复杂条件下的城市地下管线测量方法探讨

徐 晓 杨建峰 王晓杰

（烟台帝峰信息技术有限公司,山东 烟台 264000）

受甲方委托,我公司承担了某城市管道内窥测量工作,工作的目的是通过对本项目的排水管网进行内窥测量,查明排水管网的结构性和功能性状况,为管道养护提供数据依据。本项目工作内容包括但不限于存量管道内窥测量（CCTV 、QV 测量）、测量过程中相关排查工作（包括但不限于对污水错接入雨水排查、雨水错接入污水排查、管网瓶颈（大小管）排查、断头管排查、管道缺失排查等）,并提供测量报告。通过此方面设计,为城市地下管线敷设与布置提供决策依据。

1 城市地下管线探测原理

根据测量工作需要,此次设计选择管道潜望镜测量技术（QV 技术）与闭路电视测量技术（CCTV 技术）作为主要探测技术,下述将对提出的两项技术原理进行分析。

前者在实际应用中,是指在探测城市地下管线时,将可调节长度的手柄作为关键探测设备,在手柄上配备对应的强力光源、多倍放大摄像头,集成探测装置后,将其放入待测量地下井中。地下工作人员操作控制设备,进行光源旋转方向的调节,并调整摄像头的聚焦方式,确保对井下管线情况进行集中观察与录像。根据摄像头反馈的结果,即可实现对城市地下管线的精准探测。在此过程中,当装置下深深度＞50m时,可以通过摄像头,清晰地观察到井下管道侧壁裂纹等内部情况,整理录像与反馈的信息,将其作为探测成果。可将此过程管道潜望镜测量技术原理表示为图1。

图1 管道潜望镜测量技术作业原理

完成对QV技术原理的分析后,对CCTV测量技术工作原理进行分析。在使用此项技术进行地下管线探测时,需要将专用的闭环式电视系统作为探测支撑,技术人员需要将摄像头下探到地下,使用有线控制方式,对下深的爬行装置进行控制,并根据有线连接监视器,对管道内管线情况进行录像,根据反馈的录像,掌握地下管线是否存在缺陷与异常。

2 复杂条件下的城市地下管线测量方法

2.1 确定城市地下管线测量流程

针对复杂条件下的城市地下管线测量,首先需要明确测量的具体流程及步骤：第一步,接受任务,明确测量内容及目的。第二步,前期工作。根据排水管线图进行现场踏勘,了解污水管道基本情况；同时明确现场施工条件状况；跟施工队沟通明确管道清淤计划。第三步,根据排水管线资料情况、踏勘结果及清淤计划等编制测量方案。第四步,现场测量——视频拍摄、调查。采用CCTV、QV对全部测量管道进行测量。第五步,影像判读与编辑。第六步,测量结果统计分析、评估。第七步,编写测量报告。第八步,质量检查、验收。第九步,成果资料归档、提交。

2.2 测量方法选择

在确定城市地下管线测量流程后,在实际测量过程中,尝试选择将现场测量与管道潜望镜测量、闭路电视测量相结合的方式实现对地下管线的测量[1]。首先,在进行现场测量时,工程施工队对被测量做好疏通、清洗并清除检查井周边及交通线路障碍物后通知测量单位入场测量[2]。测量单位进场后先调查地面、管道内部等情况是否具备测量条件。若测量条件不具备,要求工程施工队做好清理工作；若具备测量条件,开始测量。根据排水管线的调查结果分管段采用最适合的测量方法（QV或CCTV测量）[3]。同时,针对现场的测量条件进行检查,检查仪器设备是否满足测量要求；检查安全防护设备和措施是否到位,在确保安全情况下开始测量[4]。采用毒气测量仪测量检查井及管道内部是否存在毒气或毒气超标,若存在毒气或毒气超标,采取开井通风、鼓风机井口鼓风等方法排除毒气后再次采用毒气测量仪测量达标后才能进行测量。测量仪器设备就位,根据相应测量仪器操作方法进行测量录像、现场记录。测量完毕后移到下一测量点进行测量[5]。当次计划测量的管道全部测量完毕后,检查视频是否存储完善、现场记录是否齐整；清点仪器设备和工具并装箱；将测量过程中产生的垃圾等废弃物装袋带离现场处理,以此完成对城市地下管线的现场测量。

