（1深圳供电局有限公司 深圳市 518010；2深圳美利来系统技术有限公司 深圳市 518100）
摘要：基于电磁感应法的传统地下管道埋深测量设备，容易受环境干扰，精度较差，实际的探测深度非常有限。本文采用压力传感器技术，通过压阻效应以及数据采样频率的设计，得出了一种新的地下管道埋深及断面轨迹测量方法，解决了传统地下管道测量装置及管线陀螺跟踪测量仪等实现测量中应用范围受限的问题，现场检测效果良好。
关键词：地下管道；压力；深度；测量
Absrtact: The traditional buried depth measurement equipment based on electromagnetic induction method is easy to be disturbed by the environment, and its accuracy is poor. The actual detection depth is very limited. In this paper, a new method of measuring buried depth and cross-section trace of underground pipeline is obtained by using pressure sensor technology, through the design of piezoresistive effect and data sampling frequency. It solves the problem of limited application scope in the measurement of traditional underground pipeline measuring device and pipeline gyroscope tracking measuring instrument. The field detection effect is good.
Keywords:Underground Piping: Pressure; Depth; Measurement
0引言
随着城市的发展，城市地下管网越来越复杂，地下空间越来越拥挤，地下管网的管理和维护的难度也越来越大。地下管网因路径、埋深不明而被外力破坏打穿的情况时有发生。采用电磁感应法(金属管线探测仪) 探地雷达 (GPR) 声学探测、示踪线或示踪探头等传统方法测量城市地下管网分布走向是当前城市地下管网维护的主要手段［1］，但实际探测深度受到很大限制，很难在埋深＞10米以上的情况下准确测量地下管线的埋设位置和深度，容易受测量环境背景的电磁干扰影响，电磁感应法管线仪、探地雷达等已不能满足城市地下空间发展的要求［2］。近年大力发展的管道陀螺仪，虽然可以精确测量大埋深地下管线三维走向，但其价格昂贵、探棒长度800mm左右，只能测量管径77mm以上的管道，导致可测量的管道范围非常有限［3］。
为此，本文提出一种全新的地下管道走向及埋深测量方法，解决了基于电磁感应原理的地下管线定位仪或探地雷达声学探测等传统地下管道测量装置功能单一、测量深度范围有限、且容易受环境干扰、精度不高等问题。同时，规避了管线陀螺仪进行地下管道测绘时，须提前获取地下管道首尾两端坐标、管道内径尺寸须足够大、管道内不宜有异物、地下管道的弯曲幅度不宜过大等问题。
1检测装置工作原理
1.1管道深度测量
将自带导水管的液位变送器探头，送进地下电缆管道内，在导水管注满水的情况下，变送器会自动将压力值换算为水柱垂直高度，进而换算出该处管线的深度［4］。
液位变送器采用的是压阻式压力传感器，它以硅片作为弹性敏感元件，在该膜片上用集成电路扩散工艺制成四个等值导体电阻，组成惠斯登电矫，当膜片受力后、由于半导体的压阻效应．电阻值发生变化，使电桥输出而测得压力的变化［5］。
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图1 采样点示意图
1.2管道断面轨迹测量
通过穿管器往地下管道输送穿管器探头，进行地下管道断面轨迹的测量。以穿管器进入管道的长度△L设置数据采样频率，计算每个采样点对应的X轴（管道前进方向）及H轴（管道深度方向）数据。如图1所示，其中，H1、H2可通过探头的液位变送器直接获得数值,则有：
△H=H1-H2
假设采样长度△L很小，可将弧线△L视作直线，则有：
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X2=X1+△X
在起始点时，X1=0。
通过以上算式，可得每个采样点对应的X轴及H轴上的数据。将每个采样点在二维坐标系中连线，可得这个地下管道的埋深断面图。
2.检测装置结构设计
检测装置主要由穿管器、探头、终端控制器、水箱五部分组成，其结构如图2所示。
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图2 检测装置结构简图
其中，穿管器的穿线杆中，内置一根导气管、一根导水管以及两根电线。这两根电线作为穿管器探头与终端控制器之间电源及信号的传输通道。在穿管器顶部的收放线杆处设置有一个里程计，该里程计可实时计量穿管器杆的收放长度，并同步的将测量结果通过电源信号线反馈给终端控制器。
终端控制器兼具有电源、数据处理器及LED显示屏功能。可处理穿管器探头以及里程计传输过来的信号，经处理后，可在LED屏中实时显示出穿管器探头走过的路径，也即被测量地下管道敷设情况的大致断面图。
整个检测装置由压力传感器、里程计、电源管理子系统、数据采集处理系统、数据存储及显示系统组成，相关系统数据传输关系如图3所示。
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图3 检测装置系统
3.现场测试情况
为了校核检测装置实现的管线测量轨迹的精度，在试验场地利用专用的测试管道模拟非开挖顶管施工管道的轨迹，管道采用电力管材标准型号Ф200×12mm，长度为36米，管材焊接也按电力施工管道要求进行处理。现场测量示意图如图4所示。
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图4 现场测量示意图
将上述数据导入AutoCAD进行处理，测试结果如下（红色为实际数据，绿色为本项目产品数据）：
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图5 轨迹剖面图对比
从图中，可知该装置测得的非开挖管线轨迹结果接近于管线真实轨迹。其中，探头最大平面误差30mm，最大高程误差10mm，主要为进出口附近，由于管道弯度较大，探头在管道内容易变换位置，导致偏差较大。
4.结束语
本文采用压力传感器技术，通过测量水柱的高度，从而间接的获得管线深度以及管线轨迹。现场测试结果表明，实际数据精度及管线轨迹情况，满足工程应用要求。为使该装置检测精度更高，可通过优化管道液体的流阻以及选用精度更高的压力传感器等措施，来进一步实现。
参考文献
[1] 曹伏龙,王大成,陈国臣等.地下管线探测技术方法研究 [J].工程技术研究,2018（3）：120-121.
[2] 李振海,刘建军.地下非开挖管线探测方法简介与应用 [J].勘察科学技术,2019(3):55-60.
[3] 周徐昌,沈建森.惯性导航技术的发展及其应用[J].兵工自动化,2006(9):55-56+59.
[4] 张颖英,邓勇生,刘涛等.硅压阻压力传感器优化设计 [J].物联网技术,2019(8):24-25+27.
[5] 崔萌洁.扩散硅压力传感器系统的研究[D].上海：东华大学,2018.
作者简介
詹威鹏（1983-），男，高级工程师，硕士，主要从事输电线路运行管理工作。