城市地下排水管道运行状态下检测新技术研究

摘 要：城市排水管道承担着雨水、生活污水、工业废水等的排放任务，目前我国很多城市老城区的排水管已经超过设计使用年限，加上长期以来重建设轻管养，地下排水管道不同程度的出现了一系列结构性和功能性缺陷，严重影响了管道运行安全。本文基于闭路电视检测技术（CCTV）研究了筏式CCTV和轨道牵引式CCTV检测新技术，实现了不清淤不堵水运行状态下的排水管道检测。

关键词：排水管道；CCTV检测；筏式；轨道牵引式

1 研究背景与意义

伴随着我国城市化进程的加速，给城市基础设施特别是老城区基础设施带来了巨大的运行压力。地下排水管道是城市建设发展中最重要的地下基础设施之一，有着“城市血管”之称。目前我国排水管道修建多采用混凝土管道，排水管道的设计使用年限在30到40年左右，据统计，大多数城市老城区中排水管道已经超过了设计使用年限。

资料显示目前我国的排水管道腐蚀、错口、堵塞、渗漏、破裂等一系列结构性问题和功能性问题普遍存在，这些缺陷不仅影响到管道使用功能的正常发挥，还会影响管道周围设施安全，严重时还会导致路面塌陷或发生沉管事故，危及到人民生命财产。据不完全统计，2008到2010年期间，全国仅媒体报道的地下管线事故，平均每天就有5.6起，每年由于路面开挖造成的直接经济损失约2000亿元。2009到2013年期间，全国直接因地下管线事故而产生死伤的事故共27起，死亡人数达117人。

综上所述，研究城市地下排水管道检测，评估管道风险程度，及早发现隐患及时处治，对于保障管道运行安全及人民生命财产不受损失具有重要意义。

2 CCTV管道检测技术

在我国，目前CCTV检测技术在一些大城市中得到率先应用并在逐步发展和完善，随着管道问题越来越多的出现，很多二线城市开始注重管道检测并采用以CCTV检测技术为代表的新的管道检测手段。

排水管道CCTV检测的基本设备包括摄像机、电源控制设备、电线（线卷）及录影设备、灯光、承载摄像机的支架、摄影监视器、爬行器和长度测量仪等，适用于管道状况检测、管道修复、管道验收等。CCTV管道检测设备主要构成部分以及相应的功能如下：

①爬行器

爬行器主要负责携带摄像头进入管道，沿管道行进，采集管道内部图像，并将图像数据通过线缆傳输到管道外部的显示和存储设备。

②摄像头

摄像头在摄录管道内部情况时，除了直视前方管道状况外，还能正面观察管道内壁，所以摄像头需要能够旋转一定的角度，同时摄像头在转动后可以一键使其回到原位正视向前。

③控制器

控制器根据功能可以分为三个部分：电源部分、爬行器控制部分、数据处理和存储部分。

排水管道CCTV检测技术的工作原理是操作人员通过在地面远程控制检测车在管道内行走并拍摄录像，地面人员分析由检测设备传送回来的录像对管道内部情况进行分析与判断。

3 筏式与轨道牵引式CCTV检测新方法

国内很多老城区，早期建设的管道在管道坡度、泥沙浓度，粒径，重度及粘性考虑较少，为管道埋下了淤堵的隐患。随着城市扩容，管道里程不断增加，新的排水管网不断接入，下游新建管道管径增大，形成上游管径小，下游管径大，加之排水量的不断增加，管道内毛发，粪便、塑料袋以及较大的食物碎渣、泥沙、石块及少量的树叶等杂物不断淤积，久而久之形成恶性循环，很多管道淤积严重或高水位运行。

由于城市运行安全的需要，必须对这些管道进行内窥检测，参照目前的检测标准，很多正在运行管道需要停止运行并清淤，而这些管道多处于老城的核心区，无法实现。目前的检测设备是爬行器搭载摄像设备，不具备检测条件，因此需要研发新型的CCTV检测设备对管道进行检测。

3.1 筏式CCTV检测方法

目前很多老城区排水管道特别是污水管道排放量已经超过原有设计标准，造成排水管道超负荷或满负荷运行，现有的CCTV管道检测设备要求管道水位不高于管径20%，老城区排水管道水位普遍较高，由于外部因素不具备封堵降水条件，因此现有管道CCTV检测设备不具备检测条件。考虑在不干扰排水管道正常运行的情况下，只能采取分时段当水位下降有足够净空时，带水进行排水管道CCTV检测作业，因此需要采用新型的检测手段。

3.1.1 筏式CCTV设计

基本原理：通过筏式载体把可旋转摄像设备漂浮于管内水中，靠水力托运沿水流方向行进，数据发射接收线连接管道内摄像设备和地面采集系统，地面采集系统控制摄像头旋转，在行进过程中摄录图像，图像数据通过数据传输线把数据传输到管道外部的数据采集系统进行储存，然后通过分析软件对管道内部状况进行分析评估。

