胡 雍

（1.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,廣東 深圳 518000；2.深圳市水務(wù)科技發(fā)展有限公司,廣東 深圳518000）

排水暗涵是城市排水設(shè)施中的重要組成部分。深圳在快速城鎮(zhèn)化的過(guò)程中,采取了先地上后地下、高速度建設(shè)、高負(fù)荷使用的發(fā)展模式,很多歷史遺留的老舊暗涵還在持續(xù)使用。但因時(shí)間久遠(yuǎn)、資料不完善,導(dǎo)致暗涵的位置、走向等基本情況不明,同時(shí)大多數(shù)暗涵的檢修井間距過(guò)大、被埋沒(méi)甚至根本無(wú)檢查井,同時(shí)老舊暗涵上部常常存在違建、搭建的問(wèn)題,導(dǎo)致管理單位日常管養(yǎng)維護(hù)困難,無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)暗涵存在的隱患[1]。如2019 年8 月28 日,深圳市羅湖區(qū)發(fā)生的居民樓垮塌事件,從官方通報(bào)來(lái)看,與樓下的排水暗涵存在關(guān)聯(lián)。由于暗涵一般存在時(shí)間較長(zhǎng),在運(yùn)行過(guò)程中,長(zhǎng)期被水沖刷,周?chē)吔鐥l件也較早期發(fā)生了較大的變化,暗涵內(nèi)常常存在一定的安全隱患[2],同時(shí)這些隱患通常具有隱蔽性強(qiáng)、危害性大的特點(diǎn)[3],在不進(jìn)入暗涵檢測(cè)的情況下,不易被發(fā)現(xiàn)。因此,對(duì)現(xiàn)有的排水暗涵進(jìn)行全面調(diào)查、檢測(cè)評(píng)估有著重要意義。

三維激光掃描技術(shù)因其特殊的數(shù)據(jù)采集模式,在做好安全措施保證作業(yè)人員安全的前提下,利用暗涵進(jìn)出口明顯特征點(diǎn)以及暗涵段已有的檢查井,可以解決暗涵三維位置的準(zhǔn)確測(cè)量以及對(duì)暗涵外觀的全面掃描,是暗涵檢測(cè)的一大利器。

1 工程概況

本工程位于深圳市光明區(qū)新湖街道,暗涵長(zhǎng)度約400 m,暗涵出水口接入茅洲河,經(jīng)前期摸查,暗涵上游大概走向已知,但暗涵地表變化大,從途經(jīng)學(xué)校、從高速公路下方穿過(guò)、穿過(guò)工業(yè)區(qū)等,地面檢查井稀少,同時(shí)局部暗涵段淤積較多、積水較深,常規(guī)測(cè)量手段開(kāi)展難度大,為完成暗涵的檢測(cè)評(píng)估,項(xiàng)目組提出了三維激光掃描與地表特征點(diǎn)相結(jié)合的工作方法,獲取暗涵的三維信息及外觀缺陷。以期為下一步暗涵評(píng)估及隱患整治提供基礎(chǔ)資料。

2 工作方法

三維激光掃描技術(shù)被譽(yù)為“測(cè)繪領(lǐng)域繼GPS 技術(shù)之后的又一次技術(shù)革命”[4],它是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)[5],可以快速獲取目標(biāo)物體表面大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù),將實(shí)體信息轉(zhuǎn)換為可直接處理的數(shù)字信號(hào)[6]。儀器啟動(dòng)后,經(jīng)過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)和自動(dòng)整平后,開(kāi)始掃描作業(yè)。由激光發(fā)射器向外發(fā)射激光束,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描目標(biāo)物體表面,信號(hào)原路返回,接收器在接收后計(jì)算出儀器發(fā)射點(diǎn)與目標(biāo)物體反射點(diǎn)之間的距離,同時(shí)記錄激光信號(hào)的橫向角度、縱向角度,以激光發(fā)射點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),通過(guò)三維坐標(biāo)系即可計(jì)算被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)[7]。

為保障測(cè)量精度,需保障相鄰兩個(gè)激光掃描測(cè)站有一定的重復(fù)率,便于后期點(diǎn)云配準(zhǔn)、拼接成一個(gè)整體。點(diǎn)云配準(zhǔn)是將每站掃描出來(lái)的儀器自定義的不同坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移,使得每一站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。具體配準(zhǔn)原則為：對(duì)比待配準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)云與已配準(zhǔn)的基準(zhǔn)點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)比,找出兩個(gè)點(diǎn)云間的共同的明顯特征點(diǎn),利用特征點(diǎn)由數(shù)據(jù)處理軟件求解配準(zhǔn)參數(shù)并配準(zhǔn)[8]。

