一种排水管道缺陷定量化综合评估方法

摘要

一种排水管道缺陷定量化综合评估方法，对排水管道的不同缺陷类型分别进行严重程度分级，缺陷类型包括结构性缺陷和功能性缺陷，每种缺陷分为轻微、中等、严重和紧急四个等级，根据缺陷类型及分级结果，对排水管道整体状况进行评价，将排水管道分为不同的缺陷等级，由此得出对管道进行养护的优先次序，本发明考虑多种缺陷对管道不同性能的影响，综合评价管道密封性、稳定性、功能性及整体状况，并进行定量化表征，因指标数值范围可控，该方法能够有效地比较不同管道缺陷状况，弥补了国内在污水管道评价技术领域的不足。

主权项

一种排水管道缺陷定量化综合评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，对排水管道的不同缺陷类型分别进行严重程度分级，所述缺陷类型包括结构性缺陷和功能性缺陷，所述结构性缺陷包括变形、裂缝、断裂/坍塌、表面腐蚀/破损、突出接口/穿管、接口损坏、接口错位/脱节和支管暗接/错接共计八种类型，所述功能性缺陷包括树根突入、管壁附着物、管底沉积物、其他障碍物、土壤进入、地下水内渗和污水外渗共计七种类型，每种缺陷分为轻微、中等、严重和紧急四个等级，每种缺陷的严重程度表示为R_j＝(r_i1,r_i2,r_i3,r_i4)，r_ij表示一段管道第i种缺陷隶属于第j个等级的程度，r_ij≤1，r_i1为一段管道第i种缺陷隶属于第1个等级的程度，r_i2为一段管道第i种缺陷隶属于第2个等级的程度，r_i3为一段管道第i种缺陷隶属于第3个等级的程度，r_i4为一段管道第i种缺陷隶属于第4个等级的程度；步骤二，根据所述缺陷类型及分级结果，对排水管道整体状况进行评价：(1)确定因素集U＝(U_t,U_s,U_f)，式中U_t为排水管道密封性，包括裂缝、断裂/坍塌、接口损坏、接口错位/脱节、支管暗接/错接、树根突入、土壤进入、其他障碍物、地下水内渗和污水外渗共计十种管道缺陷：U_t＝(u_tC,u_tB/C,...,u_tR)，式中的u_tC,u_tB/C,...,u_tR为排水管道密封性因素，表示上述十种缺陷；U_s为排水管道稳定性，包括变形、裂缝、断裂/坍塌、表面腐蚀/破损、接口损坏、接口错位/脱节、支管暗接/错接、土壤进入、地下水内渗和污水外渗共计十种管道缺陷：U_s＝(u_sD,u_sC,...,u_sE)，u_sD,u_sC,...,u_sE为排水管道稳定性因素，表示上述十种缺陷；U_f为排水管道功能性，包括变形、断裂/坍塌、表面腐蚀/破损、突出接口/穿管、接口错位/脱节、支管暗接/错接、树根突入、管壁附着物、管底沉积物、其他障碍物、土壤进入和地下水内渗共计十二种管道缺陷：U_f＝(u_fR,u_fAD,...,u_fSD)，u_fR,u_fAD,...,u_fSD为排水管道功能性因素，表示上述十二种因素；(2)确定评价集V＝(轻微，中等，严重，紧急)；(3)计算因素权重集其中为排水管道密封性权重，为排水管道稳定性权重，为排水管道功能性权重，$\underset{~f}{A}=(0.077,0.296,0.023,0.090,0.166,0.015,0.034,0.044,0.078,0.119,0.031)$(4)综合评判结果表明一段排水管道中针对于某种特性的缺陷的严重程度分布结果，式中，b_i1、b_i2、b_i3、b_i4分别表示排水管道第i种性能缺陷隶属于轻微、中等、严重和紧急的程度，为第i种特性的权重，为第i种特性缺陷的严重程度；(5)根据综合评判结果计算得到排水管道密封性评价结果排水管道稳定性评价结果排水管道功能性评价结果H_t、H_s、H_f分别表示排水管道密封性、稳定性和功能性综合指数，n_i表示排水管道发生的能够影响第i种性能的缺陷数量，b_i1、b_i2、b_i3、b_i4分别表示排水管道第i种性能缺陷隶属于轻微、中等、严重和紧急的程度；(6)排水管道综合评价指标H＝A_tH_t+A_sH_s+A_fH_f，式中，A_t表示管道密封性缺陷的权重集，A_s表示管道稳定性缺陷的权重集，A_f表示管道功能性缺陷的权重集；步骤三，H值越靠近1，则代表欲评价排水管道与单位紧急缺陷管道越相似，根据H的值，将排水管道分为不同的缺陷等级，由此得出对管道进行养护的优先次序，具体如下：(1)如果0＜H≤0.25，则表示管道轻微缺陷，暂不采取措施，仅在一年内再次对管道进行检测；(2)如果0.25＜H≤0.5，则表示管道中等缺陷，应在半年内安排管道的局部养护措施；(3)如果0.5＜H≤0.75，则表示管道严重缺陷，应在三个月内采取养护措施；(4)如果H＞0.75，则表示管道紧急缺陷，应立即采取养护/抢救措施；所述各种类型的缺陷分级标准如下：(1)变形，用变形率表示，d_o为排水管道的原始直径，d_min为变形后排水管道的最小直径；A_D1、A_D2、A_D3、A_D4分别表示轻微、中等、严重和紧急变形的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示变形率η_D$A_{D1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{15},0\le x<15\\ \frac{30-x}{15},15\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{D2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<15\\ \frac{x-15}{15},15\le x<30\\ \frac{40-x}{10},30\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$$A_{D3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<40\\ \frac{50-x}{10},40\le x<50\\ 0,x\ge 50\end{array}\right.$$A_{D4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<40\\ \frac{x-40}{10},40\le x<50\\ 1,x\ge 50\end{array}\right.$(2)裂缝，分级标准如下：管道出现细裂纹，裂纹长度在环向上不超过0.25个圆周或在纵向上不超过0.5m，为轻微；管道出现明显裂纹，裂纹长度在环向上不超过0.5个圆周或在纵向上不超过1.0m，为中等；管道出现裂缝，裂缝长度在环向上不超过0.5个圆周或在纵向上不超过1.0m，为严重；管道明显开裂，裂缝长度在环向上扩及整个圆周(环向)或在纵向上超过2.0m，为紧急；(3)断裂/坍塌，用断裂/坍塌率表示，θ_B为断裂/坍塌部分的圆弧所在管道圆周对应的角度，A_B2、A_B3、A_B4分别表示中等、严重和紧急断裂/坍塌的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示断裂/坍塌率η_B$A_{B2}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{20},0\le x<20\\ \frac{40-x}{20},20\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$$A_{B3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-20}{10},20\le x<40\\ \frac{60-x}{20},40\le x<60\\ 0,x\ge 60\end{array}\right.