基本设备：筏式载体，可旋转摄像设备，数据发射接收线，距离测量仪，照明设备，数据采集电脑等。

筏式载体：主要是搭载可旋转摄像设备，用于漂浮管道内水体中。

可旋转摄像设备：通过安装到筏式载体上，漂浮在管道内采集数据，通过变焦，旋转采集管道内部影像资料。

（3）距离测量仪：主要测量记录摄像设备搭载筏式载体行进距离，记录管道缺陷位置，便于准确定位查找。

（4）照明设备：为摄录提供照明。

（5）数据采集电脑：控制摄像设备采集数据，存储分析视频资料，评估管道状况。

3.1.2 筏式CCTV适用范围

筏式CCTV设备解决了管内水位高且无法封堵降水，常规管道CCTV无法检测的难题，同时解决了淤积较深管道的检测问题：现有CCTV检测设备遇到淤泥较深的管道，会出现轮子打滑，无法爬行等问题，筏式CCTV设备可以通过预先穿线拖拉进行检测。筏式CCTV检测新设备可适用于以下几类管道：

①有足够净空，管内水位大于管径20%且不具备封堵降水条件的管道；endprint

②淤泥较深管道，现有管道CCTV设备无法检测管道；

③管内水流平稳且无较大弯道的管道。

检测成果如图3.2，3.3，取得了良好的效果。

3.2 轨道牵引式CCTV检测方法

目前老城区很多老旧管道设计时坡度不够，施工时对施工质量控制不严，出现下游管道高程高于上游管道高程，造成上游管道常年积水，水中的泥沙，生活垃圾、粪便、树叶等沉积造成管道淤积，甚至淤泥上面有很多浮渣，随着管道运行时间增长，管道内壁和管径腐蚀严重，极易造成渗漏，影响管道运行安全，对这些管道安全状态进行排查势在必行，按目前的检测标准需要停水，清淤，作为老城区正在运行的这些管道一方面通水功能并没有完全丧失，停水不能实现，另一方面清淤耗时长，费用过高。针对这些管道需要一种新型的，不影响管道运行状态下的新的检测手段，需要一种轨道牵引式CCTV检测设备。

3.2.1 轨道牵引式CCTV设计

基本原理：在两个检查井处加固两个支架，用于作为在管道内建立轨道起始支点，把轨道线连接到起始支点，调试安装好行进轨道，把高精度摄像头固定到轨道线上，摄像头的行走靠牵引线牵引，通过牵引线把摄像设备从检测开始的检测井支点牵引到检测结束的检测井支点，在牵引行进过程中通过数据采集电脑控制摄像设备采集管道内部图像，并通过数据发射接收线把数据传输到数据采集电脑中，然后对管道内部状况进行分析评估，如图3.4所示。

基本设备：固定支架，行进轨道组合，可旋转摄像设备，牵引线缆，距离测量仪，数据发射接收线，照明设备，数据采集电脑等。

行走轨道组合：包括检测井固定支架，轨道线缆等，主要是为摄像头提供行进轨道。

可旋转摄像设备：通过搭载到行走轨道设备上，在管道内采集管道内部图像。

距离测量仪：主要测量记录摄像设备在轨道上行进距离，便于记录管道缺陷位置，准确定位查找。

数据发射接收线：把摄像设备在管内采集的数据传输到收据采集系统里，把地面控制摄像设备旋转，变焦等指令下达给摄像设备。

照明设备：为摄录提供照明。

数据采集电脑：控制摄像设备采集数据，存储分析视频资料，评估管道状况。

（7）牵引线缆：主要为摄像设备提供前进动力。

3.2.2 轨道牵引式CCTV适用范围

轨道牵引式CCTV检测新方法，解决了管底淤泥淤积，浮渣等垃圾造成的常规CCTV无法通过的困境，实现不清淤，不抽水，绕过障碍物对管道内部进行检测的目的。

轨道牵引式CCTV设备适用于：

①管内淤泥多，现有CCTV管道检测设备难以或无法通过的管道；

②管内水流静止，筏式CCTV不具备检测条件管道；

③浮渣多，有障碍物，爬行CCTV或筏式CCTV无法通过的管道。

检测成果如下图3.6，3.7取得了良好的效果。

4 结论

本文針对高水位运行管道，基于CCTV检测技术探讨了筏式CCTV检测新技术，解决了水位高，常规CCTV无法检测的技术难题，实现了运行状态下的排水管道检测。针对淤积严重管道，探讨了了轨道牵引式CCTV检测新技术，解决了淤积管道常规CCTV难以通行检测的难题，实现了淤积管道不清淤CCTV检测，通过管道运行状态的检测及时发现对管道存在的功能性及结构性缺陷，对于加强管道养护管理，研究城市地下排水安全状态具有重要意义，对于防止管道事故发生，保证人民生命财产意义重大。

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