计划

3

4MI≤7

根据基础数据进行全面的考虑，应尽快处理

4

MI7

输水功能受到严重影响，应立即进行处理

3、结果处理建议

（1）建立重大缺陷上报制度：当管道存在功能性Ⅲ、Ⅳ级缺陷或结构性Ⅲ、Ⅳ级缺陷以及两者并存时，应确定为管道存在重大缺陷，在检测过程中发现存在重大缺陷时，应立即向排水管网主管部门上报，重大缺陷的上报应包括缺陷位置、照片、图件及专题报告。

（2）处理建议：I级缺陷或1级修复和养护说明管段健康状况正常，可以不进行处理；II级缺陷或2级修复和养护说明管段健康状况基本正常，可以暂不处理但应制定处理计划；III级缺陷或3级修复和养护说明管段健康状况较差，应尽快处理；IV级缺陷或4级修复和养护说明管段健康状况已经很差，会直接影响管网的正常运行，应立即处理。

（3）对经过修复或养护处理后的管段应重新进行检测与评估，确定管段的健康状况。

五、结语

排水管网的长期使用和城市建设施工的影响，必然造成排水管道的健康状况日趋严重，从而影响管网的安全运行，积极开展排水管道的检测、评估及维护应成为城市安全管理的重要工作；随着排水管道检测技术的日趋成熟和应用推广，必然有愈来愈多的城市开展排水管道健康状况的检测和评估，全面开展排水管网的安全检测和评估已成为测绘工作的重要内容，对其技术方法的研究也受到普遍的

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