管道電流測繪系統在深埋地下管線探測中的應用探討

汪全成

（安徽省城建設計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行的重要基礎設施和“生命線”，近年來，隨著我國城鎮化進程的不斷加速，城市地下管線的數量和規模越來越大，由于地下淺層空間的日趨飽和，以及為了避讓障礙物和規避不利地形等原因，大量管線鋪設已日趨向地下深層空間發展[1]。地下管線的安全運行涉及人民群眾的安全和切身利益，由此，對深埋地下管線進行精確探測尤為重要。

現有深埋金屬管線探測方法主要采用開挖法和軌跡法，開挖法費時費力，且容易破壞管道，軌跡法只能探測孔徑滿足一定要求且進出口開放的管線，對于已經運行的自來水、燃氣管線，以及滿孔的電力和通訊管線等卻無法實施，因為導向儀和陀螺儀無法安放到管線內[2]。管道電流測繪系統通過測繪電流的原理來探測地下金屬管道的位置，同時通過電流分析對管道外防腐層的破壞情況進行定性、評估，克服了現有探測技術的局限性，為評估管道狀況提供了科學依據，本文就此系統的原理及應用情況進行了詳細探討。

2 管道電流測繪系統簡介

2.1 探測原理

管道電流測繪系統主要由大功率發射機和手提式接收機組成，發射機是一個獨立的0.1A ～3A 的探測信號輸出設備，手提式接收機用于管道路由的追蹤和電流測量。探測時，由發射機向管道發送4Hz 甚低頻電流和128Hz/640Hz 定位電流，由于管道上的電流強度隨距離的增加而衰減，在管徑、管材、土壤環境不變的情況下，防腐層對地的絕緣性越好，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，電流損失越嚴重，衰減也就越大。手提式接收機使用獨特的信號處理技術，在目標管道的正上方可以精確測量出4Hz 的磁場。測量時，交流信號的頻率很低，該近似直流的電流在管道上的分布和衰減與直流信號基本相同，通過128Hz 或640Hz 的定位電流確定管道的準確位置和埋深，并能提供管道上測繪電流的大小和方向，在此基礎上，技術人員可輕松找出管道的破損點和與外部物體的接觸點，并通過分析電流的衰減和損失情況，實現對防腐層狀況的評估[3]，探測原理如圖1 所示。

圖1 探測原理

2.2 應用優勢

（1）對管道位置進行精確定位和測深

管道電流測繪系統和GPS、GIS 系統相結合，能快速提供管道的精確位置和深度，同時將探測數據儲存和顯示在接收機上，并可通過藍牙直接傳輸到PC 機或者PDA 上。

（2）迅速定位管道外防腐層的破損位置并評估破損狀況

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

（3）數據處理高度自動化

利用數據處理軟件制作報表，分析防腐層狀況，找出破損區段，繪制管線圖。

3 應用實例

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，天然氣采用鋼制輸氣管線進行輸送，由于管線施工單位未能及時進行跟蹤竣工測量，導致管線空間位置信息缺失，給后續施工及管線運行埋下安全隱患。該天然氣管線穿越河流、道路、農田、密林等地段，管線分布復雜，埋深較大，常規管線探測儀器難以準確探測其空間位置，受委托，安徽省城建設計研究總院股份有限公司對該管線的空間位置信息進行探測。

3.2 探測實施

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

圖2 管線平面圖

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

（2）打開PCM+接收機，將接收機頻率設定為與發射機相同的頻率，然后工作人員沿著管線鋪設的方向行走，用PCM+接收機采集管線上的電流數據。

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

圖3 管線斷面圖

（4）采用定點開挖方式進行檢測，將兩種方法探測的數據進行比對，進一步驗證PCM+電流測繪系統的探測精度，在探測段平均選取6 個孔進行開挖測量。

3.3 數據分析

將PCM+管道電流測繪系統探測數據與定點開挖法測量的數據進行比較，因管道電流測繪系統自帶GPS，試驗僅對探測深度進行驗證。表1 顯示：除K6孔深度誤差較大外，其他孔的深度數據百分比誤差都在10%以內，且從斷面圖分析得出（如圖3 所示），本段管線斷面流暢，兩端對稱，符合實際，因此采用本系統探測的精度符合相關規范要求（平面位置限差為0.1H，埋深限差為0.15H，H 為實際埋深）。經進一步調試，通過增加發射機的功率，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，為探測項目的順利實施奠定基礎。

表1 PCM+管道電流測繪系統探測與開挖法探測數據對比

4 結束語

管道電流測繪系統能夠在非開挖狀況下實現深埋金屬管道的精確定位和測深，同時能對管道外防腐層的破壞情況進行定性、評估。該系統既可作為新竣工管道的檢測、驗收手段，也可對正在運行的管道進行定期監測，解決了以往在非開挖狀況下深埋管線難以探測的問題[5]。通過對深埋管線的精確探測和數據分析，可及時消除管線運行的安全隱患，同時為城市規劃和建設提供重要參考。