黃豐和

(福州市勘測院 福建福州 350000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家對于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)逐漸重視，管道作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，管道建設(shè)和管道質(zhì)量自然受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注，地下管道敷設(shè)技術(shù)也隨之進(jìn)一步發(fā)展，特別是大埋深管道工程非開挖工程技術(shù)的應(yīng)用。但是，在管道非開挖技術(shù)應(yīng)用解決管道施工難題的同時，如何對大埋深金屬管道質(zhì)量和位置進(jìn)行探測則成了當(dāng)今時代新問題。工程實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)英國雷迪公司生產(chǎn)的PCM+探測儀可以很好地解決這個問題?；诖耍疚脑敿?xì)介紹PCM+探測儀在大埋深金屬管道探測中的應(yīng)用，以供同行借鑒。

1 PCM+探測儀的工作原理和特點(diǎn)

1.1 工作原理

圖1 PCM+接收機(jī)信號顯示

PCM+探測儀由兩個設(shè)備組成，一個設(shè)備是手提式接收機(jī)，另一個設(shè)備為便攜式發(fā)射機(jī)，如圖1所示。發(fā)射機(jī)功用主要在于向大埋深金屬管道發(fā)送一個與直流大致相當(dāng)?shù)男盘栯娏鳎屵@個電流沿著管道進(jìn)行傳送，而接收機(jī)的功用則在于對這個信號進(jìn)行接收，并對信號電流的強(qiáng)度和方向進(jìn)行顯示。工程實(shí)踐中，只要將電流強(qiáng)度和方向作為依據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)對金屬管道位置的準(zhǔn)確判斷。并且，這個設(shè)備還可以應(yīng)對各種復(fù)雜的情況，比如：管道相互交叉、金屬管道相距較近等。

此外，在進(jìn)行此類探測時，只要對管中電流信號的衰減情況進(jìn)行觀察，繼而即可實(shí)現(xiàn)對管道防腐層情況的預(yù)測。比如：在環(huán)境和影響因素相同的條件下，電流信號損失越小，則說明管道防腐層絕緣性能越強(qiáng)，反之則越弱。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

PCM+探測儀特點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)發(fā)射機(jī)功率較大，最大深測距離為30km，性能顯著;

(2)PCM+探測儀具有多項(xiàng)功能，包括電流強(qiáng)度測量、電力方向測量、管線定位和管線深度測量等功能;

(3)PCM+探測儀可以評估不同長度管道的防腐層狀況;

(4)PCM+探測儀中的設(shè)備，具有自動化保護(hù)功能;

(5)PCM+探測儀支持多種供電方式，220V交流供電和20-50V直流供電均可;

(6)PCM+探測儀的應(yīng)用能夠?qū)β裆畹陀?5m的金屬管道進(jìn)行準(zhǔn)確的探測。

1.3 PCM+探測儀與其他管線探測儀比較研究

為了對PCM+管線探測儀的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，福州市有關(guān)部門通過實(shí)驗(yàn)的方式，分別對管線檢測設(shè)備是DM探測儀和PCM+探測儀兩種設(shè)備的使用性能進(jìn)行了驗(yàn)證。

此次對比檢驗(yàn)的路段為福州市某街道上1000m左右的埋地鋼質(zhì)管道，且該管段安裝了陰極保護(hù)測試樁，輻射環(huán)境為自然土壤，檢測人員需沿地面進(jìn)行管道檢測。在對比試驗(yàn)之前，已經(jīng)知道管道存在3個異常點(diǎn)，并畫出了異常標(biāo)記，僅需使用管線探測儀對故障區(qū)域管線進(jìn)行檢測即可。在檢測的同時，需要做好dB值的記錄，探測儀僅對管道外防腐層的缺點(diǎn)之大小值進(jìn)行顯示。簡言之就是，dB值越大，代表防腐層缺點(diǎn)越大，電流流失量也愈發(fā)嚴(yán)重。

(1)試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)

DM和PCM+探測儀發(fā)射機(jī)的頻率組合均采用3HZ、6HZ和128HZ組合，其輸出電流恒定為600mA。

(2)試驗(yàn)過程

首先，需要做好準(zhǔn)備工作。由專業(yè)的檢測部門負(fù)責(zé)調(diào)試設(shè)備，并穿戴檢測所需的工作服。

其次，是試驗(yàn)過程，本次試驗(yàn)的過程共分為5步，第一步：對DM和PCM+探測儀的輸出信號進(jìn)行檢測，確保其與對比條件相吻合。第二步：使?fàn)奚枠O包和管道之間的連接斷開，然后使管道陰極保護(hù)接口與發(fā)射機(jī)和測試樁相連接。第三步：打開試驗(yàn)設(shè)備，做好信號的檢查。第四步：將設(shè)備與A字架相連接，并使用設(shè)備檢測異常管段。第五步：由工作人員使用設(shè)備檢測異常點(diǎn)，單點(diǎn)檢測次數(shù)為3次，同時做好dB值等數(shù)據(jù)的記錄。

(3)試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)所得到的結(jié)果，其處理方法選擇了四分位數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，本文將PCM+探測儀埋深測量為例，對檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)方法加以闡述，DM探測儀所用的統(tǒng)計(jì)方法與之相同。

