管道内窥联合检测技术在广州黑臭水体治理中的应用

陈 浩,钟文威

(1.广州市水务规划勘测设计研究院，广东 广州 510640;2.广州迪升探测工程技术有限公司，广东 广州 510660)

1 概述

为解决广州市建成区黑臭水体问题，参照国内先进城市排水达标小区创建的相关经验。首先，进行“三洗”行动，摸清底数，从源头进行入户调查，建立排水户普查台账；同时，开展排水管网及预处理设施(化粪池、隔油池等)的实地勘察，掌握现状管网的运行状况[1-3]。目前，掌握和评价地下排水管道有效的方法就是管道检测。根据管道的物性特点，检测方法也有多种，如适于大型地下排水设施的示踪电磁法、用于各类非金属管道的高频电磁法、可真实的判断管道关系走向的管道内窥检测法等[4-8]。其中示踪电磁法和高频电磁法均存在一定的局限性，如使用示踪电磁法时，很多地段不能保证将发射探头置入井中并可顺利回收；高频电磁法在无法适用于非金属管线占比较大的管线检测工程中[9-11]。管道内窥法[12]可连续、实时记录管道内部的实际情况，为技术人员提供可靠的分析资料，因此，也成为管道检测使用最多的方法。

本文提出一种管道CCTV检测、管道潜望镜管内内窥检测与声纳检测相结合的检测技术，并以广州市南蛇坑流域地下排水管道摸查工作为例，介绍了其在管道检测中的应用。

2 管道CCTV、管道潜望镜及声纳联合检测技术

2.1 管道CCTV内窥检测技术

管道CCTV(Closed Circuit Television)内窥探测技术，是通过采用工业管道内窥摄像系统，对管道内部存在的问题(连接关系、破裂、沉降、错位、塌陷)进行实地位置确定的一种探测技术。CCTV探测仪工作示意如图1所示，通过爬行器载有高清晰度摄成像系统，以一定的行进速度沿水流方向行进检测，高清晰度摄成像系统精度可达分米级[13]。

图1 管道CCTV检测工作示意

2.2 管道潜望镜内窥检测技术

管道潜望镜内窥检测技术是利用可调节长度的手柄将高放大倍数的摄像头直接探入检查井内或其他隐敝空间，进行快速检测的一种技术。操作人员可在地面通过控制器调整灯光、镜头焦距进行观察，并以图片或录像形式储存检查资料。由于，管道潜望镜配备了强力光源(如图2所示)，在管道充满度较小及暗渠具备检查条件的情况下，能在管口检查、观测暗渠内部情况，清楚的看见暗渠是否有排口接入，同时能够清晰地暗渠内部存在的结构性及功能性缺陷。

图2 管道潜望镜检测系统示意

2.3 声纳检测技术

声纳检测技术[14]是一种可对长时间处于满流的高水位运行态势的检查井及管道，有效排查可能存在的不明管道接驳的技术。将固定在支撑杆上的声纳传感器以与垂直地面的方式放入含水的检查井中，通过支撑杆控制声纳逐渐向井底行进，在声纳传感器自水面伸至井底的连续扫描过程中，操作人员观察系统的界面，寻找无声波反射的部位，即可发现不同深度存在的接驳管道，其工作示意如图3所示。

图3 井中声纳工作示意

2.4 管道联合检测技术

南蛇坑流域城市排水管道结构十分复杂，且存在管网缺失、错乱混接、管道损坏淤积等问题。常规的管道监测方法难以准确摸查清楚管道情况，为此，综合管道CCTV内窥检测技术、管道潜望镜内窥检测技术、声纳检测技术三者的优点，提出一种管道联合检测技术(见表1)，由表1可见，该技术不见满足无水管道和有水管道监测，还能借助声纳技术，探清管网缺失部位的管道连接情况，对城市复杂排水管道结构具有很好的检测效果。

