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哈密江蘇沉管施工項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)河流穿越水下管道埋深非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)分

發(fā)布日期:2024-01-25    人氣:29583    欄目:哈密沉管施工

哈密江蘇沉管施工項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)河流穿越水下管道埋深非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)分

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1 水下管道非開(kāi)挖狀態(tài)檢查測(cè)試技術(shù)研究現(xiàn)狀

非開(kāi)挖施工技術(shù)對(duì)于埋深管道的施工具有重要的意義,它是采用各種巖土開(kāi)挖的技術(shù),在不破壞地表不開(kāi)挖溝槽的情況下,在地下進(jìn)行管道的鋪設(shè),管道的維修以及管道的更換。該技術(shù)將管道的鋪設(shè)方式從開(kāi)挖溝槽向定向鉆孔的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。該技術(shù)通過(guò)水平的定向鉆孔機(jī),通過(guò)定位導(dǎo)航儀沿著預(yù)先設(shè)定的軌跡在不同的地質(zhì)條件以及不同的深度下進(jìn)行管道鋪設(shè)作業(yè)。在鉆孔的過(guò)程中,通過(guò)配合不同的監(jiān)測(cè)手段以及控制儀器對(duì)使鉆孔機(jī)沿著設(shè)定軌跡到達(dá)目標(biāo)位置。當(dāng)鉆孔機(jī)完成鉆孔工作后,擴(kuò)孔機(jī)進(jìn)入孔中對(duì)其直徑進(jìn)行擴(kuò)增,之后再拖入管道進(jìn)行鋪設(shè)。因此,管道鋪設(shè)路線的正確性取決于,鉆孔機(jī)定位與導(dǎo)航的正確性?,F(xiàn)階段,鉆孔機(jī)的定位與導(dǎo)航方法主要采用電磁導(dǎo)航,慣性導(dǎo)航以及地面上的導(dǎo)航方式。這三種方式有著不同的特點(diǎn)。其中,慣性導(dǎo)航的適應(yīng)于精度要求較高的場(chǎng)合,但是其存在著成本較高的特點(diǎn)。電磁方式的定位導(dǎo)航以及地面方式的定位導(dǎo)航由于受到周圍環(huán)境的影響,其定位精度較難控制,需要有經(jīng)驗(yàn)的工作人員通過(guò)專門知識(shí)進(jìn)行判斷與工作。

非開(kāi)挖狀態(tài)下的檢查測(cè)試水下管道檢查測(cè)試技術(shù)人工潛入水下進(jìn)行觀察、機(jī)器人視覺(jué)檢查測(cè)試方法,電磁設(shè)備檢查測(cè)試方法與聲吶設(shè)備檢查測(cè)試方法等。人工水下檢查測(cè)試方法是潛水員攜帶探管儀聲吶等設(shè)備潛入水下,對(duì)管道的狀態(tài)進(jìn)行巡檢,該方法檢查測(cè)試結(jié)果較好,但是存在風(fēng)險(xiǎn)性較大的缺點(diǎn)。電磁檢查測(cè)試方法是采用電磁設(shè)備進(jìn)行定位管道并測(cè)量其埋深,這種方法在應(yīng)用中存著一些不足,需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)。

在檢查測(cè)試設(shè)備方面,以電磁法為原理研制出的設(shè)備應(yīng)用較為廣泛,下面對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的分析。這些具有代表性的設(shè)備主要包括英國(guó)Radiodetection公司生產(chǎn)的RD系列的探地雷達(dá)設(shè)備,美國(guó)的Star Trak公司的開(kāi)發(fā)的水下管道探測(cè)系統(tǒng)。英國(guó)Radiodetection公司的開(kāi)發(fā)的水下探測(cè)設(shè)備采用的技術(shù)較為成熟,且應(yīng)用范圍較光,該探測(cè)設(shè)備主要由發(fā)射器、探測(cè)器、接收器以及呈現(xiàn)A字型的支架構(gòu)成。在實(shí)際的水下管道的檢查測(cè)試過(guò)程中,需要人員攜帶施工保護(hù)設(shè)備潛入到水下對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估,對(duì)于水流較大的河流通過(guò)此方法難以完成檢查測(cè)試。

BPS公司研發(fā)的水下埋深管道探測(cè)系統(tǒng)主要包括信號(hào)發(fā)射裝置、信號(hào)接收裝置、信號(hào)收集與處理系統(tǒng)組成,該設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于能夠探測(cè)水深達(dá)62m,且埋深達(dá)5m的管道,并且具有較高的檢查測(cè)試精度,且系統(tǒng)成本較低。該設(shè)備的不足之處在于,整體的檢查測(cè)試原理是采用大地回路法,如果管線出現(xiàn)了磨損、腐蝕等失效形式則會(huì)導(dǎo)致整體檢查測(cè)試的精度下降。此外,該設(shè)備在埋深變化范圍大的情況下對(duì)管道的定位較為困難,且該設(shè)備對(duì)于收集到的數(shù)據(jù)的處理周期較長(zhǎng),一般為一個(gè)月左右,不適合實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景。