三維激光掃描結(jié)束后,根據(jù)出入口及檢查井的位置,布設(shè)控制點(diǎn),獲取特征點(diǎn)（棱角點(diǎn)、檢查井等）的真實(shí)坐標(biāo),控制點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)在暗涵的上、中、下游均有布置,并確保控制點(diǎn)已被完整掃描,便于進(jìn)行地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí),提高轉(zhuǎn)換精度。本次使用的激光掃描儀型號(hào)為T(mén)rimble（天寶）X7,是一款脈沖式激光掃描儀,數(shù)據(jù)處理軟件為T(mén)rimble Realworks。

檢測(cè)過(guò)程中,作業(yè)人員穿好安全防護(hù)用品（氧氣瓶、安全帽、雨褲、氣體檢測(cè)儀、對(duì)講機(jī)等）,2 人一組開(kāi)始作業(yè),地表配備通訊人員。作業(yè)人員首先在露天的出水口周?chē)茉O(shè)測(cè)站,以便掃描周?chē)卣鼽c(diǎn)信息,然后進(jìn)入暗涵連續(xù)掃描,一般以兩倍的涵高作為測(cè)站間的距離,在暗涵有明顯特征處（如拐彎、檢查井、排放口、大體積障礙物等）加密測(cè)站,以便完整掃描到暗涵的空間信息。最后通過(guò)GPS-RTK 技術(shù)獲取暗涵外部特征點(diǎn)（檢查井、河口護(hù)欄等）的絕對(duì)坐標(biāo),作為后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的依據(jù)。

3 檢測(cè)成果分析

經(jīng)過(guò)將外業(yè)采集的激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、去噪、地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后,得到了具有真實(shí)坐標(biāo)的暗涵點(diǎn)云數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1）。對(duì)比地表檢查井坐標(biāo)與三維激光轉(zhuǎn)換后的檢查井坐標(biāo)數(shù)據(jù)間的誤差大小,確保數(shù)據(jù)精度滿足規(guī)范要求。

圖1 暗涵點(diǎn)云數(shù)據(jù)

暗涵共分三段（如圖2 所示）,第一段暗涵長(zhǎng)度為73.4 m,材質(zhì)為漿砌石蓋板涵,從某理工大學(xué)教學(xué)樓下方穿過(guò),排入茅洲河截流渠；第二段暗涵長(zhǎng)度為55.96 m,材質(zhì)為鋼筋混凝土箱涵,從某高速路下方穿過(guò),下游經(jīng)明渠流入第一段暗涵；第三段與第二段間存在一段天然溝渠,暗涵長(zhǎng)度為290.96 m,材質(zhì)為漿砌石蓋板涵,暗涵穿過(guò)廠房、工業(yè)園區(qū),上游為明渠。

圖2 暗涵平面位置示意圖

3.1 暗涵外觀缺陷

根據(jù)深圳市水務(wù)局發(fā)布的《深圳市暗渠化河流安全檢測(cè)與評(píng)估暫行指南》對(duì)暗涵發(fā)現(xiàn)的外觀缺陷進(jìn)行分類(lèi)分級(jí),其中Ⅰ級(jí)缺陷危害最嚴(yán)重,Ⅳ級(jí)缺陷危害輕微。三段暗涵外觀缺陷如下：

（1）影響過(guò)流缺陷統(tǒng)計(jì)

第一段暗涵：異物侵入Ⅳ級(jí)1 處,殘墻Ⅳ級(jí)1 處,淤積Ⅳ級(jí)1 處；

第二段暗涵：淤積Ⅳ級(jí)1 處,管線順穿1 處；

第三段暗涵：異物侵入Ⅰ級(jí)1 處,異物侵入Ⅲ級(jí)10 處,異物侵入Ⅳ級(jí)1 處；

暗涵內(nèi)的異物穿入、管網(wǎng)順穿、淤積的典型照片（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 異物穿入典型照片

圖4 淤積、管網(wǎng)順穿典型照片

（2）結(jié)構(gòu)表觀缺陷統(tǒng)計(jì)

