净水技术|排水管道（箱涵）检测及安全评估技术研究进展
马艳
上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司
上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司研发部排水部经理，博士，高级工程师，主要从事水安全与水质保障技术研发，重点研究领域为污水处理厂尾水水质提升与再生循环利用、污泥快速稳定化减量处理处置、初期雨水减排设施建设运行评估、排水管道安全评估以及污染应急处置等。承担或参与国家水专项“太湖流域上海饮用水安全保障技术集成与示范”，上海市重点课题“污泥微气泡臭氧氧化减量关键技术研究”、“上海饮用水安全保障产业技术创新战略联盟”，上海市博士后科研资助计划项目“污水处理厂尾水利用关键技术研究”以及企业课题“大口径排水管道（箱涵）安全性评估和保护技术研究”、“污水处理厂氨氮减排关键技术研究”、“初期雨水减排设施评估体系和运行指南研究”等10余项科研课题。授权专利3项，发表论文20余篇。
城市排水管道（箱涵）是城市防汛排水保障体系的重要基础设施，承担着确保城市污水有序收集、运输和治理，维护城市日常运行的重要作用，被人们称之为城市的静脉。随着城市建设的发展，城市规模不断扩大，城市公共排水管道设施数量也增长迅速。据中国城镇供排水协会统计，截至2009年底，全国共有公共排水管道343892公里，其中雨水（合流）管道222829公里，污水管道121063公里。一些特大型城市，以上海为例，自上个世纪七十年代开始，陆续开始合流污水管道的建设，迄今为止处于运营状态的合流污水管道（箱涵）总里程达到200多公里，干管输水量占上海污水处理总量的68.8%，在上海城市正常运营中扮演了不可替代的角色。
在排水管道设施量快速增长，数量日益庞大的同时，大量建造时间比较久远的管道仍在使用。上海合流污水管道（箱涵）管龄普遍已达10~30多年，进入或接近设计年限中期。在长期使用过程中，污水长期冲刷腐蚀及软土地基变形、道路负荷加重及扩宽改造、周边施工影响等造成排水管道（箱涵）存在结构性和功能性缺陷，其所引起的渗漏、变形、破裂甚至坍塌等安全事故日渐成为城市安全的隐患，受到民众越来越多的关注和重视。为提高城市排水管道的运行和管理水平，适应城市发展和人民生活需求，亟需开发管道检测与安全评估技术，及时、准确、全面了解排水管道的结构性和功能性状况，为排水管道的养护、维修和管理工作提供依据。
排水管道（箱涵）检测技术主要包括人工检查、反光镜、量泥斗等传统检测方法和管道闭路电视检测系统（CCTV）、声纳、潜望镜、透地雷达技术、红外线技术等现代排水管道检测技术。由于传统检查方法存在诸多缺陷，特别是人员进入管内检查存在着巨大的安全隐患。随着社会和科技的进步，传统的量泥斗、潜水员手摸管道内壁等方法，已逐步为现代排水管道检测技术所取代。2012年发布的《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ 181-2012）为了推进排水管道仪器检测技术，重点提出了CCTV、声纳和管道潜望镜检测方法。
1.1CCTV检测
管道闭路电视检测系统(CCTV) 出现于20世纪50年代，是专门应用于地下管道检测的工具，是排水管道检测使用最久的检测技术之一，也是目前应用最普遍的方法。该系统在检测时由操作人员在地面远程控制CCTV 检测车，控制其在管道内进行录像拍摄，利用闭路电视采集图像，通过有线传输方式，进行直观影像显示和记录，由相关技术人员根据这些记录影像进行管道内部状况的评价与分析。该检测技术操作方便、图像记录、判断准确直观、避免人员进入管道可能发生的人身伤亡事故，但在检测前需将管道中水位临时降低，必要时需要预清洗管道内壁。CCTV检测技术在国内外排水管道检测中已得到广泛应用，近几年在我国大型城市应用广泛，上海、广州、北京、武汉等地均已应用该检测技术进行管道检测评估，并且得到较好的效果和经验。
1.2声纳检测
声纳检测采用声波反射技术对管道内侧进行声纳扫描，对水中物体进行探测和定位，提供准确的量化数据，检测和鉴定管道的破损情况。声纳具有灵敏度高、穿透力强、探伤灵活、效率高、成本低等优点，可以提供准确的数据资料，并且可与CCTV、各种环境传感器相结合，对管道结构进行全面的检查。但技术只能检测液面以下的管道状况，不能对管道结构性缺陷进行检测。加拿大常用该技术检测和评估长度超过50 km的大管径渠道，我国在上海长宁区也有该技术的应用案例。
1.3潜望镜检测
潜望镜是一种便携式视管道快速检测设备，通过可调节长度的摄像头操作杆将摄像头放入窨井或管道，通过调节照明和摄像头获取清晰的录像或图像。操作人员通过随身配备的显示屏可以直接浏览图像，实时记录和判断管道内的裂纹、堵塞等状况。适用于窨井和靠近窨井管道（管径150～2000mm）的检测。该检测技术操作简便、仪器便携，数据直观，已在国内上海等城市应用，但该技术存在一定不足，不能探测水面下的结构情况、探测距离较短，不能进行连续性检测。
