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1 水下管道非開(kāi)挖狀態(tài)檢查測試技術(shù)研究現狀

非開(kāi)挖施工技術(shù)對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，管道的維修以及管道的更換。該技術(shù)將管道的鋪設方式從開(kāi)挖溝槽向定向鉆孔的方式進(jìn)行轉變。該技術(shù)通過(guò)水平的定向鉆孔機，通過(guò)定位導航儀沿著(zhù)預先設定的軌跡在不同的地質(zhì)條件以及不同的深度下進(jìn)行管道鋪設作業(yè)。在鉆孔的過(guò)程中，通過(guò)配合不同的監測手段以及控制儀器對使鉆孔機沿著(zhù)設定軌跡到達目標位置。當鉆孔機完成鉆孔工作后，擴孔機進(jìn)入孔中對其直徑進(jìn)行擴增，之后再拖入管道進(jìn)行鋪設。因此，管道鋪設路線(xiàn)的正確性取決于，鉆孔機定位與導航的正確性?，F階段，鉆孔機的定位與導航方法主要采用電磁導航，慣性導航以及地面上的導航方式。這三種方式有著(zhù)不同的特點(diǎn)。其中，慣性導航的適應于精度要求較高的場(chǎng)合，但是其存在著(zhù)成本較高的特點(diǎn)。電磁方式的定位導航以及地面方式的定位導航由于受到周?chē)h(huán)境的影響，其定位精度較難控制，需要有經(jīng)驗的工作人員通過(guò)專(zhuān)門(mén)知識進(jìn)行判斷與工作。

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

在檢查測試設備方面，以電磁法為原理研制出的設備應用較為廣泛，下面對各個(gè)設備進(jìn)行詳細的分析。這些具有代表性的設備主要包括英國Radiodetection公司生產(chǎn)的RD系列的探地雷達設備，美國的Star Trak公司的開(kāi)發(fā)的水下管道探測系統。英國Radiodetection公司的開(kāi)發(fā)的水下探測設備采用的技術(shù)較為成熟，且應用范圍較光，該探測設備主要由發(fā)射器、探測器、接收器以及呈現A字型的支架構成。在實(shí)際的水下管道的檢查測試過(guò)程中，需要人員攜帶施工保護設備潛入到水下對管道進(jìn)行監測評估，對于水流較大的河流通過(guò)此方法難以完成檢查測試。

BPS公司研發(fā)的水下埋深管道探測系統主要包括信號發(fā)射裝置、信號接收裝置、信號收集與處理系統組成，該設備的優(yōu)勢在于能夠探測水深達62m，且埋深達5m的管道，并且具有較高的檢查測試精度，且系統成本較低。該設備的不足之處在于，整體的檢查測試原理是采用大地回路法，如果管線(xiàn)出現了磨損、腐蝕等失效形式則會(huì )導致整體檢查測試的精度下降。此外，該設備在埋深變化范圍大的情況下對管道的定位較為困難，且該設備對于收集到的數據的處理周期較長(cháng)，一般為一個(gè)月左右，不適合實(shí)時(shí)狀態(tài)監測的應用場(chǎng)景。

美國的Star Tark公司生產(chǎn)的河流水下管道檢查測試系統，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，該信號通過(guò)管道以及回路后傳輸到接收端，采用GPS技術(shù)對管道的穿越路徑進(jìn)行定位，將采集到的數據通過(guò)數據處理軟件生成CAD圖進(jìn)而得到管道的埋深圖以及剖面圖。

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

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

(1)現有的檢查測試方法較難滿(mǎn)足水深較深、且埋深變化范圍較大的情況。這是因為該情況下的電磁信號強度變化大，使得檢查測試結果不準確或無(wú)法得到檢查測試結果。