美國(guó)的Star Tark公司生產(chǎn)的河流水下管道檢查測(cè)試系統(tǒng),可以通過(guò)電纜將水下埋深的管道連接成閉合回路,通過(guò)發(fā)射器向管道中發(fā)射低頻的信號(hào),該信號(hào)通過(guò)管道以及回路后傳輸?shù)浇邮斩耍捎?/span>GPS技術(shù)對(duì)管道的穿越路徑進(jìn)行定位,將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件生成CAD圖進(jìn)而得到管道的埋深圖以及剖面圖。

與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)在水下管道的檢查測(cè)試技術(shù)方面起步較晚且大部分處于地面檢查測(cè)試的水平,水下管道的檢查測(cè)試還處于檢查測(cè)試深度較低的程度。

國(guó)內(nèi)外在水下管道的非開(kāi)挖檢查測(cè)試設(shè)備方面取得了許多成果,并且有些設(shè)備已得到廣泛應(yīng)用并在一定的場(chǎng)景下取得了較好的成果,但是,水下管道的非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)也存在以下問(wèn)題:

(1)現(xiàn)有的檢查測(cè)試方法較難滿足水深較深、且埋深變化范圍較大的情況。這是因?yàn)樵撉闆r下的電磁信號(hào)強(qiáng)度變化大,使得檢查測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確或無(wú)法得到檢查測(cè)試結(jié)果。

(2)對(duì)于定向鉆穿管道,未能給出較為合理的電磁強(qiáng)度的校準(zhǔn)方法,使得傳感器的檢查測(cè)試精度變化范圍較大。

2 水下管道非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)概述

水下管道的非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)主要是通過(guò)人工、電磁設(shè)備、聲吶設(shè)備、視覺(jué)設(shè)備對(duì)水下埋深處的被測(cè)管道進(jìn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與健康的評(píng)估,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道運(yùn)行過(guò)程中存在的隱患。人工以及機(jī)器視覺(jué)的方法主要通過(guò)人工或者機(jī)器人來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的表面是否發(fā)生了磨損、腐蝕、裂紋及其其它形式的損壞,從而根據(jù)反饋結(jié)果確定合理的維護(hù)方式。電磁設(shè)備以及聲吶設(shè)備主要通過(guò)向被測(cè)管道中施加監(jiān)測(cè)信號(hào),信號(hào)在管道中進(jìn)行傳輸,將管道的狀態(tài)信息調(diào)制于信號(hào)中,收集到的被測(cè)信號(hào)通過(guò)處理系統(tǒng)來(lái)分析其運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)出具評(píng)價(jià)結(jié)果,輔助后期的維護(hù)保養(yǎng)。

3 水下管道非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

水下管道的施工方式多為定向鉆越的方式,這導(dǎo)致管道埋深較為隱蔽且埋深范圍較大,給檢查測(cè)試帶了的難度。目前常用的河流水下管道非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)主要包括慣性制導(dǎo)方法,電磁系統(tǒng)檢查測(cè)試方法、聲吶系統(tǒng)檢查測(cè)試方法、智能視覺(jué)檢查測(cè)試方法以及人工檢查測(cè)試方法。下面將分析每種方法的技術(shù)特點(diǎn)以及相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

3.1 慣性制導(dǎo)方法

慣性制導(dǎo)方法的原理是采用加速度等傳感器單元來(lái)測(cè)量運(yùn)載體加速度,通過(guò)積分運(yùn)算可以得到運(yùn)載體的速度以及位移,從而完成對(duì)運(yùn)載體的定位導(dǎo)航。該傳感器的特點(diǎn)是,它僅通過(guò)三軸加速度傳感器來(lái)測(cè)量運(yùn)載體的各項(xiàng)參數(shù),不容易受到外界環(huán)境的影響,通過(guò)得到運(yùn)載體三個(gè)軸方向的位置與姿態(tài)可以得到管道中間線的坐標(biāo)。當(dāng)管道內(nèi)部檢查測(cè)試器在管道內(nèi)部移動(dòng)時(shí),三軸加速度傳感器的運(yùn)行。內(nèi)部檢查測(cè)試系統(tǒng)以一定的頻率采集傳感器的加速度、速度、里程等信息保存于計(jì)算機(jī)中。位于地面上方的每隔一定距離處會(huì)設(shè)置GPS的參考點(diǎn),當(dāng)內(nèi)部檢查測(cè)試器經(jīng)過(guò)地面上的GPS參考點(diǎn)時(shí),會(huì)與其定標(biāo)和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,檢查測(cè)試器將當(dāng)前的位置以及時(shí)間數(shù)據(jù)上傳到定標(biāo)盒中。這樣當(dāng)內(nèi)部檢查測(cè)試器完成整個(gè)管道的檢查測(cè)試后,地面計(jì)算機(jī)會(huì)得到整條管道中間線的數(shù)據(jù),由于每隔一定距離會(huì)分布GPS參考點(diǎn),通過(guò)該定位信息對(duì)慣導(dǎo)單元得到的中間數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,從而得到更加準(zhǔn)確的位置信息。得到管道的位置信息后,可以繪制出精準(zhǔn)的管道位置圖,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合聲吶設(shè)備對(duì)水下埋深管道進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該方法目前的應(yīng)用較少,主要是由于其工作性較為繁瑣,且工作成本較高,這主要由于很多管道無(wú)法進(jìn)行內(nèi)部檢查測(cè)試,并且大范圍長(zhǎng)時(shí)間的檢查測(cè)試會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失,使檢查測(cè)試結(jié)果不可靠。

