陳海濤

摘 要：文章通過ABM-90慣性陀螺儀應(yīng)用在市政工程建設(shè)項(xiàng)目中的非開挖管線探測(cè)任務(wù)中，總結(jié)了陀螺儀探測(cè)中應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)，提出了非開挖管線采用觸探法代替開挖驗(yàn)證，統(tǒng)計(jì)了探測(cè)結(jié)果和驗(yàn)證結(jié)果的偏差量并評(píng)定了探測(cè)結(jié)果精度，較好的指導(dǎo)了設(shè)計(jì)施工，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：慣性陀螺儀；非開挖管線；城市坐標(biāo)系；絕對(duì)精度

中圖分類號(hào)：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0067-03

Abstract： In this paper， ABM-90 OMU is used in the trenchless pipeline detection task of municipal engineering construction project. The key points that should be paid attention to in the detection of OMU are summarized. It is proposed that the trenchless pipeline should be detected by Cone penetration test method instead of excavation verification. The deviation between the detection results and verification results is counted and the accuracy of the detection results is evaluated. It is better to guide the design and construction and achieves good results.

Keywords： OMU； trenchless pipeline； urban coordinate system； absolute accuracy

1 概述

非開挖管道施工技術(shù)大量應(yīng)用在城市電力、通信、燃?xì)?、給水、工業(yè)等市政工程建設(shè)領(lǐng)域，由于其不需要大面積開挖地面，施工場(chǎng)地要求小、施工速度快、對(duì)被穿越對(duì)象擾動(dòng)少，而且能下穿河流、道路、建筑物等，所以在大型城市建設(shè)中發(fā)展迅速，且產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于早期的非開挖施工項(xiàng)目竣工資料不完備，可參考性較低。筆者在多年的探測(cè)經(jīng)歷中發(fā)現(xiàn)，從權(quán)屬單位調(diào)查來的管線竣工資料僅僅是原設(shè)計(jì)圖紙匯編而來，這就給后來的市政工程建設(shè)帶來了極大隱患，因此非開挖管線探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

目前國(guó)內(nèi)主流的非開挖管線探測(cè)設(shè)備主要是比利時(shí)Reduct公司生產(chǎn)的ABM系列和DR系列，該系列管道探測(cè)系統(tǒng)可靠性高、操作簡(jiǎn)便、堅(jiān)固耐用。本文主要研究了ABM-90慣性陀螺儀探測(cè)成果相對(duì)于城市坐標(biāo)系下的絕對(duì)精度，指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)施工，取得了良好效果。

2 ABM-90慣性陀螺儀探測(cè)

2.1 探測(cè)原理

當(dāng)陀螺儀從入口點(diǎn)A行進(jìn)到出口點(diǎn)B時(shí)，ABM-90中的所有傳感器自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，以100Hz或每秒100個(gè)采樣進(jìn)行。經(jīng)過軟件計(jì)算得到的數(shù)據(jù)分別是每個(gè)點(diǎn)的X方向（距離）、Y方向（航向）、Z方向（俯仰）和滾動(dòng)位置的變化，最終將得到的一段管路的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)。輸入入口點(diǎn)和出口點(diǎn)的已知坐標(biāo)，或者是入口點(diǎn)坐標(biāo)和起始方位角，從而將一段管路的三維坐標(biāo)歸算至施工坐標(biāo)系或城市坐標(biāo)系下的管道三位坐標(biāo)，由于采用數(shù)據(jù)足夠多，因此能全面反映非開挖管道在地下的空間位置分布。

2.2 探測(cè)方法

慣性陀螺儀放入非開挖套管內(nèi)，通過往返各兩次貫穿測(cè)量，進(jìn)行從A到B的正向測(cè)量（F）、從B到A的逆向測(cè)量（B），在A處將儀器掉頭從A到B的逆向測(cè)量（B）、從B到A的正向測(cè)量（F），即FBBF測(cè)量順序。此測(cè)量方法能夠盡可能消除系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

測(cè)試過程中應(yīng)盡可能保證儀器以1m/s勻速運(yùn)行，盡可能防止儀器運(yùn)行過程中產(chǎn)生較劇烈的震動(dòng)、突然加速、突然停止等引起加速度值突變的情況，這些突變情況會(huì)作為偶然誤差，直接影響探測(cè)結(jié)果的精度和數(shù)據(jù)可靠性。其運(yùn)行過程中禁止逆向運(yùn)行，逆向測(cè)量的數(shù)據(jù)可視為粗差，將會(huì)作為正常數(shù)據(jù)參與計(jì)算，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠。

采用GPS或全站儀，精確觀測(cè)A點(diǎn)和B點(diǎn)非開挖管線關(guān)口的管頂坐標(biāo)，記錄管徑數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備。

數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)注意FBBF四組測(cè)量數(shù)據(jù)的重現(xiàn)行，可以從四組數(shù)據(jù)的離散度來區(qū)分單向測(cè)量數(shù)據(jù)的優(yōu)劣，應(yīng)保證長(zhǎng)度修正比數(shù)值小于2.5%。