排水管道（箱涵）状态评估是在前期人工、CCTV及声纳等检测结果的基础上，对管道（箱涵）的功能性与结构性状态进行判断评估，确定管道畅通程度与构造的完好程度，以便为后续管道养护及修复提供指导性意见，提高养护及修复的工作效率。目前，国际上如英国、美国、日本、丹麦等地分别出台了与其相适应的评估体系，在管道的养护及修复中发挥了巨大的作用。
2.1英国标准
为了给排水管道检测、评估提供一个可供比较的客观标准，英国水研究中心（WRC）于1980年颁布了《排水管道状况分类手册》，目前该手册已发行了第四版MSCC4（WRC2004），MSCC4是目前英国最常用的管道评估方法。将管道内部状况分为结构性缺陷、功能性缺陷、建造性缺陷和特殊原因造成的缺陷。结构性缺陷分为管身裂痕、管身裂缝、脱节、接头位移、管身断裂、管身穿孔、管身坍塌、管身破损、砂浆脱落、管身变形、砖块位移、砖块遗失共12项；功能性缺陷分为树根侵入、渗水、结垢、堆积物、堵塞、起伏蛇行共6项。通过开发的电视检查编码系统，依赖于CCTV检测，由计算机对各破损进行评分，将管道条件等级转换成1到5的数值范围。但分数较高的管段并不一定塌陷的危险性高，必须考虑其它因素，采取划分结构状况级别等方法以更准确的比较故障的危险性。该方法体系的构成直观易理解，但接口脱节和错位所占权重较低，管道评分中没有考虑管道重要性和地区重要性等方面的因素。
2.2美国标准
美国最常用的管道评估方法是全美不动产协会下水道服务公司（NASSCO）建立的管道评估和认证程序（PACP），PACP法与MSCC中的评估方法非常相似，其目标是通过创建一个全面的数据库，对管道修复更新的优先等级进行准确地划分，明确排水管网系统的规划及其更新需求，形成有效的操作规程，确保各修复项目顺利实施。PACP与MSCC类似，也需依赖于CCTV检测、大量的电子数据表、计算机软件以及操作经验来对下水道条件评级进行评估，将管道条件等级转换成1到5，PACP法管道条件评估等级定义见表1。
表1 PACP法管道条件评估等级定义
|
评估级别 |
状况 |
|
1 |
结构调节基本没有问题 |
|
2 |
有破裂的可能性，但风险较小 |
|
3 |
有破裂的可能性，但近期不会出现 |
|
4 |
在可预见的时期内管道即将破裂 |
|
5 |
管道彻底破裂或破裂及其明显 |
2.3日本标准
针对污水下水道管道缺陷判定基准，日本下水道协会于1993年编写了《下水道设施维护管理计算要领一管道设施编》。1994年，日本下水道事业团技术开发部收集、统计了日本13处大都市的下水道管道损坏程度的判定方法，并编写了《下水道管道设施更新手册调查》。2003年12月颁布了《下水道电视摄像调查规范（方案）》，判定方法分为管道破损、腐蚀、裂缝、错位、起伏蜿蜒、灰浆沾着、漏水、支管突出、油脂附着、树根插入等项目，依据管道损坏程度状况分三级比较。该方法简单精练，但只是提供了管道局部状况的描述方法，不能像英国标准那样直接算出分值并就此确定修复的优先等级，对修复的指导性较弱。
2.4丹麦标准
丹麦在管道检测方面起步比较早，对管道状态评估的方法主要是计算修复指数。其标准将缺陷分为结构性、功能性及特殊构造3大类，各有6项缺陷，采用10分制对所要评估的管道进行评定。丹麦标准缺陷种类简明、判读方便，比英国、日本等国家的技术体系更适合中国国情，但是我国应用条件与丹麦相差较远，如高水位、流沙性土壤等，需根据实际情况进一步调整应用。
2.5国内标准
我国管道检测与评估总体上还处于起步阶段，香港、上海、广州等地区对排水管道检测评估工作开始较早。2009年，香港发布了《管道状况评价（电视检测与评估）技术规程》第4版，该规程分别对管道结构性、功能性、建造性和维修缺陷进行细分，并给予相应的代码，方便检测记录和报告编写。上海于2003年即开始对排水管道进行CCTV检测，其评估体系基本采用了丹麦模式，并吸取日本、英国等地区检测模式的优点，结合上海的实际情况制定。2009年上海市质量技术监督局发布了上海市地方标准《排水管道电视和声纳检测评估技术规程》（DB31/T444-2009），该地方标准是国内首部排水管道内窥检测评估技术规程，国内排水管道评估一般均按照该规程执行。规程中对管道缺陷进行了分类和定级并给出了样图，根据检测录像和图片显示的画面再参考该规程中列出的各缺陷图片进行对比，以此对管道缺陷进行定级。2012年，根据广州、上海、香港等地排水管道检测评估技术规程，结合近几年排水管道CCTV等仪器检测经验和实际情况，参考英国、丹麦、日本等有关国外标准，编制并发布了《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ 181-2012），为我国排水管道检测与评估提供技术标准与依据。
排水管道（箱涵）检测和安全评估技术在我国尚处于起步阶段，为提高城市排水管道的运行和管理水平，适应城市发展和人民生活需求，亟需推进CCTV、声纳和管道潜望镜等排水管道仪器检测技术的应用，结合我国排水管道检测工程经验，制定一个适合当地情况的管道状况评估体系，为评价管道状况、制定合理的修复方案建立基础。