管道電流測繪系統(tǒng)在深埋地下管線探測中的應(yīng)用探討

汪全成

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

1 引言

地下管線是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”，近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速，城市地下管線的數(shù)量和規(guī)模越來越大，由于地下淺層空間的日趨飽和，以及為了避讓障礙物和規(guī)避不利地形等原因，大量管線鋪設(shè)已日趨向地下深層空間發(fā)展[1]。地下管線的安全運(yùn)行涉及人民群眾的安全和切身利益，由此，對(duì)深埋地下管線進(jìn)行精確探測尤為重要。

現(xiàn)有深埋金屬管線探測方法主要采用開挖法和軌跡法，開挖法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易破壞管道，軌跡法只能探測孔徑滿足一定要求且進(jìn)出口開放的管線，對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的自來水、燃?xì)夤芫€，以及滿孔的電力和通訊管線等卻無法實(shí)施，因?yàn)閷?dǎo)向儀和陀螺儀無法安放到管線內(nèi)[2]。管道電流測繪系統(tǒng)通過測繪電流的原理來探測地下金屬管道的位置，同時(shí)通過電流分析對(duì)管道外防腐層的破壞情況進(jìn)行定性、評(píng)估，克服了現(xiàn)有探測技術(shù)的局限性，為評(píng)估管道狀況提供了科學(xué)依據(jù)，本文就此系統(tǒng)的原理及應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)探討。

2 管道電流測繪系統(tǒng)簡介

2.1 探測原理

管道電流測繪系統(tǒng)主要由大功率發(fā)射機(jī)和手提式接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是一個(gè)獨(dú)立的0.1A ～3A 的探測信號(hào)輸出設(shè)備，手提式接收機(jī)用于管道路由的追蹤和電流測量。探測時(shí)，由發(fā)射機(jī)向管道發(fā)送4Hz 甚低頻電流和128Hz/640Hz 定位電流，由于管道上的電流強(qiáng)度隨距離的增加而衰減，在管徑、管材、土壤環(huán)境不變的情況下，防腐層對(duì)地的絕緣性越好，電流損失越少，衰減亦越小，反之，若防腐層損壞，如老化、脫落、絕緣性能越差，電流損失越嚴(yán)重，衰減也就越大。手提式接收機(jī)使用獨(dú)特的信號(hào)處理技術(shù)，在目標(biāo)管道的正上方可以精確測量出4Hz 的磁場。測量時(shí)，交流信號(hào)的頻率很低，該近似直流的電流在管道上的分布和衰減與直流信號(hào)基本相同，通過128Hz 或640Hz 的定位電流確定管道的準(zhǔn)確位置和埋深，并能提供管道上測繪電流的大小和方向，在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可輕松找出管道的破損點(diǎn)和與外部物體的接觸點(diǎn)，并通過分析電流的衰減和損失情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)防腐層狀況的評(píng)估[3]，探測原理如圖1 所示。

圖1 探測原理

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

（1）對(duì)管道位置進(jìn)行精確定位和測深

管道電流測繪系統(tǒng)和GPS、GIS 系統(tǒng)相結(jié)合，能快速提供管道的精確位置和深度，同時(shí)將探測數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和顯示在接收機(jī)上，并可通過藍(lán)牙直接傳輸?shù)絇C 機(jī)或者PDA 上。

（2）迅速定位管道外防腐層的破損位置并評(píng)估破損狀況

管道被定位后，技術(shù)人員可以繪制沿管道的泄漏電流圖，根據(jù)信號(hào)電流的大小和方向，迅速確定防腐層的破損位置，再使用隨機(jī)配套的A 字架，可將破損位置和深度確定在1 米范圍內(nèi)[4]。

（3）數(shù)據(jù)處理高度自動(dòng)化

利用數(shù)據(jù)處理軟件制作報(bào)表，分析防腐層狀況，找出破損區(qū)段，繪制管線圖。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程背景

