地下金属管道定位测量及铺设过程监测测量

2021-06-30林祖源

世界有色金属 2021年7期

林祖源

（惠州市惠阳区城市测量队，广东惠州 516000）

大多数地下金属管道的铺设环境都比较恶劣，地理环境并不单一，楼区和村落是地下金属管道较为常见的铺设地点，地理环境就决定了管道铺设的难易程度，相较于在空旷的地带埋设金属管道，受到地理条件的限制，对管道折点的埋设就难上加难[1]。并且大部分的金属管道相较于聚合材料的管道，更容易受到损害，一旦发生破裂断裂的情况，管道破裂轻则导致财产受损，重则导致人员伤亡[2]。而管道的防腐层只涂在管道外侧，在铺设过程中，外侧的地下金属管道容易受到划损和破坏，就会产生相当一部分杂散电流，由于电流的产生造成化学反应加剧，对地下金属管道的腐蚀效果会翻倍，从而导致地下管道穿孔破损。因此，对地下金属管道的分布情况进行把控很有必要。从前对管道分布的定位，通常需要借助竣工图纸进行确定，包括询问当时施工的相关人员，但人的大致记忆并不足以对金属管道精准定位。由于地下管道铺设后，在后续过程中难以进行挖掘监测，并且施工现场开挖工作量都不小，所以对地下金属管道进行定位和测量就十分重要，在铺设的初始阶段，就对管道位置进行把控，对后续地下金属管道的维护和检修都有好处，能够帮助工作人员进行故障点锁定，省去对金属管道定位的麻烦[3]。

1 地下金属管道定位测量

1.1 检测地下金属管道的走向

首先将测量区域的地下金属管道走向进行划分，对每组的金属管道分别配置4个传感器，通过运动方程对液体、固体边界条件进行确定，根据震动理论对涉及结构中的声波进行测量，理解固体结构的内力变化，并对振动发生土壤位移进行监测，从而进行推导金属管道的走向，描绘地下金属管道柱坐标系下的管道，如图1所示。

图1 坐标系下的金属管道

设金属管道壳体的向性相同且管道内部为均匀厚度。金属管道的轴向为X，金属管道径向为r，金属管道轴向为α，测量金属管道壳中面到中心轴的位移，设b为管道的半径，h为金属管道的壁厚度，计算管道的径厚比，得到h/b＜1。对金属管道管壁的轴向位移u进行测量，设管道的周向位移为v，管道向下的径向位移分别为w。通过建立简单的管道模型，根据公式：

对比空心管道与刚性壁圆柱管的波数分析结果，根据分析记过对弹性管波充液数μ进行计算，分析金属管道的震动对称波形，叠加每个模态的管道向量，分别测量低频与高频时的模态变量数据，根据管内流体的祸合效应对泊松比系数进行分析。对金属管道内频率较强的祸合效应进行记录，当径向震动系数增加时，对截至频率测量。测量相速度的具体数据，根据壳体承载能力的大小，对两者之间的模态竞合进行比较。大部分壳体的承载能力受到径向运动的影响，从而呈现出金属管壁的刚性正向上升，也使得径向震动能够达到预期的幅度要求。

1.2 检测地下金属管道的埋深

对地下金属管道的埋深进行测量，测量得到数据等同于管道中心轴线到地表面的位移，对管道冲液的情况进行分析。当地下金属管道埋深1米时，对周围土壤轴向位移放大系数幅值和相位进行测量，将土壤径向位移系数进行放大，得到第二幅值和相位图。其中地下金属管道的土壤轴向和径向位移达到的波动不符合部分要求，两者重合的幅度值与剪切波想死，且在高频段幅度值的压缩下频段呈现出减小趋势。对于部分相位跳变的局部位移情况，通过弹性波的正向发展距离，可以进行位移干涉现象的解释。通过对对称流体波速的测量，得到具体波速数据为512m/s。根据声波反射原理对剪切波波速进行测量，测得剪切波为298m/s。根据折射定律对压缩波波速进行测量，测得结果为1477m/s。由此可见，在全反射的作用下，压缩波难以对土壤中的物质产生辐射效果，恰恰相反，由于轴对称流体作用，波速较小的剪切波可以对土壤中的目标物质产生辐射效果。根据测量的土壤位移距离，整理得到公式：

其中D为地下管道埋深，P为管道表面积，mc为地下金属管道半径，kd为地下金属管道测量点右侧纵坐标，kd+1为地下金属管道测量点左侧纵坐标，H0为地下管道测量点辐射系数，h为地下位移阻抗系数，根据土壤位移计算地下金属管道的埋深，根据埋深的具体数据，进一步确定测量地下金属管道设备的设置位置，进行地下金属管道横纵坐标的测量。

1.3 测量地下金属管道定点坐标

通过对地下金属管道的埋深确定，在测量地下金属管道定点坐标时，通过运用地下测量设备，判断金属管道的相应位置。将电能的发电机连接发射机的输入端，对发射机输出端的供入点进行信号测试，确保端点之间的连接无误，供入点的另一端与地级相连，构成完整的一套信号接收发射体系，通过对管道发射器的信号进行输送，避免金属管道上存在的电流信号不足，确保信号的接收。确定金属管道埋深的地极位置后，在埋深方向20m～40m左右的位置定点，保证目标管线原理极点。对管线涂层的绝缘情况进行检查，保证管道能够正常使用，确保管道周围没有其他金属构筑物。同时，针对电流回路的电阻范围进行衡量，测量电路中电阻的具体数值，根据数值进行计算，可以得到地下金属管道定点坐标的具体位置。

2 地下金属管道铺设过程监测测量

2.1 监测管道中心放线区域

对地下金属管道进行铺设时，首先要考察地下金属管道埋置的土壤环境，土壤环境的判断决定了监测管道的中心放线区域监测结果，常见的典型参数如表1所示。

表1 常见管道周围土壤的性质

根据表中数据分析可知，埋设地下金属管道周围沙土和黏土的含量，并对其他化学元素的含量做出要求，以此判断地下金属管道铺设中心放线的监测区域。

由于在铺设管道是，中心放线区域较小，在满足土壤性质范围内，对放线区域的土壤进行监测，在适合埋设地下金属管道的位置，通过对土壤位移频率的测量，利用土壤固体波的复波数进行频响函数的计算，对二者的结果进行对比统计，对放线的位置进行判断。大部分管道运动的祸合效应都与管壁相关，对于管壁的位移距离进行测量，得到金属管道内声压的具体数值。

2.2 监测地下金属管道布管作业过程

通过判断出铺设地下金属管道中心放线的区域，进一步对该区域内地下金属管道布管的作业过程进行监测，首先，在地下金属管道布管铺设过程中，对于管道的前后连接，要求管道前后首尾相接，对于呈现出锯齿状分布的管道进行剔除，监测铺设过程主要是监测在进行布管作业时，避免地下金属管道直接接触到土壤中的石砾，造成铺设时管道受损，管道外壁有保护涂层，也是避免土壤位移造成涂层刮破，从而在水土酸碱的作用下，导致管道破损。其次，对地下金属管道铺设的进度进行监测，保证地下管道组装焊接的速度，由于地下金属管道对施工环境的要求很高，天气气温的变化都有可能导致铺设管道受损，因此要对地下金属管道铺设过程进行监测测量。