市政排水系统的健康状态评估与维修建议

李松勤

（深圳市水务工程检测有限公司，深圳 518000）

0 引 言

市政排水系统是排除与处理城市雨污水的重要工程设施系统，主要由排水管道与污水处理厂构成。现今，在实行雨污水分流的情况下，雨水通过雨水管道系统收集后，就近排入水体；污水由污水管道收集之污水处理子系统处理后，进行回收利用或排入水体。市政排水系统的运行状态直接影响了城市的居住安全与水环境。本文以深圳市某区黑臭水体治理工程中，采用管道闭路电视（CCTV）检测技术对其中某区域范围内的雨水、污水管道进行检测、分析、评估的过程与成果为例，说明了CCTV检测技术用于管道检测的有效性，并根据检测结果对相应的管道维修、养护提供了合理的建议。

1 管道检测技术与评估方法

1.1 管道检测技术概述

目前，常见的排水管道检测技术主要包括：闭路电视检测、声纳检测、潜望镜检测超声检测[1]等。闭路电视检测目前主要采用管道机器人进行采集图像，通过有线或无线传输，将管道内壁的实时可视图像回传回检测人员进行检测的方法；声纳检测通过主动向水中发射声波照射探测目标，通过回波参数测定目标参数，并采用颜色区分信号强弱，并标识信号类型与反射面性质；潜望镜检测类似于简化版本的闭路电视检测，但仅将摄像头置于检查井与管道交界处用于快速检测。以上检测技术各有特点。检测技术对比表，见表1。

表1 检测技术对比表

综上，仅有闭路电视检测技术能实时反应管内影像，虽有需要进行管道预处理等问题，但其覆盖大部分缺陷，是管内检测、详查的首选技术[2]。

1.2 管道闭路电视（CCTV）检测技术与检测流程

闭路电视（CCTV）检测技术，其检测系统的基本设备包括以下部件：摄像机（主图像传感器）、距离检测仪（判定走行距离）、照明系统（确保图像亮度）、电源系统（有线或电池供电）、控制系统、爬行器（走行系统）等。通过控制机器人在管内走行，将的实时影像进行回传，后进行详细的缺陷判别、分析与管道评估。检测流程主要由4部分组成，分别为资料收集、现场踏勘、管道预处理、管道检测[3-5]。

其中，资料收集目的是通过收集管道竣工图与区域管线的分布资料，明确检测管线基本资料，确定管线位置、检查井位置等关键信息；现场踏勘目的是通过实地踏勘确定周边场地的状况，交通时间等因素，以确定适宜的检测时间，并制定详细的检测方案；管道预处理是封堵、抽水、清淤等措施，使得管道内水位＜0.2倍直径且＜30cm，管道内淤积＜20cm，保证CCTV检测的实施条件；管道检测为检测的实施阶段，通过控制带摄像头的机器人在管道内走行，对管道内存有的缺陷对其状态、影像、位置进行记录并进行回传。

1.3 管道缺陷判定与评估概述

管道检测完成后，得到各个管段影像数据资料。依据《城市排水管道检测与评估技术规程》（以下简称“规程”），采用软件识别与人工识别对影像资料进行解析，可对管道结构缺陷，如破裂、变形、错口、腐蚀、起伏、脱节、接口材料脱落、支管案接、异物穿入、渗漏；对功能性缺陷如沉积、结垢、障碍物、残墙、坝根、树根、浮渣等缺陷进行判别。

首先根据缺陷性质进行分类，分为结构性缺陷与功能性缺陷两类构成，而后针对各个具体缺陷类型，依据规程对其进行缺陷等级判别，并根据等级进行赋分。规程缺陷等级分类，见表2。

表2 缺陷等级分类表

对于某一管段，其状况进行评估时，其整体缺陷参数按如式（1）进行计算：

式中，Para为（结构性/功能性）缺陷参数，State为状态参数，Statemax为最高分数（检测管段单一缺陷）。规程根据缺陷间距，对缺陷分为两类：独立缺陷——间距＞1.5m；相互影响缺陷——间距＞1.0m且≤1.5m。根据以上分类，对缺陷平分分别计数进行均值计算，计算公式为：

式中，n1、pi1为（独立缺陷）数量与缺陷分值，n2、pi2为（相互影响缺陷）数量与分值，k为相互影响缺陷加权系数，加权值为1.1。通过式（1）～式（3）计算当前检测管段结构性/功能性缺陷参数，缺陷评价表，见表3。并根据表（3）评价该检测管段状态。

表3 缺陷评价表

根据计算结构性/功能性缺陷参数，并依据规程，综合结构性缺陷因素、地区重要性因素、管道重要性因素土质等参数，可分别得到管段修复等级RI、管段养护等级MI，为维修、改建与管道的养护提供数据支撑。

2 工程实例分析

2.1 工程概况与设备选型

本次数据基于深圳市某区管道检测项目，该次检测管道总长约1011m，共计检测56管段，所检测管道结构均为钢筋混凝土管与HDPE管，管径分别为DN400与DN600。