3.2 電磁檢查測(cè)試方法

電磁檢查測(cè)試法一般分為兩類,一類為電磁法,另一類為相對(duì)電磁法。分類的依據(jù)主要是通過(guò)發(fā)射裝置的發(fā)射頻率不同以及接收裝置天線的陣列不同來(lái)進(jìn)行劃分的。該方法在檢查測(cè)試過(guò)程當(dāng)中的工作過(guò)程為,發(fā)射機(jī)的輸出、被測(cè)管道、發(fā)射機(jī)的輸入三者構(gòu)成回路。當(dāng)開(kāi)始檢查測(cè)試時(shí),發(fā)射機(jī)向管道中施加特定頻率的電流信號(hào),該電流信號(hào)會(huì)在交變的磁場(chǎng),然后接收機(jī)將交變的磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行捕獲,通過(guò)分析接收到的信號(hào)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化來(lái)確定管道的位置,當(dāng)接收機(jī)位于管道的正上方時(shí),得到的場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng),將該點(diǎn)進(jìn)行記錄。并通過(guò)公式計(jì)算接收機(jī)與管道之間的距離,該距離即為管道的深度。

3.3 聲吶檢查測(cè)試方法

聲吶檢查測(cè)試方法的測(cè)量原理為采用聲吶檢查測(cè)試設(shè)備向水中特定方向發(fā)射短波脈沖,短脈沖接觸到水底之后反射回來(lái)別聲吶設(shè)備所捕獲,已知發(fā)射的短波脈沖在水中的傳輸速度以及發(fā)射與接收的時(shí)間差,通過(guò)該參數(shù)能夠計(jì)算發(fā)射源到河底的距離。在測(cè)量過(guò)程中將測(cè)量?jī)x放置于水下,測(cè)量?jī)x發(fā)射出聲吶信號(hào),實(shí)時(shí)測(cè)量其與河底之間的距離,并通過(guò)計(jì)算該點(diǎn)位于水面的距離,從而能夠計(jì)算出水面與河底之間的距離。在測(cè)量?jī)x的每個(gè)位置處都計(jì)算其GPS信息,通過(guò)GPS信息與水深數(shù)據(jù)可以計(jì)算河床的等高線,從而對(duì)河床的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。聲吶法能夠檢查測(cè)試出水面與河床之間的距離,該方法需要滿足水面與河床之間無(wú)障礙物進(jìn)行遮擋,如果管道通過(guò)定向鉆穿的方式進(jìn)行鋪設(shè),則該方法無(wú)法對(duì)其進(jìn)行檢查測(cè)試。因此,聲吶法在水下條件較好,且對(duì)非定向鉆穿方式的管道較為有效。

3.4 視覺(jué)檢查測(cè)試方法

視覺(jué)檢查測(cè)試方法可以分為人工視覺(jué)的檢查方法以及機(jī)器人視覺(jué)的檢查測(cè)試方法。人工視覺(jué)檢查測(cè)試方法通過(guò)檢查測(cè)試人員潛入到水下對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行檢查測(cè)試,檢查測(cè)試結(jié)果容易受到環(huán)境因素的影響,對(duì)于水流流速較大,水深較深的情況則不適合于人工檢查測(cè)試。機(jī)器人視覺(jué)是采用機(jī)器人來(lái)替代人工進(jìn)行檢查測(cè)試,高清攝像頭由于受到河流渾濁度以及周圍障礙物的影響造成檢查測(cè)試結(jié)果的不可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

水下管道運(yùn)行的狀態(tài)的穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。由于水下管道的埋深鋪設(shè)方式的特殊性無(wú)法對(duì)其采用地面管道開(kāi)挖方式的檢查測(cè)試技術(shù)。因此,需要根據(jù)水下管道的施工方式、位置信息確定合理的非開(kāi)挖檢查測(cè)試技術(shù)。對(duì)此,本文詳細(xì)分析了水下管道埋深非開(kāi)挖技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)概述以及應(yīng)用,從而為不同應(yīng)用場(chǎng)景下的檢查測(cè)試技術(shù)提供依據(jù)。

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