管道量化检测机器人在管道修复设计中的应用

摘要：在CIPP管道修复设计中，内衬管厚度的设计需要相关参数进行计算，若不对待修复管道进行的量化，则相当一部分参数需要进行估算或者按照传统方法进行给定，例如在管道变形量无法进行量化时，进行内衬管厚度计算时，管道变形量一般取值为2%，但是对于管道变形量大于2%时，则会对内衬厚度计算产生偏差，导致修复失败，因此在管道修复设计中，采用管道量化检测机器人对管道进行量化处理，获得管道的几何参数，对管道修复设计起到关键作用。

关键词：量化检测，管道检测机器人，管道变形量，管道修复设计，结构性修复；

1 引言

 随着城市现代化进程不断加快，人们对于城市建设有了越来越高的要求。其中城市的排水工程就是很重要的一项城市建设，这关系着居民的生活和安全。给排水设计和管道修复是给排水工程的重点，设计是施工的重要前提，管道修复是保障管道正常使用的重要手段。

 关于非开挖技术，上定义为“利用微开挖或不开挖技术对地下管线。管道和地下电缆进行铺设、修复或更换的一门科学”。非开挖管道修复技术初在英国开始应用，其中技术主要包括管道内部检测技术，管道清洗技术以及管道修复技术。在管道修复技术中，原位固化法逐渐成为主流的管道修复技术。该工艺将修复材料在原管道中通过循环热水或蒸汽固化，形成管中管结构，增强了原有管道的结构强度。

紫外光固化法作为原位固化法（Cured-in-place-Pipe，简称CIPP）的升级修复方法，通过将玻璃纤维增强内衬材料通过拉入紫外灯光链产生的紫外光进行固化，其修复后的管道质量和安全性与通过钢管进行修复后的质量相当，同时由于玻璃纤维增强的软管具有较高的力学性能，减少了内衬管的设计厚度，并可以增强固化效果。因此采用玻璃纤维增强复合材料的紫外光固化法进行地下管道修复具有广阔的发展前景。

2 排水管道结构性修复设计思路

2.1 方法及定义

依据行业标准《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》，排水管道非开挖修复分为半结构性修复与结构性修复。半结构性修复(Semi—structural rehabilitation) 定义为新的内衬管依赖于原有管道的结构，在设计寿命之内仅需要承受外部的静水压力，而外部土压力和动荷载任然原有管道支撑。结构性修复 (Structural rehabilitation ) 定义为修复后的新管道结构具有不依赖于旧管道而独立承受外部静水压力、土压力和动荷载作用的性能。排水管道结构性修复内衬壁厚反映了在安全经济条件下，内衬管道与原有管道分担水、土荷载以及动荷载的能力。不同修复工艺其内衬管道壁厚的计算方式不同。

2.2 内衬管壁厚度设计

根据ASTM标准，对于管道修复设计中分为局部破坏管道和*破坏管道，因此针对不同的破坏情况，需要进行半结构性修复或结构性修复。

在进行内衬管壁厚度设计时，需要考虑很多变量和参数，以确保设计的管道能够承受外部载荷的性能。参数取值决定了修复设计的合理性，如果无法取得精确的参数值，则采用工程评价的方法进行评价和取值。

3 管道变形量对结构性修复影响研究

3.1管道变形量影响

      根据现行国家行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程CJJ181》和《城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程》可知管道变形量q会有效影响管道椭圆度修正系数C，进而影响CIPP中管道内衬厚度设计。在现行CIPP修复设计过程中，由于原有管道小内径以及大内径无法准确测算，因此通常在管道结构性修复和半结构性修复中，将管道的形状变形率q取值2%来进行计算，进而计算获得管道内衬厚度，并根据相应的厚度来进行管道修复。

3.2 管道变形量对修复影响研究实验

     部分使用年限较长的排水管道，可能变形量会相对较大，此时依旧采用2%的变形率取值易导致计算的管道内衬厚度不够而使得修复效果不理想或修复失败。

     在一次修复实验过程中，仅通过管道检测机器人对管道进行了常规检测，并没有对管道进行量化，当实验人员进行修复设计时，按照常规的变形量2%作为参数进行内衬修复厚度计算，管顶覆土为2米，管道直径1000mm，ν=0.3，N=2，地下水位0.5米，内衬管短期弹性模量16000Mpa，K=7，经过计算得到内衬管厚度应该在8.02mm。

     实验中，采用8.02mm厚度的内衬管进行管道修复，终出现修复失败，内衬管因为强度原因，发生屈曲变形，如图1和图2所示。

     后通过管道量化检测机器人进行检测，测量得到该管道大直径为1111mm，如图3所示，计算变形率为11%。若将变形量参数修改为11%后，再通过上述方法对内衬管壁厚度进行计算，得到的内衬管壁厚度为t=13.64mm。

 在管道修复设计中，为了保证修复的合理性，科学性，需要对计算参数进行合理的测算，采用管道量化检测机器人，对管道进行量化，根据管道的三维数据，可以获取包括变形量在内的多种修复设计参数，无需对相关参数进行预估，使得在管道修复中，内衬厚度设计能够更加科学。进一步的，管道量化机器人可以延伸至新管验收、管道养护计划、雨污混接调查和排口溯源领域，为管道的验收，养护，排查提供科学参考。

5 参考文献

【1】安关峰, 刘添俊, 张洪彬. 排水管道结构修复内衬壁厚的计算方法及应用[J]. 特种结构, 2014, 031(001):91-95,99。

【2】马保松. 非开挖管道修复更新技术[M]. 人民交通出版社, 2014。

【3】赵雅宏, 曾正, 马保松. 《给排水管道原位固化法修复工程技术规程》关键技术[J]. 特种结构, 2019, 036(001):108-112。

【4】中华人民共和国行业标准CJJT 210-2014 城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程。

【5】美国 ASTM 标准 F1947—04折叠聚氯乙烯内衬管修复污水管道的标准规范

Standard Practice for Installation of Folded Poly(Vinyl Chloride) (PVC)Pipe into Existing Sewer and Conduits。