表1 管道联合检测技术实施方法

管道联合检测技术的具体实施方法如下：

1) 管道CCTV检测

将载有摄像镜头的爬行器安放在检测起始位置，并将计数器归零，爬行器沿水流方向前行。当管径不大于200 mm时，行进速度不宜超过0.1 m/s；当管径大于200 mm时，直向摄影的行进速度不宜超过0.15 m/s。检测时，在管道中轴线上移动摄像镜头，偏离度不应大于管径的10%。每一管段检测完成后，根据电缆上的标记长度对计数器显示数值进行修正。管道检测过程中，录像资料不应产生画面暂停、间断记录、画面剪接的现象。在检测过程中发现缺陷时，应将爬行器在完全能够解析缺陷的位置至少停止10 s，确保所拍摄的图像清晰完整。对各种缺陷、特殊结构和检测状况作详细判读和量测，并填写现场记录表。

2) 管道潜望镜检测

首先，将镜头中心保持在管道竖向中心线的水面以上，保持摄像头无盲点地均匀慢速移动。在拍摄过程中，拍摄管道时，变动焦距不宜过快；拍摄缺陷时，保持摄像头静止，调节镜头焦距，并连续、清晰地拍摄10 s以上；对各种缺陷、特殊结构和检测状况作详细判读和记录，并严格按规定的格式填写现场记录表。最后，应由相关人员对检测资料进行复核并签名确认。

3) 声纳检测

先从被检管道中取水样通过实测声波速度对系统进行校准。将声纳探头安放在检测起始位置，并将计数器归零，且调整电缆处于自然绷紧状态，开始检测。探头的推进方向与水流方向及管轴线一致，滚动传感器标志朝正上方，探头行进速度不宜超过0.1 m/s。检测时，在距管段起始、终止检查井处应进行2～3 m长度的重复检测。在声纳探头前进或后退时，电缆始终保持自然绷紧状态。根据管径的不同，应按表2选择相应的脉冲宽度。检测过程中应根据被检测管道的规格，在规定采样间隔和管道变异处探头应停止行进、定点采集数据，停顿时间应大于1个扫描周期。现场捕捉规定采样间隔和图形变异处的轮廓图，并进行数据保存。

表2 脉冲宽度选择标准

但同时需注意在一些特殊情况下，应当中止检测，以防仪器设备出现损坏或出现失真现象，如管道CCTV检测时，出现爬行器在管道内无法行走或推杆在管道内无法推、镜头沾有污物、镜头浸入水中时、管道内充满雾气，影响图像质量等其他原因无法正常检测的情况，应当立即中止检测；管道潜望镜检测时，出现道潜望镜检测仪器的光源不能够保证影像清晰度、镜头沾有泥浆、水沫或其他杂物等影响图像质量、镜头浸入水中，无法看清管道状况、管道充满雾气影响图像质量等其他原因无法正常检测的情况，应当立即中止检测；声纳检测时，出现探头受阻无法正常前行工作、探头被水中异物缠绕或遮盖，无法显示完整的检测断面、探头埋入泥沙致使图像变异等其他原因无法正常检测的情况，应当立即中止检测。

3 广州市排水管道联合检测实例分析

3.1 工程概况

本次管道排查工程范围为南蛇坑流域，流域总面积约为2.06 km2，其中包括范屋社区0.14 km2，陶庄社区0.30 km2，苏庄社区0.24 km2，伍仙桥社区 0.08 km2，军事管理区共0.84 km2，其他为白云山区域。主要探测范围为：沈海高速广州支线—广州大道—范屋路形成的三角地块范围内的雨水管、污水管及合流管等，对流域范围内需摸查至每栋楼的化粪池、隔油池位置，探测面积约为11.2万m2；沈海高速广州支线—广州大道—沙太南路形成地块范围内的雨水管、污水管及合流管等，对流域范围内需摸查至每栋楼的化粪池、隔油池位置，探测面积约为22.4万m2；苏庄、伍仙桥以及范屋社区扣除上述的雨水管、污水管及合流管等，对流域范围内需摸查至每栋楼的化粪池、隔油池位置，面积约为91.2万m2。

3.2 工作内容

探测工作主要是对探测范围内的污水井、雨水井进行实测，详细标明管线属性、井底标高、管底标高、管径、走向及淤积情况。主要摸查内容包括：

1) 结构性缺陷：脱节、破裂、胶圈脱落、错位、异物侵入等。

2) 功能性缺陷：管道内淤泥和建筑泥浆沉积等。

3) 错混接调查：对雨污水管存在错混接位置进行摸查定点等。

3.3 主要仪器设备

探测所需仪器设备具体见表3所示。

表3 主要仪器设备

4 检测结果与分析

4.1 排水管线统计

广州市天河区南蛇坑流域清污分流排水达标区试点指定范围内的地下排水管线探测工作，全线路管线探测工作的工作量统计如下：共计探测定位管线明线点数为3 315个，隐蔽点数为1 645个，总点数为4 960个；探测定位排水管线总长度为48 108.28 m。摸查检查井为 3 141 座，摸查化粪池为174座(见表4)。此外，发现混接点为363处，其中污水接入雨水为305个，雨水接入污水为58个。