$$A_{B4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-40}{20},20\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$(4)表面腐蚀/破损，分级标准如下：表面发黑或表面粗糙，为轻微；表面轻微剥落，管壁出现明显凹凸面，为中等；表面剥落，露出卵石或钢筋，为严重；卵石或钢筋完全显露，为紧急；(5)突出接口/穿管，用接口突出率表示，L_I为支管在干管中突出的长度，d为干管的直径，A_IC1、A_IC2、A_IC3、A_IC4分别表示轻微、中等、严重和紧急突出接口的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示接口突出率η_I$A_{IC1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{20},0\le x<20\\ \frac{40-x}{20},20\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$$A_{IC2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-20}{20},20\le x<40\\ \frac{60-x}{10},40\le x<60\\ 0,x\ge 60\end{array}\right.$$A_{IC3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<40\\ \frac{x-40}{20},40\le x<60\\ \frac{60-x}{20},60\le x<80\\ 0,x\ge 80\end{array}\right.$$A_{IC4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<60\\ \frac{x-60}{20},60\le x<80\\ 1,x\ge 80\end{array}\right.$(6)接口损坏，分级标准如下：接口出现细裂纹，密封材料可见，为轻微；接口出现裂缝，密封材料局部松脱大于45°，为中等；接口出现严重裂缝，密封材料局部松脱大于90°，为严重；接口局部断开，密封材料松脱大于180°，为紧急；(7)接口错位/脱节，用接口错位率表示，g为接口错位距离，t为污水管道的壁厚，A_DJ1、A_DJ2、A_DJ3、A_DJ4分别表示轻微、中等、严重和紧急接口错位的隶属程度，各个等级的接口错位的隶属函数可用分段函数表示：x表示接口错位率η_DJ$A_{DJ1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{0.3},0\le x<0.3\\ \frac{0.6-x}{0.3},0.3\le x<0.6\\ 0,x\ge 0.6\end{array}\right.$$A_{DJ2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<0.3\\ \frac{x-0.3}{0.3},0.3\le x<0.6\\ \frac{0.8-x}{0.2},0.6\le x<0.8\\ 0,x\ge 0.8\end{array}\right.$$A_{DJ3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<0.6\\ \frac{x-0.6}{0.2},0.6\le x<0.8\\ \frac{1-x}{0.2},0.8\le x<1\\ 0,x\ge 1\end{array}\right.$$A_{DJ4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<0.8\\ \frac{x-0.8}{0.2},0.8\le x<1\\ 1,x\ge 1\end{array}\right.$A_OJ1、A_OJ2、A_OJ3、A_OJ4分别表示轻微、中等、严重和紧急接口脱节的隶属程度，隶属函数可用分段函数表示：x表示接口脱节率η_OJ$A_{OJ1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{15},0\le x<15\\ \frac{30-x}{15},15\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{OJ2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<15\\ \frac{x-15}{15},15\le x<30\\ \frac{40-x}{10},30\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$$A_{OJ3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<40\\ \frac{50-x}{10},40\le x<50\\ 0,x\ge 50\end{array}\right.$$A_{OJ4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<40\\ \frac{x-40}{10},40\le x<50\\ 1,x\ge 50\end{array}\right.$(8)支管暗接/错接，分级标准如下：雨水支管接入污水干管，为中等；未明污水支管接入污水干管中，为严重；污水支管接入雨水干管，为紧急；(9)树根突入，用树根突入率表示，A_R为树根所占的横截面积，A为排水管道原有的横截面积，A_R1、A_R2、A_R3、A_R4分别表示轻微、中等、严重和紧急树根入侵的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示树根突入率η_R$A_{R1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{10},0\le x<10\\ \frac{20-x}{10},10\le x<20\\ 0,x\ge 20\end{array}\right.$$A_{R2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<10\\ \frac{x-10}{10},10\le x<20\\ \frac{30-x}{10},20\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{R3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-20}{10},20\le x<30\\ \frac{35-x}{5},30\le x<35\\ 0,x\ge 35\end{array}\right.