超常埋深燃气管道位置探测技术

1、超常埋深燃气管道位置探测技术摘要： 在需要探测的金属管道附近打勘探孔，将管道探测仪器的探头放入勘探孔 内，利用电磁原理探测超常埋深地下金属管道位置。论述了探测方法与原理、探 测数据的分析方法，给出了应用实例。实际探测结果准确可靠，燃气管道深度探 测误差不大于1.5m，水平位置探测误差不大于1.0m。关键词： 超常埋深管道；管位探测；磁感应强度Location Detection Technology of Extraordinary Buried Depth Gas PipelineZHANG Hai-sheng ， WANG Chun-qi， HUANG Zhi Abstract ：Thro

2、ugh drilling exploration holes near the metallic pipeline which needs to be detected and putting the detection probes into the exploration holes ， the location of extraordinary buried depth undergrou nd pipeline is detected by electromagnetic principle. The detection me thod and principle and the an

3、alysis method of detected data are discus sed ， and the application case is given. The practical detection result is exact and reliable. The vertical detection error of gas pipeline is not more than 1.5 m ， and the horizontal detection error is not more th an 1m.Key words ：extraordinary buried depth

4、 pipeline； detection of pipeline location ； magnetic induction intensity1 概述 在燃气管道建设过程中，当管道需要通过水沟、河流等区域时，采用开挖沟槽方 式敷设施工难度非常大，目前多采用非开挖方式施工。一般采用定向钻施工敷设 的管道埋深都比较大，往往都超过5m以上，多数区域埋深都在1020m有些特殊地段管道埋深达 30m左右。这些超常埋深的管道，若竣工资料欠缺，没有准确 的三维坐标资料，运行以后再准确确定其位置难度非常大。目前常用的各种管道探测仪器，设计有效探测深度大多都在5m以内1。来用目前常用的管道探测仪器和方法，在地

5、面探测埋深超过5m的管道，定位误差非常大，一般平面位置误差达埋深的20%30%，甚至更大或无法探测定位；深度探测误差比平面位置探测误差更大。为了探测超常埋深管道的准确位置，我们用目前常用 的管道探测仪器，采用非常规的探测方法，对埋深达15m和24m的两段定向钻施工的埋地燃气管道，成功实施了定位探测，获 量得了比较准确的结果。2 探测方法与原理 探测仪器 探测所用仪器为 SL-2188 型地下管道探测仪。 探测方法 在需要探测的管道附近打勘探孔，将仪器的探头做好防水处理，放入勘探孔内， 逐步接近要探测目标管道，根据不同深度和不同水平位置勘探孔内信号强度的变 化，分析出目标管道的位置和深度，探头越

6、接近目标管道，则误差越小。 探测原理该探测方法采用电磁原理，给管道施加一个信号电流，电流沿管道流动，在 管道周围产生磁场。其磁感应强度符合下式2:()式中B信号电流磁感应强度,Bo管道中心电流磁感应强度,R探头到管道中心的距离，H/m卩o导体材料真空磁导率，I 流经管道的信号电流， A用一个感应线圈(即仪器探头)可以探测到管道信号电流磁感应强度分布情况，通 过分析信号电流磁感应强度的变化情况，可以判断出管道的位置。仪器探头磁感 应强度符合下式：Bn=AB (3)A=Aosin 0 (4)式中Bn 探头磁感应强度， T a探头感应线圈平面垂直于管道磁感应线方向的有效面积，mAo探头感应线圈的面积

7、，m0探头感应线圈平面与磁感应线方向的夹角，(°)探测时仪器探头线圈平面可以平行于地面放置，也可以垂直于地面放置。探 头感应线圈平面垂直于地面放置时，如果探头位于地下管道的正上方，这时距离 管道最近，线圈有效面积 A最大，得到信号电流磁感应强度最大；当探头偏离管 道时，信号电流磁感应强度会减小，偏离管道越远，信号电流磁感应强度就越小，这种探测方法称为峰值法，其磁感应强度符合式(1)、(3)。如果探头线圈平面平行于地平面放置，当探头位于管道的正上方时，探头有效面积4为0,由于探头形不成磁感应线切割， 信号电流磁感应强度也就为0;当探头偏离管道时， 探头线圈平面与磁感应线形成夹角 0，产