首先，對指定值和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行明確。通過工作人員使用DM和PCM+探測儀對3個異常點(diǎn)分別進(jìn)行3次檢驗(yàn)，本次測量共得到9個數(shù)據(jù)，這9個數(shù)據(jù)的平均值就是PCM+探測儀得到的試驗(yàn)結(jié)果。

其次，對四分位距進(jìn)行確定，所確定的四分位距：Q=Q3-Q1；在這個公式中，四分位距由Q代表、第三四分位數(shù)由Q3表示、Q1表示第一四分位數(shù)。利用四分位數(shù)處理試驗(yàn)得到的9個數(shù)據(jù)，可以得到Q0。

最后，對能力統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行明確，按照公式Z=x-X/Q0計(jì)算能力統(tǒng)計(jì)量。

(4)對比結(jié)論

DM和PCM+探測儀的對比結(jié)果如表1所示。

表1 DM和PCM+探測儀試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，兩種探測儀的檢測精度都非常高，甚至精確到小數(shù)點(diǎn)的7位以上，能夠大致還原管道的實(shí)際情況。

通過對比分析判定，DM和PCM+探測儀均具有良好的性能，可以滿足管道探測的需要。但DM管線探測儀的抗干擾能力相對偏低，如果管線發(fā)射機(jī)位置不合理，在直讀埋深時可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差，故不適合使用直讀法進(jìn)行探測。而PCM+探測儀的缺點(diǎn)為設(shè)備沉重，且使用成本較高。建議有關(guān)部門在選擇探測儀器時應(yīng)根據(jù)自身的需要酌情選擇。

2 PCM+探測儀用于大埋深金屬管道探測中的使用方法

在使用PCM+探測儀探測管道時，可以從峰值法和谷值法中自由選擇一種方法，完成對管道的探測。

在做好現(xiàn)場情況勘查工作之后，首先應(yīng)確保發(fā)射機(jī)的接地效果，然后將輸出線與被測管道相連接，隨即啟動接收機(jī)電源，保證發(fā)射機(jī)輸出頻率與工作頻率的一致性。此時，接收機(jī)上會存在顯示訊號強(qiáng)度的顯示條，工作時可以通過調(diào)節(jié)按鈕進(jìn)行訊號的調(diào)節(jié)，然后按下頻率鍵，讓接收機(jī)進(jìn)入波谷模式，此時接收機(jī)的面板上就會出現(xiàn)一個箭頭指示，可以將該箭頭指示作為依據(jù)，對地下管道的位置進(jìn)行確定；在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)轉(zhuǎn)換頻率，使接收機(jī)進(jìn)入波峰模式，長按頻率鍵3s，接收機(jī)就會對埋深進(jìn)行顯示。此時，做好記錄為后續(xù)工作的開展提供依據(jù)[2]。PCM+探測儀具體使用方法可以分為以下幾個步驟：

(1)PCM發(fā)射機(jī)

①在通電之前，應(yīng)該調(diào)整發(fā)射機(jī)的電源，促使電源檔位為OFF檔，簡言之，就是發(fā)射機(jī)在啟動之前應(yīng)該保持關(guān)機(jī)的狀態(tài)；

②調(diào)整發(fā)射機(jī)的電流檔，100mA或300mA均可；

③頻率調(diào)到中間檔；

④在電源輸入線中，應(yīng)該確保黑線與負(fù)極相連接，而紅線需要與正極相連接；

⑤在調(diào)整信號輸出線時，應(yīng)確保白線與管道相連，而綠線需要連接接地棒；

⑥應(yīng)盡量增加接地棒導(dǎo)線的長度，其長度應(yīng)超過45m。

(2)PCM接收機(jī)

①工作人員應(yīng)該結(jié)合圖紙，對管線進(jìn)行定位，然后控制發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的間距；

②按開關(guān)，啟動接收機(jī)；

③按Mode鍵，對測繪方式進(jìn)行選擇；

④按Peak鍵，對峰值和峰谷進(jìn)行選擇；

⑤保證接收機(jī)的牢固性；

⑥進(jìn)行峰谷方式的選擇。

3 PCM+探測儀應(yīng)用于大埋深金屬管道探測中的實(shí)例研究

3.1 PCM+探測儀在天然氣拉管探測中的應(yīng)用

某天然氣管線工程位于福建省福州市，管線走向?yàn)樽阅舷虮保芫€位于公路兩側(cè)，管徑為400mm，由于管線需要穿過公路，故在施工過程采取了拉管技術(shù)，對經(jīng)過公路部分的天然氣管道進(jìn)行處理，其拉管埋深與普通管道埋設(shè)深度相比，具有深度大的特點(diǎn)，最大埋設(shè)深度可達(dá)20m。由于需要在公路兩側(cè)建設(shè)自來水管線工程，因此必須掌握天然氣拉管的埋設(shè)情況，故通過PCM+探測儀的使用，探測該區(qū)域的天然氣拉管，且取得了良好的效果，如圖1所示，PCM+探測在拉管埋設(shè)深度高達(dá)14.8m時，其電流信號并沒有受到影響。該工程案例證明了PCM+探測儀在探測大埋深金屬管道具有十分顯著的優(yōu)勢[3]。