2.2 检测结果与分析

通过CCTV检测，已检管段中共发现7处轻微功能性缺陷、5处严重功能性缺陷； 14处轻微结构性缺陷、53处中等结构性缺陷、14处严重结构性缺陷与4处重大结构性缺陷。根据检测结果，缺陷进行分类、分级统计。本次检测中，功能性缺陷统计，见表4。主要功能性缺陷为沉积，占总体缺陷的83.3%，其中60%沉积较为轻微，40%沉积缺陷较为严重。由于不存在重大级别功能性缺陷，下文将以结构性缺陷为主要讨论对象。

表4 功能性缺陷统计表

本次检测中，结构性缺陷的分类、分级统计，结构性缺陷统计表，见5。根据统计结果，破裂缺陷为主要缺陷，总占比为57.6%，其中2级中等缺陷为34个，在破裂缺陷中占比为69.4%，总体占比为40.0%。错口缺陷为次要缺陷，总占比为20.0%，其中2级中等缺陷为13个，在错口缺陷中占比为76.5%，总体占比为15.3%。脱节缺陷总占比虽仅为2.4%，但均为4级重大缺陷，较为严重，在重大缺陷中占比达50%，不可忽视。其余变形缺陷、腐蚀缺陷、支管暗接缺陷、异物穿入、渗漏等缺陷总体轻微，且几类缺陷合计总占比仅为17.6%，且以1级～2级缺陷为主要构成，在后续讨论中将不作为重点[6-7]。

表5 结构性缺陷统计表

其中，结构性缺陷中，主要缺陷（破裂缺陷）、次要缺陷（错口缺陷）与其余较严重缺陷（脱节与异物穿入缺陷）。

针对结构性缺陷中的主、次要缺陷进行进一步分析，影像中反映该类缺陷均为钢筋混凝土材质管节产生，其余HPDE材质不检出同类缺陷（破裂与错口缺陷），这说明本区域内，缺陷类型与管节材料密切相关。通过对钢筋混凝土材料管节的缺陷密度与修复指数RI进行计算并统计，结构性缺陷统计图，见图1。

图1 结构性缺陷统计图

由图1可知，钢筋混凝土管的缺陷密度近乎平均分布，维修指数RI=1.4的管节占总缺陷管节数的43.75%，维修指数RI=3.95的管节占总缺陷管节数的25.00%。钢筋混凝土管节显示出明显且广泛的缺陷状态，可能是由于以下原因导致。从敷设时间上考虑，该区域钢筋混凝土管道普遍较早敷设，使用年限较长，使用寿命不足；从管节制造上考虑，钢筋混凝土管可能存在配筋率不足、接口制造精度不足等原因导致的生产质量安装较差等问题，进而导致以上普遍缺陷；从管道施工上考虑，可能由于运输、吊运导致损坏或管道基础、管道覆土不满足规范要求等不规范施工导致普遍缺陷；从使用阶段考虑，可能由于管道上方车辆荷载超标，导致管道压力超过设计冗余，进而导致大范围破裂[8]。

3.3 维修建议

根据缺陷参数、缺陷分布、管节参数计算修复指数RI与养护指数MI，管段修复、养护等级统计表，见表6。

表6 管段修复、养护等级统计表

根据修复指数统计显示，4处结构性重大缺陷，需要立即修复，29处需制定修复计划。针对缺陷发展较为严重的钢筋混凝土管节，建议针对性的修复[7-8]：对于破裂发展较为轻微的管节，玻璃纤维等修补材料进行修补或采用注浆法对裂缝进行封闭，避免裂纹拓展与内部钢筋进一步锈蚀；对于破裂较严重的管节，建议综合考虑埋设位置与周围交通状况，进行针对性更换更高等级的管节或采取HDPE等新材质管道；对于接口错口严重处，建议采用开挖或内衬钢套筒等方式进行修复；对于管道基础出现破坏的区段，建议采用注浆等方式对地基进行加强，或采用开挖后夯实重新敷设管节进行处理；对于部分交通量较大道路下的破损环节，建议采用开挖后，增设方包等保护结构等方式，加强管道结构的保护，防止超限荷载导致的破坏。

根据养护指数统计显示，2处功能性缺陷需尽快处理，为沉积缺陷。建议采用以下方法进行处理[9]：因根据CCTV检测图像对沉积物进行分类辨识，根据沉积物类型选择疏通技术；调查需疏通管道直径与管节两侧检查井埋深、尺寸规格，确定是否符合疏通技术的适用性；建议采用高压射水+绞车疏通方法进行处置，该方法清洁效果较好且适用范围较广。对于部分油脂性沉积，建议结合化学方法进行综合疏通。

4 结 论

文章基于对深圳市某区数段不同直径、规格、材质排水管道的CCTV检测评估结果进行分析。结果揭示，排水管道系统存在85处结构性缺陷与8处功能性缺陷，以钢筋混凝土管道的破裂、错口缺陷为主、次要结构性缺陷，以管道沉积为主要功能性缺陷。其中，钢筋混凝土管道在时间、制造、施工、运营等多维度因素下发生了普遍性的结构性破坏。针对其破坏原因进行了详细分析并针对不同情况提出了相应的建议处置办法：管道修补、开挖更换、基础处置、套管修复、保护结构加强。同时针对管道沉积缺陷提出了建议性的疏通方法，采用高压射水+绞车疏通或结合化学处理方法进行综合治理。文章研究为管道检测评估提供了工程实例为参照，同时为排水管道维修养护提供了可参考的工程经验。