市政管网检测及结构性缺陷分析研究

市政管网检测及结构性缺陷分析研究

姚,耀

中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西省咸阳市 712000

摘要:本文简要说明了电视检测、管道潜望镜检测及声纳检测的基本概念、检测条件及优缺点，对结构性缺陷进行评估，结合具体的工程实例，对结构性缺陷原因进行分析，采用新工艺、新方法、薄弱环节重点控制的原则制定措施，有效提高了工程质量，希望给类似工程提供参考。

关键词:市政管网；管道检测；管道评估；结构性缺陷；

引言

城市地下管网近年来面临着超负荷、超年限使用, 此外在项目建设初期管道设计未考虑雨污分流, 存在管道错接、漏接, 部分管道建设过程中施工操作不当及缺乏规范的运行维护管理等, 导致地下管道堵塞、破损、腐蚀、渗漏的现象越来越突出。伴随着国家对生态环境保护和监督工作的加强, 各城市老城片区正本清源及雨污分流工程逐渐兴起，因此, 市政管网检测及缺陷分析显得尤为重要。

1 管道检测

1.1 电视检测

管道闭路电视检测系统(简称CCTV)是目前国际上管道状况检测最为常用的一种手段，可以适用于管径150mm以上管网检测。操作人员通过主控器，可以控制“爬行器”在管道内前进速度和方向，使其边沿管网前行，边拍摄采集图像进行实时管网监测，并将原始图像记录存储，以备进一步的分析。当完成CCTV的外业工作后，根据检测的影像数据分析管网内部结构状况、功能状况，编写检测报告。并根据用户的要求对CCTV影像数据进行处理，最终以光盘或录像带形式存盘。检测过程中需注意的事项如下：

（1）管径小于等于200mm时，直向摄影的行进速度不宜超过0.1m/s；大于200mm时，直向摄影的行进速度不宜超过0.15m/s。

（2）将载有镜头的爬行器安放在检测起始位置后，在开始检测前，应将计数器归零，若检测起点与管道起点位置不一致时，应做补偿设置。

（3）在爬行器行进过程中，禁止使用镜头的变焦功能，当使用变焦功能时，爬行器应持在静止状态。需要爬行器继续行进时，应将镜头的焦距恢复到最短焦距位置。

（4）侧向摄影时，爬行器必须停止，同时变动拍摄角度和焦距以获得最佳图像。

（5）在检测过程中发现存在缺陷时，应将爬行器在完全能够解析缺陷的位置至少停止10秒钟，确保所拍摄的缺陷图像的完整性。

1.2 管道潜望镜检测

管道潜望镜（简称QV)是一款新型的影像快速检测系统，该产品采用工业级高分辨率彩色摄像系统和便携式智能控制影像录制处理终端，配备强力照明光源和高强度伸缩加长杆，实现对各种隐蔽空间、水下、易燃、易爆、辐射等高危场所进行实时影像检测、分析处理。

管道潜望镜采用伸缩杆将摄像机送到被检测管井或隐敝空间，能够在直径150～1500mm管网的管口探测管道内部情况进行视频判断。工作人员对控制系统进行镜头焦距、照明控制等操作，可通过监视器观察管道内实际情况并进行录像，以确定管道内的破坏程度、病害情况等，最终出具管道的检测报告，作为管道验收、养护的依据。

1.3 声纳检测

声纳检测是通过声纳设备以水为介质对管道内壁进行扫描，扫描结果以计算机进行处理得出管道内部的过水断面状况，但是不能检测管道的裂缝等细节的结构性问题，故声纳轮廓图不应作为结构性缺陷的最终评判依据。声纳检测系统包括水下扫描单元（安装在漂浮、爬行器上）、声学处理单元、高分辨率彩色监视器和计算机。

通过三种检测方法的对比分析，总结了三种管道检测方法的检测条件、优缺点见表1-1：

表1-1 管道检测方法对比分析表

2 管道评估

管道缺陷按性质分为结构性缺陷和功能性缺陷，各缺陷等级划分见表2-1，本文详细介绍了结构性缺陷，关于功能性缺陷的具体内容可查阅中华人民共和国行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181-2012。

