城市地下排水管道運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)新技術(shù)研究

摘 要：城市排水管道承擔(dān)著雨水、生活污水、工業(yè)廢水等的排放任務(wù)，目前我國(guó)很多城市老城區(qū)的排水管已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，加上長(zhǎng)期以來(lái)重建設(shè)輕管養(yǎng)，地下排水管道不同程度的出現(xiàn)了一系列結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷，嚴(yán)重影響了管道運(yùn)行安全。本文基于閉路電視檢測(cè)技術(shù)（CCTV）研究了筏式CCTV和軌道牽引式CCTV檢測(cè)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不清淤不堵水運(yùn)行狀態(tài)下的排水管道檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：排水管道；CCTV檢測(cè)；筏式；軌道牽引式

1 研究背景與意義

伴隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速，給城市基礎(chǔ)設(shè)施特別是老城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了巨大的運(yùn)行壓力。地下排水管道是城市建設(shè)發(fā)展中最重要的地下基礎(chǔ)設(shè)施之一，有著“城市血管”之稱(chēng)。目前我國(guó)排水管道修建多采用混凝土管道，排水管道的設(shè)計(jì)使用年限在30到40年左右，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)城市老城區(qū)中排水管道已經(jīng)超過(guò)了設(shè)計(jì)使用年限。

資料顯示目前我國(guó)的排水管道腐蝕、錯(cuò)口、堵塞、滲漏、破裂等一系列結(jié)構(gòu)性問(wèn)題和功能性問(wèn)題普遍存在，這些缺陷不僅影響到管道使用功能的正常發(fā)揮，還會(huì)影響管道周?chē)O(shè)施安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致路面塌陷或發(fā)生沉管事故，危及到人民生命財(cái)產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2008到2010年期間，全國(guó)僅媒體報(bào)道的地下管線事故，平均每天就有5.6起，每年由于路面開(kāi)挖造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約2000億元。2009到2013年期間，全國(guó)直接因地下管線事故而產(chǎn)生死傷的事故共27起，死亡人數(shù)達(dá)117人。

綜上所述，研究城市地下排水管道檢測(cè)，評(píng)估管道風(fēng)險(xiǎn)程度，及早發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處治，對(duì)于保障管道運(yùn)行安全及人民生命財(cái)產(chǎn)不受損失具有重要意義。

2 CCTV管道檢測(cè)技術(shù)

在我國(guó)，目前CCTV檢測(cè)技術(shù)在一些大城市中得到率先應(yīng)用并在逐步發(fā)展和完善，隨著管道問(wèn)題越來(lái)越多的出現(xiàn)，很多二線城市開(kāi)始注重管道檢測(cè)并采用以CCTV檢測(cè)技術(shù)為代表的新的管道檢測(cè)手段。

排水管道CCTV檢測(cè)的基本設(shè)備包括攝像機(jī)、電源控制設(shè)備、電線（線卷）及錄影設(shè)備、燈光、承載攝像機(jī)的支架、攝影監(jiān)視器、爬行器和長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x等，適用于管道狀況檢測(cè)、管道修復(fù)、管道驗(yàn)收等。CCTV管道檢測(cè)設(shè)備主要構(gòu)成部分以及相應(yīng)的功能如下：

①爬行器

爬行器主要負(fù)責(zé)攜帶攝像頭進(jìn)入管道，沿管道行進(jìn)，采集管道內(nèi)部圖像，并將圖像數(shù)據(jù)通過(guò)線纜傳輸?shù)焦艿劳獠康娘@示和存儲(chǔ)設(shè)備。

②攝像頭

攝像頭在攝錄管道內(nèi)部情況時(shí)，除了直視前方管道狀況外，還能正面觀察管道內(nèi)壁，所以攝像頭需要能夠旋轉(zhuǎn)一定的角度，同時(shí)攝像頭在轉(zhuǎn)動(dòng)后可以一鍵使其回到原位正視向前。

③控制器

控制器根據(jù)功能可以分為三個(gè)部分：電源部分、爬行器控制部分、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)部分。

排水管道CCTV檢測(cè)技術(shù)的工作原理是操作人員通過(guò)在地面遠(yuǎn)程控制檢測(cè)車(chē)在管道內(nèi)行走并拍攝錄像，地面人員分析由檢測(cè)設(shè)備傳送回來(lái)的錄像對(duì)管道內(nèi)部情況進(jìn)行分析與判斷。

3 筏式與軌道牽引式CCTV檢測(cè)新方法

國(guó)內(nèi)很多老城區(qū)，早期建設(shè)的管道在管道坡度、泥沙濃度，粒徑，重度及粘性考慮較少，為管道埋下了淤堵的隱患。隨著城市擴(kuò)容，管道里程不斷增加，新的排水管網(wǎng)不斷接入，下游新建管道管徑增大，形成上游管徑小，下游管徑大，加之排水量的不斷增加，管道內(nèi)毛發(fā)，糞便、塑料袋以及較大的食物碎渣、泥沙、石塊及少量的樹(shù)葉等雜物不斷淤積，久而久之形成惡性循環(huán)，很多管道淤積嚴(yán)重或高水位運(yùn)行。