4.2 管道缺陷分析

为了查清天河区南蛇坑流域清污分流排水达标区试点排水管网的运行情况，利用管道潜望镜对天河区南蛇坑流域清污分流排水达标区试点的排水管网进行全面检测，检测成果如下：检测共计为35 484 m，其中市政道路为7 399 m，小区内支管为28 085 m；满水等原因未能检测12 624.28 m，其管渠缺陷类型及等级统计见表5。

表4 排水管线统计 m

表5 缺陷统计 处

通过对表5进行分析可知：

1) 管渠总体结构性状况为区域内可不修复轻微缺陷(1级)167处，需要修复缺陷(2级)201处，需要尽快修复缺陷(3级)212处，需要马上修复缺陷(4级)113处。

2) 管渠总体功能性状况为区域内可不清理轻微缺陷(1级)154处，需要清理缺陷(2级)171处，需要尽快清理缺陷(3级)191处，需要马上清理缺陷(4级)553处。

3) 全部缺陷中可不修复轻微缺陷(1级)所占比重最小，为18.22%，需要马上修复缺陷(4级)所占比重最大，达37.80%。且种情况下沉积物堵塞管道现象突出，主要是由于缺乏长期的修复养护和管道疏通工作。

为进一步分析管道缺陷对管道的影响，对不同管道缺陷累积长度进行统计(见表6)。由表6可知，管道结构性状况缺陷累积长度总体所占检测总长度的百分比要小于管道功能性状况缺陷，这与上述第3)点的原因相似，同时体现了管道的养护和疏通工作是保证管道功能运行良好的重要手段。

表6 缺陷统计

4.3 缺陷评估

1) 管道结构性等级评估

首先对管道损坏状况参数S进行计算：

(1)

Smax=max{Pi}

(2)

n=n1+n2

(3)

式中n为管道结构性缺陷数量；n1为纵向净距大于1.5 m的缺陷数量；n2为纵向净距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷数量；Pi1为纵向净距大于1.5 m的缺陷分值；Pi2为纵向净距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；α为结构影响系数，当缺陷纵向净距大于1.0 m小于1.5 m时取1.1。

管道结构性缺陷参数F则按以下法则取值：当Smax≥S时，F=Smax；当Smax

2) 管道功能性状况评估

首先对管道运行状况参数Y进行计算：

(4)

Ymax=max{Pj}

(5)

n=n1+n2

(6)

式中m为管道结构性缺陷数量；m1为纵向净距大于1.5 m的缺陷数量；m2为纵向净距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷数量；Pj1为纵向净距大于1.5 m的缺陷分值；Pj2为纵向净距大于1.0 m小于1.5 m的缺陷分值；β为结构影响系数，当缺陷纵向净距大于1.0 m小于1.5 m时取1.1。

管道功能性缺陷参数G则按以下法则取值：当Ymax≥Y时，G=Ymax；当Ymax

5 结语

针对广州市南蛇坑流域城市地下排水管道结构分复杂、管网缺失、错乱混接、管道损坏淤积严重，常规的检测方法难以准确摸查清楚管道情况，提出综合管道CCTV内窥检测技术、管道潜望镜内窥检测技术、声纳检测技术的管道联合检测方法。根据检测数据统计分析了管道结构性缺陷及功能性缺陷的种类和数量，发现管道主要缺陷表现为管道淤积。结合缺陷评估方法，确定了南蛇坑流域管道的结构性及功能性缺陷等级分别为Ⅲ级和Ⅳ级，对南蛇坑流域排水设施隐患和雨污混接情况做到“定性、定量、定位”，为该区域排水达标单元改造的设计及施工提供可靠实测依据。根据检测结果，确定了区域内清污分流的方案，有效解决排水系统内存在的雨污混流、错接乱排等问题，可为类似城市的黑水治理工程管道检测技术提供有效参考。