表2-1 缺陷等级分类表

其中，结构性缺陷有破裂、变形、腐蚀、错口、起伏、脱节、接口材料脱落、支管暗接、异物穿入、渗漏，共计10种。

2.1 管段结构性参数

管段结构性参数F的确定是依据排水管道缺陷的开关效应原理，即一处受阻，全线不通。因此，管段的损坏状况等级取决于该管段中最严重的缺陷

（1）管段结构性参数应按下列公式计算：

当Smax≥S时，F =Smax                   （2.1-1）   

当Smax＜S时，F =S                      （2.1-2）

式中：  F——管段结构性缺陷参数；

Smax——管段损坏状况参数，管段结构性缺陷中损坏最严重处的分值；

S——管段损坏状况参数，按缺陷点数计算的平均分值。

（2）管段损坏状况参数S应按下列公式计算：

                                           （2.1-3）

max｛Pi｝                  （2.1-4）

n = n1 + n2                    （2.1-5）

式中：n ——管段的结构性缺陷数量；

n1——纵向净距大于1.5m的缺陷数量；

n2——纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷数量；

Pi1——纵向净距大于1.5m的缺陷分值，按表8.2.3取值；

Pi2——纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的缺陷分值，按表8.2.3取值；

α——结构性缺陷影响系数，与缺陷间距有关。当缺陷的纵向净距大于1.0m且不大于1.5m时，α =1.1。

2.2管段结构性缺陷密度

管段结构性缺陷密度是基于管段缺陷平均值S时，对应S的缺陷总长度占管段长度的比值。该缺陷总长度是计算值，并不是管段的实际缺陷长度。缺陷密度值越大，表示该管段的缺陷数量越多。当管段存在结构性缺陷时，结构性缺陷密度应按下式计算：

                                                              （2.1-6） 

式中：SM——管段结构性缺陷密度；

       L——管段长度（m）；

Li1——纵向净距大于1.5m的结构性缺陷长度（m）；

Li2——纵向净距大于1.0m且不大于1.5m的结构性缺陷长度（m）。

2.3 管段结构性缺陷等级

管段结构性缺陷等级的确定应符合表2-2的规定。管段结构性缺陷类型评估可按表2-3确定。

表2-3  管段结构性缺陷类型评估参考表

2.4 管段的修复指数

管段的修复指数是在确定管段本体结构缺陷等级后，再综合管道重要性与环境因素，表示管段修复紧迫性的指标。管道只要有缺陷，就需要修复。但是如果需要修复的管道多，在修复力量有限、修复队伍任务繁重的情况下，制定管道的修复计划就应该根据缺陷的严重程度和缺陷对周围的影响程度，根据缺陷的轻重缓急制定修复计划。修复指数是制定修复计划的依据。

（1）管段的修复指数应按下式计算：

   RI=0.7×F + 0.1×K + 0.05×E + 0.15×T           （2.1-7）

式中：RI —— 管段修复指数；

      K——地区重要性参数；

      E——管道重要性参数；

      T——土质影响参数。

（2）管段的修复等级应符合表2-4的规定。

表2-4 管段修复等级划分

3 工程实例

3.1工程概况

泾河市政项目对已安装的管道进行了CCTV内窥检测，共检测12期，经检测评定管道存在Ⅱ级及Ⅱ级以上质量缺陷54个，其中Ⅱ级缺陷34个，Ⅲ级缺陷17个；Ⅳ级缺陷3个。存在的主要结构缺陷有起伏、渗漏、变形、破裂四种，四种结构性缺陷柱状图见图3-1；功能性缺陷较少，主要为沉积，且沉淀物厚度小于管径的30%（Ⅰ级）。

3.2缺陷成因及控制措施

针对起伏、渗漏、变形、破裂四种结构性缺陷进行成因分析见表3-1，分析发现造成缺陷的主要原因是管道基础、管道连接和管道周围回填施工质量差。为确保工程质量，对引起管道结构性缺陷的质量问题进行原因分析，制定控制措施：

表3-1 四种结构性缺陷成因分析

3.2.1 管道基础施工质量差

原因分析：

施工图纸规定：对软土基地，采用换填或抛石，处理后地基承载力特征值应不小于100kPa。经现场调查，沟槽开挖深度较深，且鹰潭地下水位高，基础承载力受地下水位影响大。