由于城市運(yùn)行安全的需要，必須對(duì)這些管道進(jìn)行內(nèi)窺檢測(cè)，參照目前的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，很多正在運(yùn)行管道需要停止運(yùn)行并清淤，而這些管道多處于老城的核心區(qū)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前的檢測(cè)設(shè)備是爬行器搭載攝像設(shè)備，不具備檢測(cè)條件，因此需要研發(fā)新型的CCTV檢測(cè)設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 筏式CCTV檢測(cè)方法

目前很多老城區(qū)排水管道特別是污水管道排放量已經(jīng)超過(guò)原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成排水管道超負(fù)荷或滿負(fù)荷運(yùn)行，現(xiàn)有的CCTV管道檢測(cè)設(shè)備要求管道水位不高于管徑20%，老城區(qū)排水管道水位普遍較高，由于外部因素不具備封堵降水條件，因此現(xiàn)有管道CCTV檢測(cè)設(shè)備不具備檢測(cè)條件?？紤]在不干擾排水管道正常運(yùn)行的情況下，只能采取分時(shí)段當(dāng)水位下降有足夠凈空時(shí)，帶水進(jìn)行排水管道CCTV檢測(cè)作業(yè)，因此需要采用新型的檢測(cè)手段。

3.1.1 筏式CCTV設(shè)計(jì)

基本原理：通過(guò)筏式載體把可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備漂浮于管內(nèi)水中，靠水力托運(yùn)沿水流方向行進(jìn)，數(shù)據(jù)發(fā)射接收線連接管道內(nèi)攝像設(shè)備和地面采集系統(tǒng)，地面采集系統(tǒng)控制攝像頭旋轉(zhuǎn)，在行進(jìn)過(guò)程中攝錄圖像，圖像數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦艿劳獠康臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后通過(guò)分析軟件對(duì)管道內(nèi)部狀況進(jìn)行分析評(píng)估。

基本設(shè)備：筏式載體，可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備，數(shù)據(jù)發(fā)射接收線，距離測(cè)量?jī)x，照明設(shè)備，數(shù)據(jù)采集電腦等。

筏式載體：主要是搭載可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備，用于漂浮管道內(nèi)水體中。

可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備：通過(guò)安裝到筏式載體上，漂浮在管道內(nèi)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)變焦，旋轉(zhuǎn)采集管道內(nèi)部影像資料。

（3）距離測(cè)量?jī)x：主要測(cè)量記錄攝像設(shè)備搭載筏式載體行進(jìn)距離，記錄管道缺陷位置，便于準(zhǔn)確定位查找。

（4）照明設(shè)備：為攝錄提供照明。

（5）數(shù)據(jù)采集電腦：控制攝像設(shè)備采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)分析視頻資料，評(píng)估管道狀況。

3.1.2 筏式CCTV適用范圍

筏式CCTV設(shè)備解決了管內(nèi)水位高且無(wú)法封堵降水，常規(guī)管道CCTV無(wú)法檢測(cè)的難題，同時(shí)解決了淤積較深管道的檢測(cè)問(wèn)題：現(xiàn)有CCTV檢測(cè)設(shè)備遇到淤泥較深的管道，會(huì)出現(xiàn)輪子打滑，無(wú)法爬行等問(wèn)題，筏式CCTV設(shè)備可以通過(guò)預(yù)先穿線拖拉進(jìn)行檢測(cè)。筏式CCTV檢測(cè)新設(shè)備可適用于以下幾類(lèi)管道：

①有足夠凈空，管內(nèi)水位大于管徑20%且不具備封堵降水條件的管道；endprint

②淤泥較深管道，現(xiàn)有管道CCTV設(shè)備無(wú)法檢測(cè)管道；

③管內(nèi)水流平穩(wěn)且無(wú)較大彎道的管道。

檢測(cè)成果如圖3.2，3.3，取得了良好的效果。

3.2 軌道牽引式CCTV檢測(cè)方法

目前老城區(qū)很多老舊管道設(shè)計(jì)時(shí)坡度不夠，施工時(shí)對(duì)施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，出現(xiàn)下游管道高程高于上游管道高程，造成上游管道常年積水，水中的泥沙，生活垃圾、糞便、樹(shù)葉等沉積造成管道淤積，甚至淤泥上面有很多浮渣，隨著管道運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，管道內(nèi)壁和管徑腐蝕嚴(yán)重，極易造成滲漏，影響管道運(yùn)行安全，對(duì)這些管道安全狀態(tài)進(jìn)行排查勢(shì)在必行，按目前的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)需要停水，清淤，作為老城區(qū)正在運(yùn)行的這些管道一方面通水功能并沒(méi)有完全喪失，停水不能實(shí)現(xiàn)，另一方面清淤耗時(shí)長(zhǎng)，費(fèi)用過(guò)高。針對(duì)這些管道需要一種新型的，不影響管道運(yùn)行狀態(tài)下的新的檢測(cè)手段，需要一種軌道牽引式CCTV檢測(cè)設(shè)備。

