电力管线非开挖探测技术的研究和应用

李明

上海茗川测绘技术有限公司 上海市 201100

摘要：电缆非开挖电力管线定位探测技术主要应用地球物理探测技术，根据管线与周围介质的物性差异，能观测到较强的异常信息来决定投入研究的方法，根据目前我们现有的仪器及从经济性、有效性、可靠性等角度综合考虑，选择了电磁法、引入惯性陀螺仪定位测量方法。

关键字：电力管线，非开挖探测技术，电磁法

1电磁法

1.1探测原理

电磁感应法是地下管道检测的主要方法，是基于电导率和地下管线周围介质作为前提的主要对象，磁导率的差异，根据电磁感应原理，研究电磁场的空间和时间分布，从而达到寻找地下金属管道的目的。当地下管线和周围介质电阻率对比管道的不同，并线路的长度远大于管道的深度，检测效果明显。

（1）示踪线法

将一种示踪线的绝缘层为非金属管，线端一米，赤裸的金属线，使它与水蒸汽接触的管道，为信号提供一个回路。发射机输出端连接的导线，另一端接地，从而产生一个交变电流在导体，产生二次磁场。然后，地下管线跟踪电磁信号的使用，以实现非金属管线探测的目的。

（2）夹钳法

该方法是一种特殊的环形夹套上测得的金属管，通过夹具产生的谐波磁场

直接祸合到测试管道，并由接收机接收信号的感应电流测量管道。需要注意的是信号的两端在同一方向，这与一个单一的终端连接的方法是不同的，这也是目标线信号必须是最强的原因。

（3）感应法

该方法是通过发射线圈产生的一次场，一次电磁场感应产生二次电磁场，

测量管道的两个领域产生的信号的接收机进行管线探测接收。根据管道干扰方式的不同，有垂直线法，水平线的方法。

垂直压线法(水平偶极子)

发射机中有一线圈回路，其回路电流产生的磁场分布呈现磁偶子场的特征。当发射机直立放置在地面时，回路面是直立的，产生的磁偶极磁场呈现水平磁偶极场特征。采用垂直压线法可突出目标管线的异常，但是当两管线的间距较近时效果不好。

水平压线法(垂直偶极子)

将发射机平卧在地面上，回路面与地面平行。产生的磁偶极场呈垂直磁偶极场特征。将发射机呈平卧状态，置于目标管线的临近平行管线的正上方，可压制临近地下管线的对目标管线的干扰，是区分平行管线的有效手段。

（4）电磁法的平面定位方法

1)最大值法

最大值法亦称为峰值法。在地下金属管线正上方形成磁杨的二次场水平分量值最大，通过测量最大值的信息来确定管线的平面投影位置的方法。

2)最小值法

最小值的方法称为零值法。正上方的次级领域的最小垂直分量形成地下金属管的方法中，通过测量的最小值，以确定管道平面位置。

（5）电磁法的深度定位方法

1)直读法(梯度测量)

利用接收机中上、下两个垂直线圈分别接收管线正上方产生磁场水平分量值，根据深度计算公式经仪器计算电路，求得管线埋深，由显示器直接显示深度值。直读法简单快捷，在无干扰的情况下有很高的测量精度。

2)特征点法

特征点法较常见的有80%,70%,50%,25%法等。70%法是一种经验求深法，即峰值点两侧70%极大值处两点之间的距离，即为管线的埋深。70%法为雷迪公司特有的深度测量方法，精度高、抗干扰能力强，被管线探测单位广泛采用。

1.2探测方法流程

（1）探测现场查看和验算

结合前期搜集的数据和资料，组织人员赴现场进行查看，为后续技术力量分配和作业方案的确定做准备。现场查看是对地上能够看得见的电力电缆线路附属设施进行查看和验算。需开井量测有关参数如埋深、管径、孔数、条数、材质等。

（2）方法试验

非开挖电力电缆探测应根据电缆的实地条件及干扰等因素选择如下探测技术;

1)非开挖电力电缆宜先采用被动源工频法大致确定其平面位置，辅以主动源法，对电缆进行精确定位。

2)一般情况宜采用感应法及夹钳法，当存在相邻管线干扰，并有条件敷设示综时，宜采用直接法。

3)埋深(相对管径)较大的电力电缆，宜采用大功率，频率低的电磁感应法。

2惯性陀螺仪定位测量法

2.1探测原理

惯性陀螺定位仪三维定位技术是近年来国际上蓬勃发展的一项新兴管线测量技术。它结合了陀螺仪定向、惯性导航、计算机三维计算等技术，拖曳惯性陀螺定位仪穿行于待测管线，自动追踪记录其在管线内的运动轨迹，生成管道中心轴线的三维坐标与位置图。此技术不受管线材质、管线埋深、周围环境和地质影响，只要惯性陀螺定位仪能够穿行于待测管线，即可实现高精确度的管线测量。