在应用管道潜望镜测量技术进行测量时,应当保证其镜头中心始终在地下管线的竖向中心线水平以上。在对城市地下管线内部进行拍摄时,将拍摄的时间控制在10s 以上[6]。图2 为采用管道潜望镜测量技术拍摄到的城市地下管线典型缺陷照片。

图2 采用管道潜望镜测量技术拍摄到的城市地下管线典型缺陷照片

从图2 照片中可以看出,该城市地下管线为典型结构性破裂3 级缺陷,其修复面积通过测量约为1.6m×0.6m（0.96m2）。按照上述要求,基于管道潜望镜测量技术完成对现场的测量后,应当由相关人员完成对测量资料的复核。

在现场测量时,还可结合闭路电视测量技术,在明确上述测量技术的应用原理后,具体操作时应当根据被测量的城市地下管线在电缆上完成对摄像头、照明装置的安装。在使用测量装置时应当对计数器的准确性进行检查,并在系统关闭的状态下,将摄像头放入到城市地下管线当中。完成对摄像头的安装后,打开装置,并对其起始位置进行设定,将计数器调零[7]。利用显示屏幕中的书写器完成对标题的输入,其内容包括：工程名称、地点、单位等,以此方便后续查找。在完成录像后,电机暂停按钮停止录像。在实际测量过程中,若出现管道破损或存在障碍物干扰时,则应当合理控制爬行器的速度,并结合城市地下管线内部情况对亮度进行调节,从而实现对管道内光亮程度的改善。

2.3 管线缺陷问题评估

在按照上述内容完成对测量方法的选择后,针对得到的测量结果,对城市地下管线的缺陷问题进行评估。管道评估方法适用于依据测量记录对被测量的管道进行评估[8]。在评估过程中,若某一管道内部同时出现两种或两种以上的缺陷问题时,则应当对其缺陷分值进行叠加处理,当计分累计超过10 分时,则按照10 分完成后续计算。表1 为城市地下管线缺陷等级划分表。

表1 城市地下管线缺陷等级划分表

将表1 中的内容作为依据,针对上述得到的测量结果完成对城市地下管线的缺陷等级划分。为了实现对城市地下管线缺陷的统一描述,按照表2 中的内容对城市地下管线缺陷的名称、代码以及等级数量进行匹配。

表2 城市地下管线缺陷名称、代码、等级数量匹配

结合表2 中的内容实现对城市地下管线缺陷的统一描述,表2 中的缺陷均为结构类型缺陷,除表2 中内容以外,城市地下管线还存在功能性缺陷和特殊结构缺陷问题,例如沉积、结垢、障碍物、树根等均为功能性缺陷,倒虹管、暗井等均属于特殊结构。针对这两类的缺陷问题进行描述,也同样按照上述思路完成,由于篇幅有限不进行过多赘述。为了实现对城市地下管线缺陷问题的量化评估,以结构性缺陷为例,按照如下公式完成对结构性缺陷参数的计算：

公式中F 为城市地下管线结构性缺陷参数；Smax 为地下管线损坏的最大程度系数；S 为按照城市地下管线缺陷点数计算得出的平均值；α 为结构性缺陷影响系数,与缺陷类型、等级和间距相关,可取1.0～1.2。按照上述内容完成对城市地下管线的缺陷问题评估,为后续管线的运行和维护提供更可靠的测量依据。

2.4 编写测量报告

在完成上述所有测量内容后,完成的量报告的编写。测量报告当中的主要内容包括：工程概况信息、排水管道测量成果清单、管道缺陷的处理意见、建议及方案措施等。在提交的测量资料当中还应当包括具体的测量方案、有业主、项目施工单位以及监理单位共同签订的证明资料等。除此之外,还包括管线内容和格式见附件；管线缺陷测量成果统计表,内容和格式见附件；管段状况评估表,内容和格式见附件；排水管道测量缺陷分布图等,将上述所有资料汇总,完成对测量报告的编写,为后续针对存在缺陷问题的城市地下管线维护和修复等提供重要依据。