3.2.1 軌道牽引式CCTV設(shè)計(jì)

基本原理：在兩個(gè)檢查井處加固兩個(gè)支架，用于作為在管道內(nèi)建立軌道起始支點(diǎn)，把軌道線連接到起始支點(diǎn)，調(diào)試安裝好行進(jìn)軌道，把高精度攝像頭固定到軌道線上，攝像頭的行走靠牽引線牽引，通過(guò)牽引線把攝像設(shè)備從檢測(cè)開(kāi)始的檢測(cè)井支點(diǎn)牽引到檢測(cè)結(jié)束的檢測(cè)井支點(diǎn)，在牽引行進(jìn)過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)采集電腦控制攝像設(shè)備采集管道內(nèi)部圖像，并通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)射接收線把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集電腦中，然后對(duì)管道內(nèi)部狀況進(jìn)行分析評(píng)估，如圖3.4所示。

基本設(shè)備：固定支架，行進(jìn)軌道組合，可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備，牽引線纜，距離測(cè)量?jī)x，數(shù)據(jù)發(fā)射接收線，照明設(shè)備，數(shù)據(jù)采集電腦等。

行走軌道組合：包括檢測(cè)井固定支架，軌道線纜等，主要是為攝像頭提供行進(jìn)軌道。

可旋轉(zhuǎn)攝像設(shè)備：通過(guò)搭載到行走軌道設(shè)備上，在管道內(nèi)采集管道內(nèi)部圖像。

距離測(cè)量?jī)x：主要測(cè)量記錄攝像設(shè)備在軌道上行進(jìn)距離，便于記錄管道缺陷位置，準(zhǔn)確定位查找。

數(shù)據(jù)發(fā)射接收線：把攝像設(shè)備在管內(nèi)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞論?jù)采集系統(tǒng)里，把地面控制攝像設(shè)備旋轉(zhuǎn)，變焦等指令下達(dá)給攝像設(shè)備。

照明設(shè)備：為攝錄提供照明。

數(shù)據(jù)采集電腦：控制攝像設(shè)備采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)分析視頻資料，評(píng)估管道狀況。

（7）牽引線纜：主要為攝像設(shè)備提供前進(jìn)動(dòng)力。

3.2.2 軌道牽引式CCTV適用范圍

軌道牽引式CCTV檢測(cè)新方法，解決了管底淤泥淤積，浮渣等垃圾造成的常規(guī)CCTV無(wú)法通過(guò)的困境，實(shí)現(xiàn)不清淤，不抽水，繞過(guò)障礙物對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)的目的。

軌道牽引式CCTV設(shè)備適用于：

①管內(nèi)淤泥多，現(xiàn)有CCTV管道檢測(cè)設(shè)備難以或無(wú)法通過(guò)的管道；

②管內(nèi)水流靜止，筏式CCTV不具備檢測(cè)條件管道；

③浮渣多，有障礙物，爬行CCTV或筏式CCTV無(wú)法通過(guò)的管道。

檢測(cè)成果如下圖3.6，3.7取得了良好的效果。

4 結(jié)論

本文針對(duì)高水位運(yùn)行管道，基于CCTV檢測(cè)技術(shù)探討了筏式CCTV檢測(cè)新技術(shù)，解決了水位高，常規(guī)CCTV無(wú)法檢測(cè)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)下的排水管道檢測(cè)。針對(duì)淤積嚴(yán)重管道，探討了了軌道牽引式CCTV檢測(cè)新技術(shù)，解決了淤積管道常規(guī)CCTV難以通行檢測(cè)的難題，實(shí)現(xiàn)了淤積管道不清淤CCTV檢測(cè)，通過(guò)管道運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)管道存在的功能性及結(jié)構(gòu)性缺陷，對(duì)于加強(qiáng)管道養(yǎng)護(hù)管理，研究城市地下排水安全狀態(tài)具有重要意義，對(duì)于防止管道事故發(fā)生，保證人民生命財(cái)產(chǎn)意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] 時(shí)珍寶.上海市排水系統(tǒng)地下水滲入量研究[D].[碩士學(xué)位論文].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004

[2] 黃靖修.都市重劃區(qū)既設(shè)污水管線修繕規(guī)劃評(píng)估方法[J].地下管道，2001（10）： 20-42

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. CJJ181-2012.城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程[S] 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

[4] 趙鵬.基于CCTV檢測(cè)技術(shù)的鄭州市排水管道安全狀態(tài)評(píng)估研究[D]：[碩士學(xué)位論文].鄭州：鄭州大學(xué)，2016

[5] 徐建國(guó)，胡會(huì)明，李松濤，等，地下管道脫空滲漏高聚物注漿抬升修復(fù)與數(shù)值分析[J]，水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2015endprint