8、生有效面积，在一定式中范围内偏离越远，夹角越大，信号电流磁感应强度就越大，这种探测方法称为谷值法。采用谷值法探测 时，探头磁感应强度按下式计算：(5)垃仆in fi2 *7T R式中h 探头距管道的垂直距离，m峰值法探测时，通过在地面一定范围内不断移动探头，寻找磁感应强度信号最大 点（即管道正上方）发现目标；而谷值法探测是通过在地面不断移动探头，寻找磁 感应强度信号最小点（即管道正上方）发现目标。谷值法探测的优点是只要探头不 在目标管道的正上方，就有磁感应强度信号，由此可以清楚地判断探头位置正下 方是否有目标管道。3探测数据分析方法探测超常埋深管道位置时，在探测目标管道附近打1个勘探孔，把仪器

9、探头放入孔内，逐步接近目标管道，探测误差会逐渐缩小。采用谷值法探测，如果探 头放入勘探孔后，仪器信号增益调到比较大时，如果目标管道磁感应强度信号很 小或接近于0，说明目标管道在勘探孔正下方或距离很近；如果目标管道磁感应强度信号有一定的值，说明目标管道不在勘探孔正下方，与勘探孔有一定的水平距 离。通过分析比较勘探孔内不同深度磁感应强度信号的大小，可以判断出勘探孔 与目标管道的水平距离和垂直距离。通过比较不同水平位置2个勘探孔探同一深度磁感应强度信号大小，可以分析出目标管道相对于勘探孔的方向。勘探孔探测(5)(5)探头在探测位置1、2处时，由式 、（6）得:式中B探测位置1的磁感应强度，TR1探测

10、位置1到管道的距离，mL勘探孔距管道的水平距离，m2 2皿用式中B探测位置2的磁感应强度，T艮探测位置2到管道的距离，mh2=h2- h (9)式中h1探测位置1距管道的垂直距离，mh2-探测位置2距管道的垂直距离，m h-一探测位置1、2间的垂直距离，m2 2 2Ra=(h 1- h) +L (10)因此，式（8）可以改写为：通过实际探测，可以得到位置1、2处磁感应强度信号 Bi、政的值和位置1、2之间 的垂直距离 h。联立式（7）、（11），可得到1个只含有L与hi的方程组，通过解 这个方程组，即可得到勘探孔距目标管道的水平距离L和垂直距离h1。在实际探测工程中，采用谷值法探测，通过分析计

11、算与现场模拟实验，获得如下结果：当勘探孔离开目标管道水平距离约3m时（即L=3m）,探测位置2信号强度比位置1大1倍时（即B2=2B1），通过分析探测位置 1、2之间的垂直距离厶h,可以判断出勘探 孔内探头位置与目标管道之间的距离（即h2和R2的值）。表1是不同探测位置的实测数据。表1不同探测位置的实测数据L/m3.03.03.03.03.03.03.0B1/T50505050505050B2/1100100100100100100100h/m2.02.22.52.83.03.33.8h?/m3.05.07.08.09.010.012.0可见，目标管道与勘探孔水平间距一定，探头在勘探孔内两个不

12、同深度得到的信 号强度值相差1倍时，探测位置1、2的距离越小，说明探测位置距目标管道越近。 当勘探孔内探头下潜深度与目标管道处于同一水平面时，根据式（11）可以获得最大磁感应强度信号。勘探孔离开目标管道一定的水平距离，采用谷值法探测时，探头在垂直于地平面的勘探孔内做上下移动，获得磁感应强度信号的变化，由式（11）计算出目标管道的位置。4应用实例某两条高压燃气管道穿越325国道，间距约510m埋深均在25m左右（确切深度不详）。因修建立交桥，要在两条高压燃气管道之间修建直径为1.5m、深度约50m的桥墩，需要确定燃气管道的准确位置和埋深。为了实施准确探测，在两条燃气 管道外侧，各打直径约 10cm深度为30m的3个勘探孔（共计6个），勘探孔布置 应确保燃气管道安全，勘探孔位置分布见图 2。经探测，两条燃气管道间距离为 9.010.5m,深度分别为23.5m和21.7m，燃气管道深度探测误差w 1.5m,水平位置 探测误差w 1.0m。通过探测，我们确定了在两条高压燃气管道之间修建桥墩的安 全位置。 埋深超过5m的管道位置的探测，可以采用打勘探孔的方法（深孔探测法）探测, 将仪器探头放入孔内接近管道，可以获得比较准确的探测结果。 采用谷值法探测时，若探头在探孔内大范围移动