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如何提高非开挖定向钻金属管线探测精度

本站     2019-9-30 9:49:28    

由于非开挖管线施工工艺技术的先进性、优越性所带来的经济效益和社会效益,非开挖技术特别是水平定向钻(HDD)技术越来越多地应用于穿越江河、建筑等各种地下管线施工。采用非开挖工艺敷设的地下管线一般跨越距离大,埋藏较深,采用传统物探方法,可能出现探测误差较大的情况,因此提高非开挖定向钻金属管线的探测精度很有必要。

在实际地下管线探测中,为确保地下管线的安全,必须准确探测出地下管线的准确位置及埋深,探测方法有电磁感应法,直接法等。一般情况下,长距离深埋地下管线是很难探测的。管线的信号源较深时,仪器接收信号较弱,而且变化率缓慢,最大的响应点不容易确定。因此为了能接收到较易分辨的可信信号,需要采取若干措施,抑止和排除异常干扰的影响,增强目标管线信号,才能更加准确探测。

1. 现状调查

非开挖技术一般分水平螺旋钻进法、水平定向钻进法、导向钻进法、小口径顶管法、气动矛法、夯管法等。探测的目标管线一般采用导向钻进法进行铺设的。

非开挖定向钻管线施工是在设计的基础上(图1),通过钻导向孔、扩孔、管道回拖3个阶段完成。

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图1非开挖定向钻管线施工方式图


采用非开挖定向钻技术敷设的地下管线距离较长,一般在100~2000m的范围内,埋深一般在3~10m之间。一般在出口土点两端设有标志桩和阴极保护装置。其平面轨迹走向可能是直线的,也有可能是弧线的。

因此,通过该施工方式敷设的地下管线的探测方法,与一般的地下管线探测方法有明显不同。由于部分管线埋深太大,超出现有仪器探测精度,很难定位定深。

2. 对策实施

(1)远端接地直连法。一般管线探测仪器只提供2~4m的接地线,正常情况下用普通频率、普通地线进行直接法没问题。但对于非开挖定向钻方式埋设的管线探测过程中,通过远端接地的直连(单端直连)法:长导线(>100m)沿垂直管线走向与接地电极连接,以增大信号传输的距离,使地下管线体内形成的一次电流相对较大,形成的场源亦较强。

(2)选择尽量大的发射功率增大电流。磁场信号强度与电流大小成正比,在埋深、接地电阻一定的情况下,尽量选择更大的发射功率,增大电流,将施加信号的功率保持在能满足探测信号需要的最低水平,也就是调节到能观察到管线的清晰信号为目标。通过增大管线电流的方法,提高信噪比。

(3)减少接地电阻。用长度大于1m的极棒接地,减少接地电阻,接地端应位于地形低洼处或潮湿处,如果接地端地面干燥时,应浇水以减小接地电阻,减少接地电阻的目的也是为了提高管线中通过的信号电流。

(4)结合多种不同方式精确定位定深。地下管线的平面位置用极大值法结合零值法确定,而地下管线的埋深数据,可用直读法、Hx80%或△Hz的70%法等特征点法。通过增大发射电流,提高信噪比,减少磁脉动干扰,干扰信号,现场探测管线信号可靠的情况如下:

①h<3m时,用Hx峰值法找到目标地下管线后,Hz精确定位,AHx的70%法定深。此方法的优点是异常幅度大,异常形态单一,极大值附近的信噪比较大,受干扰影响小。

②h>3m时,与Hx极大值的平缓程度相比,Hz有相对略大的斜率。因此,Hz用于管线定位搜索反而相对容易,在此基础上,再依Hx求取埋深。h>3m时,利用0.75倍△Hx极值点间的距离等于h求埋深(适用于雷迪仪器)。而用0.8倍Hx极值点间的距离等于h求埋深。因此,不同情况下,有效地利用水平分量、垂直分量异常来确定管线的位置和埋深,可取得很好结果。

3. 工程实例

下面仅介绍遵义市播州区一处非开挖定向钻穿越河道的管线探测实例。地下天然气管线穿越长380m,管径610mm,材质为钢(如图2)。本次查探使用的主要仪器为英国产LD8100PDL地下管线探测仪,由发射机和接收机2大部分及配件组成。探测分2次进行试验即传统探测及改善后探测分别得出不同试验结果进行对比分析。各项准备工作做好后开始探测,由于天然气管线材质为钢管且无导电性差材质接头,可追踪性好,且周围没有其它金属管线干扰。先在天然气管线埋深较浅的地方探测,然后进行连续追踪,按一定的距离定深、定位。并且做好数据记录。

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图2非开挖定向钻管线实际施工图


精确定位定深之后,通过测量探测点点位得出地下管线探测成果图(如图3),结合天然气管线的设计施工资料,在铺设过程中非开挖段铺设路径为弧线(近似抛物线),其路径不管是过渡段还是水平段,均可视为曲率半径不同的圆曲线,绘制剖面图。

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图3地下管线探测成果剖面图

通过与设计管位及埋深对比,管线探测的平面位置及埋设深度,基本符合设计施工真实情况。

4. 效果检查

通过现场实测和结果分析,指导现场施工人员在有代表性的管点位置进行开挖钎探,(如图4埋深较浅管点采用该方法)与静力触探(埋深较深管点采用该方法),通过以上2种方法探明天然气管道平面位置与埋深与本次探测结果基本相符,在误差范围之内。

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图4现场钎探图


通过前后2次探测得出数据及现场开挖结果对数据进行分析,可以明显看出通过改进方法后探测的非开挖定向钻地下管线平面准确率提高到了99.33%,埋深准确率提高到了98.15%,达到了《城市地下管线探测技术规程》(CJJ61-2003)和《城市测量规范》(CJJ/T8-2011)规范要求。

5. 结论

电磁场强度与管线埋设环境是相关的。电磁波在绝缘介质中传播时,没有能量损耗;而在导电介质中传播时,有能量损耗。周围有电磁干扰时,对所测管线埋深有影响,因此抑止和排除干扰异常的影响,提高信噪比,在管线探测过程中也很重要。

通过工程实例的技术分析,探测方法技术的改进,在非开挖定向钻管线探测的应用方面,能进一步的解决探测的准确性,在现有的基础上继续钻研新技术,努力弥补存在的不足与缺陷,总结规律积累经验。


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