某高壓天然氣管線工程位于合肥市肥西縣境內(nèi)，天然氣采用鋼制輸氣管線進(jìn)行輸送，由于管線施工單位未能及時(shí)進(jìn)行跟蹤竣工測量，導(dǎo)致管線空間位置信息缺失，給后續(xù)施工及管線運(yùn)行埋下安全隱患。該天然氣管線穿越河流、道路、農(nóng)田、密林等地段，管線分布復(fù)雜，埋深較大，常規(guī)管線探測儀器難以準(zhǔn)確探測其空間位置，受委托，安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司對(duì)該管線的空間位置信息進(jìn)行探測。

3.2 探測實(shí)施

工程采用英國雷迪公司生產(chǎn)的PCM+管道電流測繪系統(tǒng)進(jìn)行探測，選取約200m 長的某段管道進(jìn)行探測試驗(yàn)，探測現(xiàn)場平面布置如圖2 所示，該處管道采用非開挖定向鉆方式鋪設(shè)，管道最大埋深約為地面下8m。

圖2 管線平面圖

（1）首先將PCM+發(fā)射機(jī)的一端與大地連接，另一端與待檢測的管道連接，然后將發(fā)射機(jī)的檢測頻率和電流設(shè)定在ELF 檔，該檔的檢測頻率為4Hz+128Hz 的混合頻率，電流強(qiáng)度為600mA。

（2）打開PCM+接收機(jī)，將接收機(jī)頻率設(shè)定為與發(fā)射機(jī)相同的頻率，然后工作人員沿著管線鋪設(shè)的方向行走，用PCM+接收機(jī)采集管線上的電流數(shù)據(jù)。

（3）將PCM+探測到的數(shù)據(jù)下載到電腦中，利用雷迪GML 測繪軟件上傳數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫，再利用專業(yè)軟件生成管線斷面圖（如圖3 所示）。

圖3 管線斷面圖

（4）采用定點(diǎn)開挖方式進(jìn)行檢測，將兩種方法探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)一步驗(yàn)證PCM+電流測繪系統(tǒng)的探測精度，在探測段平均選取6 個(gè)孔進(jìn)行開挖測量。

3.3 數(shù)據(jù)分析

將PCM+管道電流測繪系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)與定點(diǎn)開挖法測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，因管道電流測繪系統(tǒng)自帶GPS，試驗(yàn)僅對(duì)探測深度進(jìn)行驗(yàn)證。表1 顯示：除K6孔深度誤差較大外，其他孔的深度數(shù)據(jù)百分比誤差都在10%以內(nèi)，且從斷面圖分析得出（如圖3 所示），本段管線斷面流暢，兩端對(duì)稱，符合實(shí)際，因此采用本系統(tǒng)探測的精度符合相關(guān)規(guī)范要求（平面位置限差為0.1H，埋深限差為0.15H，H 為實(shí)際埋深）。經(jīng)進(jìn)一步調(diào)試，通過增加發(fā)射機(jī)的功率，提高饋送電流值，使得有效探測電流增大100 倍以上，可有效增加管道探測的長度和深度，為探測項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

表1 PCM+管道電流測繪系統(tǒng)探測與開挖法探測數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)束語

管道電流測繪系統(tǒng)能夠在非開挖狀況下實(shí)現(xiàn)深埋金屬管道的精確定位和測深，同時(shí)能對(duì)管道外防腐層的破壞情況進(jìn)行定性、評(píng)估。該系統(tǒng)既可作為新竣工管道的檢測、驗(yàn)收手段，也可對(duì)正在運(yùn)行的管道進(jìn)行定期監(jiān)測，解決了以往在非開挖狀況下深埋管線難以探測的問題[5]。通過對(duì)深埋管線的精確探測和數(shù)據(jù)分析，可及時(shí)消除管線運(yùn)行的安全隱患，同時(shí)為城市規(guī)劃和建設(shè)提供重要參考。