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

2 水下管道非開(kāi)挖檢查測試技術(shù)概述

水下管道的非開(kāi)挖檢查測試技術(shù)主要是通過(guò)人工、電磁設備、聲吶設備、視覺(jué)設備對水下埋深處的被測管道進(jìn)行狀態(tài)的監測與健康的評估，從而及時(shí)發(fā)現管道運行過(guò)程中存在的隱患。人工以及機器視覺(jué)的方法主要通過(guò)人工或者機器人來(lái)監測設備的表面是否發(fā)生了磨損、腐蝕、裂紋及其其它形式的損壞，從而根據反饋結果確定合理的維護方式。電磁設備以及聲吶設備主要通過(guò)向被測管道中施加監測信號，信號在管道中進(jìn)行傳輸，將管道的狀態(tài)信息調制于信號中，收集到的被測信號通過(guò)處理系統來(lái)分析其運行狀態(tài)，通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗結合數據結果來(lái)出具評價(jià)結果，輔助后期的維護保養。

3 水下管道非開(kāi)挖檢查測試技術(shù)特點(diǎn)與應用

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

3.1 慣性制導方法

慣性制導方法的原理是采用加速度等傳感器單元來(lái)測量運載體加速度，通過(guò)積分運算可以得到運載體的速度以及位移，從而完成對運載體的定位導航。該傳感器的特點(diǎn)是，它僅通過(guò)三軸加速度傳感器來(lái)測量運載體的各項參數，不容易受到外界環(huán)境的影響，通過(guò)得到運載體三個(gè)軸方向的位置與姿態(tài)可以得到管道中間線(xiàn)的坐標。當管道內部檢查測試器在管道內部移動(dòng)時(shí)，三軸加速度傳感器的運行。內部檢查測試系統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算機中。位于地面上方的每隔一定距離處會(huì )設置GPS的參考點(diǎn)，當內部檢查測試器經(jīng)過(guò)地面上的GPS參考點(diǎn)時(shí)，會(huì )與其定標和進(jìn)行數據傳輸，檢查測試器將當前的位置以及時(shí)間數據上傳到定標盒中。這樣當內部檢查測試器完成整個(gè)管道的檢查測試后，地面計算機會(huì )得到整條管道中間線(xiàn)的數據，由于每隔一定距離會(huì )分布GPS參考點(diǎn)，通過(guò)該定位信息對慣導單元得到的中間數據進(jìn)行修正，從而得到更加準確的位置信息。得到管道的位置信息后，可以繪制出精準的管道位置圖，在此基礎上，結合聲吶設備對水下埋深管道進(jìn)行狀態(tài)監測。該方法目前的應用較少，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)行內部檢查測試，并且大范圍長(cháng)時(shí)間的檢查測試會(huì )導致數據的丟失，使檢查測試結果不可靠。

3.2 電磁檢查測試方法

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

3.3 聲吶檢查測試方法

聲吶檢查測試方法的測量原理為采用聲吶檢查測試設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)該參數能夠計算發(fā)射源到河底的距離。在測量過(guò)程中將測量?jì)x放置于水下，測量?jì)x發(fā)射出聲吶信號，實(shí)時(shí)測量其與河底之間的距離，并通過(guò)計算該點(diǎn)位于水面的距離，從而能夠計算出水面與河底之間的距離。在測量?jì)x的每個(gè)位置處都計算其GPS信息，通過(guò)GPS信息與水深數據可以計算河床的等高線(xiàn)，從而對河床的狀態(tài)進(jìn)行監測。聲吶法能夠檢查測試出水面與河床之間的距離，該方法需要滿(mǎn)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，則該方法無(wú)法對其進(jìn)行檢查測試。因此，聲吶法在水下條件較好，且對非定向鉆穿方式的管道較為有效。

3.4 視覺(jué)檢查測試方法

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

4 結語(yǔ)

水下管道運行的狀態(tài)的穩定性是保證系統正常運行的前提。由于水下管道的埋深鋪設方式的特殊性無(wú)法對其采用地面管道開(kāi)挖方式的檢查測試技術(shù)。因此，需要根據水下管道的施工方式、位置信息確定合理的非開(kāi)挖檢查測試技術(shù)。對此，本文詳細分析了水下管道埋深非開(kāi)挖技術(shù)的研究現狀、技術(shù)概述以及應用，從而為不同應用場(chǎng)景下的檢查測試技術(shù)提供依據。

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