第一段暗涵：共發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表觀缺陷11 處,其中Ⅱ級(jí)缺陷2 處,Ⅲ缺陷7 處,Ⅳ級(jí)缺陷2 處；

第二段暗涵：未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表觀缺陷；

第三段暗涵：共發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表觀缺陷31 處,其中Ⅰ級(jí)缺陷1 處,Ⅱ級(jí)缺陷0 處,Ⅲ缺陷21 處,Ⅳ級(jí)缺陷9 處。

缺陷統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）。暗涵存在的墻體空洞、墻體裂縫、頂板剝蝕、鋼筋裸露、頂板變形、墻體垮塌、砌體松散的典型照片（見(jiàn)圖5～圖10）。

表1 暗涵結(jié)構(gòu)表觀缺陷統(tǒng)計(jì)表

圖5 墻體空洞典型照片

圖6 墻體裂縫典型照片

圖7 頂板剝蝕、鋼筋裸露典型照片

圖8 頂板變形典型照片

圖9 墻體垮塌典型照片

圖10 砌體松散典型照片

3.2 暗涵排放口調(diào)查

根據(jù)暗涵點(diǎn)云模型,可獲取排放口尺寸、管底標(biāo)高、平面坐標(biāo)以及存在的隱患（如堵塞、垮塌等）,結(jié)合外業(yè)作業(yè)記錄中記錄的管材及水流情況（為排放口定義及后續(xù)溯源提供材料）,可以形成排放口臺(tái)賬,樣表（見(jiàn)表2）。

表2 暗涵排放口統(tǒng)計(jì)表（部分信息）

三段暗涵共發(fā)現(xiàn)排放口39 個(gè),其中第一段暗涵有5 個(gè),第三段暗涵有34 個(gè),第二段暗涵無(wú)排放口。排放口的材質(zhì)有HDPE 雙壁波紋管、PVC、鋼筋混凝土以及磚砌。典型照片（見(jiàn)圖11、圖12）。

圖11 HDPE 雙壁波紋管典型照片

圖12 鋼筋混凝土管典型照片

3.3 暗涵檢查井調(diào)查

根據(jù)暗涵點(diǎn)云模型,可獲取檢查井尺寸、間距、平面坐標(biāo)以及檢查井存在的隱患,并按指南進(jìn)行安全等級(jí)評(píng)估,可以形成檢查井檢測(cè)臺(tái)賬,樣表（見(jiàn)表3）。

表3 暗涵檢查井統(tǒng)計(jì)表（部分信息）

三段暗涵共發(fā)現(xiàn)檢查井11 個(gè),其中第一段暗涵有3 個(gè)（安全等級(jí)Ⅰ級(jí)1 處,Ⅱ級(jí)2 處）,第三段暗涵有8 個(gè)（安全等級(jí)均為Ⅱ級(jí)）,第二段暗涵無(wú)檢查井。檢查井普遍存在無(wú)爬梯、無(wú)防墜網(wǎng)的問(wèn)題,部分檢查井井壁有裂縫。檢查井及無(wú)井蓋暗井典型照片（見(jiàn)圖13、圖14）。

圖13 檢查井典型照片

圖14 無(wú)井蓋暗井典型照片

三維激光掃描獲取到測(cè)量成果、外觀檢測(cè)成果、排放口檢測(cè)成果、檢查井檢測(cè)成果可同其他暗涵檢測(cè)成果（如強(qiáng)度、銹蝕程度、耐久性、周?chē)馏w隱患檢測(cè)等）綜合對(duì)暗涵整體進(jìn)行評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文以三維激光掃描技術(shù)在深圳某暗涵檢測(cè)評(píng)估中的應(yīng)用為例,對(duì)三維激光掃描的原理、優(yōu)點(diǎn)以及在暗涵內(nèi)可以解決的問(wèn)題進(jìn)行了論述,印證了該技術(shù)在定位測(cè)量、三維建模、外觀檢測(cè)、排放口調(diào)查、檢查井檢測(cè)中的突出作用,為暗涵的檢測(cè)評(píng)估帶來(lái)了極大便利。

（2）城市暗涵通常有流水或積水,三維激光掃描很難發(fā)現(xiàn)暗涵底板存在的缺陷,需要依靠檢測(cè)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),有針對(duì)性的檢測(cè),特別是對(duì)排口附近的底板（易受沖刷）進(jìn)行檢測(cè),避免遺漏底板的淘空隱患。