3.2 PCM+探測儀在探測福州市達(dá)明路煤氣中壓管道中的應(yīng)用實(shí)例分析

圖2 州市達(dá)明路電流曲線圖

探測福州市達(dá)明路煤氣中壓管道時應(yīng)用了PCM+探測儀。首先，將1A的ELF電流由站前閥門向管道施加，同時將通過兩側(cè)檢測所獲得的電流結(jié)果作為依據(jù)，繪制了電流曲線圖，如圖2所示。第一次對管線進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在第3點(diǎn)和第4點(diǎn)間，電流迅速下降，下降幅度高達(dá)400mA，而其他管段電流下降速度較為平緩，于是使用A字架查找原因，將箭頭指向第3點(diǎn)和第4點(diǎn)間管彎處，由此推斷這個位置的管道防腐層存在的問題；然后，將該處管道挖開，發(fā)現(xiàn)該位置管道的防腐層確實(shí)存在一定的缺陷。經(jīng)過修復(fù)后，使用PCM+探測儀重新檢測，發(fā)現(xiàn)電流異常狀況小時，所繪制的電流變化曲線也接近平緩。

3.3 PCM+探測儀在探測福州市福新東路煤氣中壓管道中的應(yīng)用實(shí)例分析

在檢測福州市福新東路煤氣中壓管道時，利用PCM+探測儀繪制了管線的電流曲線圖，如圖3所示。經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)，煤氣中壓管道多段管線出現(xiàn)了電流異常下降的狀況，在間距40m處情況尤為嚴(yán)重。該管段在長度為1km的距離內(nèi)，所損失的電流高達(dá)1A，由此表明，這段管線具有非常大的電流衰減率，電流曲線分布較為陡峭，檢測時將其作為依據(jù)，推斷出該管線的防腐層存在問題。然后，據(jù)此對管道進(jìn)行開挖，發(fā)現(xiàn)管道確實(shí)存在老化情況，檢測單位對老化管道進(jìn)行了更換和維修，從而使管道恢復(fù)了正常。

圖3 福州市福新東路煤氣中壓管道電流曲線圖

4 結(jié)語

綜上所述，大埋深金屬管道探測并不是單純的追蹤信號定位定深，重要是利用管道的埋設(shè)特點(diǎn)及材質(zhì)、管徑，結(jié)合實(shí)地情況進(jìn)行。通過分析PCM+探測儀用于大埋深金屬管道探測中的實(shí)例和對比不同探測儀的工作性能和不足，可以發(fā)現(xiàn)，將PCM+探測儀與DM探測儀相比，在檢測精度上相對較高，但卻存在著使用成本高，且設(shè)備沉重的缺陷，故有關(guān)部門在使用過程中應(yīng)按照使用方法，充分發(fā)揮儀器特性，以確保探測工作的順利開展，提高了施工效率和探測精度。

其次，雖然使用者在不掌握PCM+探測儀工作原理的情況下，依然可以有效使用PCM+探測儀進(jìn)行管線探測，但是加強(qiáng)對PCM+探測儀工作原理的掌握，有利于在應(yīng)用設(shè)備過程中更加靈活，以充分發(fā)揮設(shè)備在探測大埋深金屬管道的作用。為此，探測時需要在應(yīng)用在PCM+探測儀時，掌握其技術(shù)原理。PCM+探測儀的工作原理就是所謂的電磁感應(yīng)原理，在一個電流流經(jīng)一條管線時，那么就會在周邊產(chǎn)生一定的電磁場，一般情況下可以根據(jù)右手定則，對磁場的方向進(jìn)行明確，流經(jīng)的電流直接關(guān)系到磁場強(qiáng)弱，一旦流經(jīng)導(dǎo)線的電流出現(xiàn)波動，那么磁場也會發(fā)生相應(yīng)的波動，這種會出現(xiàn)波動的磁場就是電磁場[1]。同理，如果導(dǎo)線在磁場中進(jìn)行磁力線切割動作，感生電流就會隨之產(chǎn)生，導(dǎo)線處會在不斷變化的磁場中進(jìn)行運(yùn)動，同樣會導(dǎo)致電流的感生。簡言之，電流與磁場是相輔相成的，電流是產(chǎn)生磁場的基礎(chǔ)，而磁場運(yùn)動又是電流感生的主要途徑。而PCM+探測儀屬于一個交變信號發(fā)生器，換句話講，PCM+探測儀等同于一個電源，并且這個電源就有產(chǎn)生交流信號的功能。在上述案例中，就利用電流信號發(fā)射機(jī)會將電流信號發(fā)送至管道，此時管道就好比一根深埋地下的導(dǎo)線，成為了電流信號的傳播介質(zhì)，在電流信號流經(jīng)管道后，管道周圍就會有磁場產(chǎn)生，在電流發(fā)生變化時，磁場會隨之發(fā)生改變。然后依據(jù)電流變化的異常狀況，對管道缺陷進(jìn)行判斷和定位。