3 对比分析

完成设计后,选择某城市地下管线改造工程作为研究对象,对该城市的地下管线进行测量。

本项目测量区域包括光明区新湖街道（一工区）、光明街道（二工区）、凤凰街道（三工区）、玉塘街道（四工区）等四个街道,管道测量总长度约500km,（其中CCTV 管径600mm 以内测量量225km；管径600mm 以外的测量量225km；QV测量量50km）。实验前,由甲方提供的工程管网平面图,包括管道设计位置图及地形图。参照测量技术要求、甲方要求、合同、本项目《测量方案》设计作业技术标准。对城市地下管线的坐标系统参照城市独立坐标系设计即可。根据甲方对此次工程提出的主要技术指标与设计要求,从质量与工期两个方面进行工程质量标准的设定：内窥测量工作期间,应分阶段、按道路向甲方提供阶段性测量成果（包括测量视频、图片、测量报告等,含电子版）；内窥测量工作全部完成后,应在20 日内向甲方提供完整的测量成果（包括测量视频、图片、测量报告等,含电子版）。如资料不合格,应按甲方要求,在甲方要求时间内完成修改。

完成甲方需求的分析后,对城市地下管线测量方案进行规划设计。为确保本工程能够有计划、有步骤、高质高效地顺利实施,选择有较丰富专业技术知识和技术管理经验,有能力处理相关专业中的各种复杂情况的专业技术人员一名,担任项目负责人,对人员、仪器设备进行合理分工、优化配置,对整个工程的质量实行动态跟踪监督,确保本工程按时保质保量完成。本项目总共投入主要探测、测量技术人员36 人,其中高级工程师17 人,工程师3 人,助理工程师及技术员16 人。

本工程拟投入潜望镜测量系统（QV）6 套、闭路电视测量系统（CCTV）8 套（仪器的投入可根据项目的实际需要及时调整）。其中QV管道潜望镜X1,由武汉中仪物联技术股份有限公司提供。投入的仪器应按《规范》规定的常规项目进行测前检校,并实施周期性年度检定,精度符合要求,可正常使用,禁止使用不合格的仪器作业。

为了保证测量工作的顺利实施,在测量作业前,做好安全施工规范文件的制定：测量单位为所有施工人员购买意外伤害保险；工作中防雷击、防触电、防毒气中毒、严禁在雷电天气,使用大功率仪器进行探测作业；在作业开始之前,应调查作业区的环境,注意碎石堆和沟壑等不良环境,在保证人员和仪器安全的前提下进行作业；作业人员在施工作业时,必须穿醒目的标志服和戴安全帽；作业人员在施工时,应注意工区内其他作业人员和设施,按规范作业；测量工作站周边必须做好安全防范措施,如安全标示带、铁马等围挡防护；道路上测量必须配置专门安全警报员；每次测量前必须做好检查井及管道内部有害气体测量,测量结果不符合安全标准不得进行管道测量；上下检查井时必须穿戴防护绳索防坠落；人员下井和进入管道内部时,必须佩戴防毒面具、毒气测量仪、安全帽、防水手套、地板带钢板的水鞋（或水裤）和光源；井口必须有专人看管；井下和管道内作业前必须先查明上游堵水情况,并分段先选好紧急情况下逃生通道,在确保安全情况下才能测量；密切注意天气预报,禁止在下雨天井下测量。

明确相关工作标准后,实施城市地下管线测量工作,根据传感器反馈的测量结果,定位城市地下管线缺陷点,对比管线实际缺陷点与测量的缺陷点。对比结果见图3。

图3 城市地下管线缺陷探测结果

图3 中,黑色实心点表示地下管线缺陷点,三角形表示测量结果反馈点,根据图3 看出,管线实际缺陷点与测量的缺陷点几乎完全一致,证明本文设计的测量方法真实有效。

4 结论

根据此次测量成果,针对本次测量出来的管道缺陷发现,管道结构性缺陷等级越高,管道存在的安全隐患越大,修复指数越大。对属于管道养护等级Ⅰ级的功能性缺陷管段可暂不做养护处理,属于管道养护等级Ⅱ级的功能性缺陷管段没有立即处理的必要,但宜安排养护处理计划,属于管道养护等级Ⅲ级的功能性缺陷管段应尽快处理,属于管道养护等级Ⅳ级的功能性缺陷管段应立即进行处理。后续建议对管道应进行定期测量,确保管道处于良好的排水状态。本建议仅供参考,排水管道缺陷的处理修复计划和方案以甲方、设计、监理等相关单位最终制定的为准。