3 探測(cè)案例

3.1 工程應(yīng)用

ABM-90陀螺儀標(biāo)稱其平面重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度為0.25% L，高程重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度為0.10% L（L為當(dāng)次測(cè)試長(zhǎng)度），實(shí)際工程建設(shè)領(lǐng)域更關(guān)心在城市坐標(biāo)系或施工坐標(biāo)系下探測(cè)成果的絕對(duì)精度，而不是重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度，要通過精確探測(cè)確定非開挖管線平面位置和埋深，以便施工中合理避讓。

某航道整治項(xiàng)目，河道長(zhǎng)度約50km，河面寬度約80m，項(xiàng)目施工內(nèi)容包括駁岸工程、橋梁工程、航道清淤工程等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及相關(guān)權(quán)屬單位交底該項(xiàng)目存在軍通、信息、移動(dòng)、東方有線、電力及超高壓電力、燃?xì)狻⒔o水、航油等共計(jì)9類非開挖管線，由于下穿航道的管線存在隱蔽性，航道維護(hù)疏浚施工作業(yè)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。為保證下穿航道管線安全，確保航道維護(hù)疏浚項(xiàng)目順利進(jìn)行，需要對(duì)整個(gè)維護(hù)疏浚工程區(qū)域內(nèi)的非開挖管線進(jìn)行精探。其中電力和超高壓管線共計(jì)12路，受電磁干擾等因素，只有采用陀螺儀探測(cè)才能滿足本項(xiàng)目需要。探測(cè)成果詳見表1。

3.2 觸探法管線驗(yàn)證

在非開挖管線探測(cè)技術(shù)方法中，陀螺儀探測(cè)成果最優(yōu)[2]，在驗(yàn)證陀螺儀探測(cè)精度時(shí)，應(yīng)選擇其他精度更高的方法，所以另尋他路借鑒靜力觸探測(cè)試方法。

在待驗(yàn)證管線上設(shè)計(jì)若干橫斷面進(jìn)行垂直觸探，觸探桿可通過全站儀觀測(cè)垂直度，配合固定支架保證其垂直，為獲得土體內(nèi)觸探桿的垂直度，可通過在觸探孔內(nèi)設(shè)置測(cè)斜管，通過高精度測(cè)斜儀測(cè)試鉆桿垂直度，以修正觸探點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)。在設(shè)計(jì)好的觸探斷面上按一定間距進(jìn)行觸探作業(yè)，記錄觸探到驗(yàn)證管線的觸探桿坐標(biāo)和地面高程，即可獲得各相應(yīng)位置處管線中心的三維坐標(biāo)，與探測(cè)成果資料對(duì)比，從而可驗(yàn)證管線的平面位置和埋深成果。

本項(xiàng)目共計(jì)驗(yàn)證8路非開挖電力管道，每路電力管道長(zhǎng)度約為220m，每路由至少進(jìn)行了一個(gè)點(diǎn)的觸探驗(yàn)證，驗(yàn)證成果詳見表2。

從表2可以看出，陀螺儀探測(cè)成果明顯優(yōu)于規(guī)范要求的平面0.1h和埋深0.15 h（h為管道埋深）的限差的精度指標(biāo)。

4 精度分析

以不同時(shí)間、由不同操作員、用不同的儀器，進(jìn)行重復(fù)探測(cè)，將原始觀測(cè)與重復(fù)觀測(cè)的定位、定深結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算中誤差。計(jì)算結(jié)果顯示探測(cè)精度遠(yuǎn)高于規(guī)范限差要求，探測(cè)和驗(yàn)證結(jié)果均取得了良好效果。

5 結(jié)論

（1）陀螺儀探測(cè)成果完全滿足于非開挖管線工程物探項(xiàng)目，尤其適用于橋墩樁基施工、航道護(hù)岸樁施工、航道疏浚等對(duì)管線平面位置和埋深結(jié)果精度要求較高的工程環(huán)境。

（2）慣性陀螺儀探測(cè)過程中最好采用可變力矩絞盤拖拽儀器，以保證儀器運(yùn)行平穩(wěn)，高精度的探測(cè)一定要采用FBBF測(cè)量模式，采集四組測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）討論了地下管線探測(cè)隱蔽點(diǎn)驗(yàn)證方法，非開挖管線埋深較深，開挖驗(yàn)證不現(xiàn)實(shí)，提出采用觸探加傾斜觀測(cè)的手段，解決了深埋管線開挖驗(yàn)證問題，取得了良好效果。

（4）慣性陀螺儀高精度的探測(cè)成果供設(shè)計(jì)單位使用可以避免后期調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，供施工單位使用可以避免因管線位置不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的管線事故，供建設(shè)單位使用可以控制因重大管線安全風(fēng)險(xiǎn)帶來的資金預(yù)算，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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