$$A_{R4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<35\\ 1,x\ge 35\end{array}\right.$(10)管壁附着物，用管壁附着率表示，A_AD为树根所占的横截面积，A为排水管道原有的横截面积，A_AD1、A_AD2、A_AD3、A_AD4分别表示轻微、中等、严重和紧急管壁附着物的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示管壁附着率η_AD$A_{AD1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{10},0\le x<10\\ \frac{20-x}{10},10\le x<20\\ 0,x\ge 20\end{array}\right.$$A_{AD2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<10\\ \frac{x-10}{10},10\le x<20\\ \frac{30-x}{10},20\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{AD3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-20}{10},20\le x<30\\ \frac{35-x}{5},30\le x<35\\ 0,x\ge 35\end{array}\right.$$A_{AD4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<35\\ 1,x\ge 35\end{array}\right.$(11)管底沉淀物，用管底沉淀率表示，A_SD为树根所占的横截面积，A为排水管道原有的横截面积，A_SD1、A_SD2、A_SD3、A_SD4分别表示轻微、中等、严重和紧急管底沉淀物的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示管底沉淀率η_SD$A_{SD1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{15},0\le x<15\\ \frac{30-x}{15},15\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{SD2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<15\\ \frac{x-15}{15},15\le x<30\\ \frac{45-x}{15},30\le x<45\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{SD3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<45\\ \frac{55-x}{10},45\le x<55\\ 0,x\ge 55\end{array}\right.$$A_{SD4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<45\\ \frac{x-45}{10},45\le x<55\\ 1,x\ge 55\end{array}\right.$(12)其他障碍物，用表示，A_OS为树根所占的横截面积，A为排水管道原有的横截面积，A_OO1、A_OO2、A_OO3、A_OO4分别表示轻微、中等、严重和紧急其他障碍物的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示η_OS$A_{OO1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{15},0\le x<15\\ \frac{30-x}{15},15\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{OO2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<15\\ \frac{x-15}{15},15\le x<30\\ \frac{40-x}{10},30\le x<40\\ 0,x\ge 40\end{array}\right.$$A_{OO3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<30\\ \frac{x-30}{10},30\le x<40\\ \frac{50-x}{10},40\le x<50\\ 0,x\ge 50\end{array}\right.$$A_{OO4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<40\\ \frac{x-40}{10},40\le x<50\\ 1,x\ge 50\end{array}\right.$(13)土壤进入，用表示，A_IS为树根所占的横截面积，A为排水管道原有的横截面积，A_IS1、A_IS2、A_IS3、A_IS4分别表示轻微、中等、严重和紧急土壤进入的隶属程度，分级标准参照如下函数：x表示η_IS$A_{IS1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{x}{10},0\le x<10\\ \frac{20-x}{10},10\le x<20\\ 0,x\ge 20\end{array}\right.$$A_{IS2}=\left\{\begin{array}{c}0,x<10\\ \frac{x-10}{10},10\le x<20\\ \frac{25-x}{5},20\le x<25\\ 0,x\ge 25\end{array}\right.$$A_{IS3}=\left\{\begin{array}{c}0,x<20\\ \frac{x-20}{5},20\le x<25\\ \frac{30-x}{5},25\le x<30\\ 0,x\ge 30\end{array}\right.$$A_{IS4}=\left\{\begin{array}{c}0,x<25\\ \frac{x-25}{5},25\le x<30\\ 1,x\ge 30\end{array}\right.$(14)地下水内渗，分级标准如下：缺陷处有滴水现象，为轻微；地下水形成细流进入排水管道，为中等；地下水形成水流进入排水管道，为严重；地下水形成水柱进入排水管道，为紧急；(15)污水外渗，分级标准如下：局部外渗，污水通过渗漏流出管道，为中等；大量外渗，污水冲刷管道周围土壤，造成凹洞，为严重；污水完全外漏，污水冲刷管道周围，造成凹洞，为紧急。