制定措施：

为确保沟槽基础施工质量，严禁施工过程中带水作业，并查阅相关资料，依据欧洲预期标准ENV1046:2000，标准采用土工布（土工织物）对敷设在高地下水位的软土地层中的管道进行纵向及横向加固。因此，当沟槽软土基础受地下水影响的井段，增加施工工艺，制定措施如下：在地基土层变动部位减少管道纵向不均匀沉降，敷设土工布见图3-2，土工布的搭接不小于0.5m，土工布包覆后能起到地基梁的作用。

3.2.2 管道连接的质量差

原因分析：

管道连接采用常用的单承口的密封圈连接方式，将管道的插口端插人相邻管端的承口端，并在承口和插口管端间的空隙内用配套的橡胶密封圈密封构成的连接，属柔性接头。经现场分析：

（1）承插式橡胶密封圈连接过程中，橡胶密封圈易发生位移；

（2）插口端不宜插到承口底部，应留出不小于10mm的伸缩空隙，整体性差；

（3）连接宜在环境温度较高时进行，工程处于冬季，接口质量受环境温度影响大；

（4）辅助材料易受腐蚀影响，加快老化。

制定措施：

为提高管道连接施工质量，项目对承插式电熔连接进行研究，它是利用镶嵌在连接处接触面的电热元件通电后产生的高温将接触面熔接成整体的连接方法，施工中主要注意事项如下：

（1）电熔设备必须由管材厂家配套提供；

（2）连接前，应先清除承插口工作面的污垢，检查电热网焊线是否完好，并确认插口应插人承口的深度；

（3）通电前先用锁紧扣带在承口外扣紧，然后根据不同型号的管道设定电流及通电时间；

（4）接通电源期间，不得移动管道或在连接件上施加任何外力，通电时要特别注意连接电缆线不能受力，以防短路，直至外接电熔丝处有聚乙烯熔滴生成为止。

（5）通电完成后，适当收紧扣带，并保持一定的冷却时间40-60分钟。在自然冷却期间，不得移动管道。

经研究分析，对两种方法的优缺点对比（见表3-2），项目改变施工工艺，采用接口整体性性好、防渗性好的承插式电熔连接，现场按管材厂家技术指导施工，保证接口施工质量。

表3-2 承插式橡胶密封圈连接和承插式电熔连接对比

3.2.3 管道周围回填质量差

原因分析：

沟槽回填密实度对控制管道的变形有很大影响，其中管底腋角和钢板桩拔出后的空隙部位回填质量难控制，是回填质量的薄弱环节。

制定措施：

针对回填质量薄弱环节，现场加强管控，要求如下：

（1）在管道的土弧基础中心角2a加30°范围内的管底腋角部位必须用中砂或粗砂填充密实，并与管壁紧密接触，不得用土或其他细颗粒材料填充；

（2）当沟槽采用钢板桩支护时，在回填达到规定高度后，方可拔除钢板桩。钢板桩拔除后应及时回填桩孔，现场用砂灌填时，采用冲水密实法；必要时也可采取用边拔边注浆的措施。

（3）管道周围回填必须采用中粗砂回填，且不得含有石块、砖及其他杂硬物体。

4 结论

（1）CCTV检测及评估技术直观反应了管道内部实际情况，对管道质量进行比较准确的评价，且操作简单、技术成熟。在以后的管网施工中，将发挥越来越重要的作用；

（2）本工程对Ⅱ级以上（包括Ⅱ级）的结构性缺陷进行修复，局部损坏小的采用非开挖技术点状CIPP法修复，局部损坏严重的开挖切除破损管段，采用换管或砌筑检查井的方式修复。通过城市管网检测及结构性缺陷分析，提高了管道连接、管道基础及管道周围回填的施工质量，减少返工、节约了成本。

参考文献：

[1]王强,苗金明. 地下管网检测技术[M].机械工业出版社, 2014(01).259.
[2]李立碑.市政管网工程存在的问题与质量控制[J].河南科技,2011(15):84-85.

[3]张海峰.探究市政管网渗漏的检测与控制[J].工程建设与设计,2020(13):77-78+81.