惯性陀螺定位仪交叉利用了重力场、计算机矢量计算等多学科知识，其核心原理为陀螺仪定向及惯性导航。陀螺可以说是一个刚体，它会围着一个点做高速度旋转运动。在不受外部环境影响的前提之下，其转动的方向是唯一的，人们由此制造出了陀螺仪。

2.2探测仪器设备

Reduet公司生产的DuctRunnerTmDR-HDD-4.2系列惯性陀螺定位仪是当前国际上最先进的惯性陀螺定位仪。可用于测量90mm-1200cm管径的各类管线，提供高精度、连续的管线三维坐标，平面测量精度可达0.25%L，高程测量精度可达0.10%L。现已在国内逐步应用于工程实例。

2.3探测方法流程

1)前期准备

现场踏勘，确定测量方案;清理场地，满足工作要求:检查仪器，保证工作顺利进行。

2)地形测量及测区纵横断面测量

测绘测区地形图及管线穿越路径的地面纵、横断面，为管线测量成果提供地形资料。

3)管线起终端点测量

精确测量待测管线起终端点的三维坐标，作为惯性陀螺定位测量的起算校核资料，计算校核管线的三维坐标。

4)惯性陀螺定位测量

将测量单元直接置于管线内，采用置中技术使测量位置为管线中心轴线，设定参数，拖曳惯性定位陀螺仪测量主机由管线进口行至出口，由计算主机自动记录计算其运动轨迹。

S)现场处理及质量判断

现场数据处理，评估数据质量及精度，确定是否需复测。

6)数据后处理

将测量单元所记录的测量数据导入专用计算机系统，输入管线进出口三维坐标，由软件自动计算得到管道中心轴线的三维坐标。并生成XY,YZ,XZ视图及三维视图。

7)成果提交

编制报告及图件，提供管线测量成果。

3发明研制水冲探查方法

水冲探查装置包括水泵、水管、锥形结构枪头以及套装于所述枪头外部的圆筒形套筒。枪头的末端为具有喷水孔的喷射端。在上述探查装置中，为保证枪头和套筒的下放竖直度，可加装导管与枪头或套筒相连。

在开始埋藏物探测前，首先检查探查装置各部件，包括水泵、水管、枪头和套筒的完好性，确保水泵的出水口与水管连通，水管与枪头相连通，套筒设置于枪头外部，枪头的末端为具有喷水孔的喷射端。

使用该探查装置时，打开水泵，水泵中具有压力的动力水即可通过水管进入枪头，而枪头末端的喷水孔使得动力水能够以较高的压力喷射至土壤内，从而打散喷射端周围的土壤，此时枪头和套筒即可在自身重力以及驱动力的作用下不断下放;当套筒碰触到障碍物后，即可关闭水泵，然后记录障碍物的坐标;通过重复上述操作后得到障碍物的多组坐标值，分析这些坐标值即可确定该障碍物是否为目标埋藏物，进而得到目标埋藏物的准确位置。

自动补偿仪是利用直读式仪器直流法电子自动补偿的原则。由仪器的输入端引入的测试直流电位差△UMN与一个开关(调制)取代的一OFF接的交流信号，该交流电源后的交流放大器将信号放大后，由同步检测器的过渡为直流电流。最后的DC通过反馈到串联的输入电流头，从该头读出的电位差进行测量。它一方面保留探矿电位“补偿法”的，即在使用仪器的内部可自动调节的测量电势差环的优点去测试下的电势差(深度负反馈)，可以抵消增加的输入阻抗的仪器，以减少地面的耐冲击性;另一方面，利用电子电路，提高了仪器的灵敏度。

4 结语

近年来,全国各地因地下穿越施工而多次发生“撞车”事故,在电力系统内部也造成多次电缆非开挖管线破坏跳闸故障,带来很大的经济损失和不同程度负面的社会影响。本文通开展对电磁法、惯性陀螺定位法和水冲探测等方法原理、设备、工作方法流程进行理论研究和分析，实现电力电缆管线非开挖轨迹的三维展示,最终完善非开挖管线探测技术。

参考文献：

[1]李广帅.杭州电网电力管线非开挖探测技术的研究和应用[D].华北电力大学,2015.

[2]任广振,罗进圣,胡伟.惯性陀螺仪定位三维测量技术在非开挖电力管线探测中的应用[J].浙江电力,2014,33(07):32-36.