林祖源

（惠州市惠陽(yáng)區(qū)城市測(cè)量隊(duì)，廣東 惠州 516000）

大多數(shù)地下金屬管道的鋪設(shè)環(huán)境都比較惡劣，地理環(huán)境并不單一，樓區(qū)和村落是地下金屬管道較為常見(jiàn)的鋪設(shè)地點(diǎn)，地理環(huán)境就決定了管道鋪設(shè)的難易程度，相較于在空曠的地帶埋設(shè)金屬管道，受到地理?xiàng)l件的限制，對(duì)管道折點(diǎn)的埋設(shè)就難上加難[1]。并且大部分的金屬管道相較于聚合材料的管道，更容易受到損害，一旦發(fā)生破裂斷裂的情況，管道破裂輕則導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)受損，重則導(dǎo)致人員傷亡[2]。而管道的防腐層只涂在管道外側(cè)，在鋪設(shè)過(guò)程中，外側(cè)的地下金屬管道容易受到劃損和破壞，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)一部分雜散電流，由于電流的產(chǎn)生造成化學(xué)反應(yīng)加劇，對(duì)地下金屬管道的腐蝕效果會(huì)翻倍，從而導(dǎo)致地下管道穿孔破損。因此，對(duì)地下金屬管道的分布情況進(jìn)行把控很有必要。從前對(duì)管道分布的定位，通常需要借助竣工圖紙進(jìn)行確定，包括詢(xún)問(wèn)當(dāng)時(shí)施工的相關(guān)人員，但人的大致記憶并不足以對(duì)金屬管道精準(zhǔn)定位。由于地下管道鋪設(shè)后，在后續(xù)過(guò)程中難以進(jìn)行挖掘監(jiān)測(cè)，并且施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖工作量都不小，所以對(duì)地下金屬管道進(jìn)行定位和測(cè)量就十分重要，在鋪設(shè)的初始階段，就對(duì)管道位置進(jìn)行把控，對(duì)后續(xù)地下金屬管道的維護(hù)和檢修都有好處，能夠幫助工作人員進(jìn)行故障點(diǎn)鎖定，省去對(duì)金屬管道定位的麻煩[3]。

1 地下金屬管道定位測(cè)量

1.1 檢測(cè)地下金屬管道的走向

首先將測(cè)量區(qū)域的地下金屬管道走向進(jìn)行劃分，對(duì)每組的金屬管道分別配置4個(gè)傳感器，通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)液體、固體邊界條件進(jìn)行確定，根據(jù)震動(dòng)理論對(duì)涉及結(jié)構(gòu)中的聲波進(jìn)行測(cè)量，理解固體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，并對(duì)振動(dòng)發(fā)生土壤位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而進(jìn)行推導(dǎo)金屬管道的走向，描繪地下金屬管道柱坐標(biāo)系下的管道，如圖1所示。

圖1 坐標(biāo)系下的金屬管道

設(shè)金屬管道殼體的向性相同且管道內(nèi)部為均勻厚度。金屬管道的軸向?yàn)閄，金屬管道徑向?yàn)閞，金屬管道軸向?yàn)棣?，測(cè)量金屬管道殼中面到中心軸的位移，設(shè)b為管道的半徑，h為金屬管道的壁厚度，計(jì)算管道的徑厚比，得到h/b＜1。對(duì)金屬管道管壁的軸向位移u進(jìn)行測(cè)量，設(shè)管道的周向位移為v，管道向下的徑向位移分別為w。通過(guò)建立簡(jiǎn)單的管道模型，根據(jù)公式：

對(duì)比空心管道與剛性壁圓柱管的波數(shù)分析結(jié)果，根據(jù)分析記過(guò)對(duì)彈性管波充液數(shù)μ進(jìn)行計(jì)算，分析金屬管道的震動(dòng)對(duì)稱(chēng)波形，疊加每個(gè)模態(tài)的管道向量，分別測(cè)量低頻與高頻時(shí)的模態(tài)變量數(shù)據(jù)，根據(jù)管內(nèi)流體的禍合效應(yīng)對(duì)泊松比系數(shù)進(jìn)行分析。對(duì)金屬管道內(nèi)頻率較強(qiáng)的禍合效應(yīng)進(jìn)行記錄，當(dāng)徑向震動(dòng)系數(shù)增加時(shí)，對(duì)截至頻率測(cè)量。測(cè)量相速度的具體數(shù)據(jù)，根據(jù)殼體承載能力的大小，對(duì)兩者之間的模態(tài)競(jìng)合進(jìn)行比較。大部分殼體的承載能力受到徑向運(yùn)動(dòng)的影響，從而呈現(xiàn)出金屬管壁的剛性正向上升，也使得徑向震動(dòng)能夠達(dá)到預(yù)期的幅度要求。

1.2 檢測(cè)地下金屬管道的埋深

對(duì)地下金屬管道的埋深進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量得到數(shù)據(jù)等同于管道中心軸線到地表面的位移，對(duì)管道沖液的情況進(jìn)行分析。當(dāng)?shù)叵陆饘俟艿缆裆?米時(shí)，對(duì)周?chē)寥垒S向位移放大系數(shù)幅值和相位進(jìn)行測(cè)量，將土壤徑向位移系數(shù)進(jìn)行放大，得到第二幅值和相位圖。其中地下金屬管道的土壤軸向和徑向位移達(dá)到的波動(dòng)不符合部分要求，兩者重合的幅度值與剪切波想死，且在高頻段幅度值的壓縮下頻段呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。對(duì)于部分相位跳變的局部位移情況，通過(guò)彈性波的正向發(fā)展距離，可以進(jìn)行位移干涉現(xiàn)象的解釋。通過(guò)對(duì)對(duì)稱(chēng)流體波速的測(cè)量，得到具體波速數(shù)據(jù)為512m/s。根據(jù)聲波反射原理對(duì)剪切波波速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得剪切波為298m/s。根據(jù)折射定律對(duì)壓縮波波速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得結(jié)果為1477m/s。由此可見(jiàn)，在全反射的作用下，壓縮波難以對(duì)土壤中的物質(zhì)產(chǎn)生輻射效果，恰恰相反，由于軸對(duì)稱(chēng)流體作用，波速較小的剪切波可以對(duì)土壤中的目標(biāo)物質(zhì)產(chǎn)生輻射效果。根據(jù)測(cè)量的土壤位移距離，整理得到公式：

其中D為地下管道埋深，P為管道表面積，mc為地下金屬管道半徑，kd為地下金屬管道測(cè)量點(diǎn)右側(cè)縱坐標(biāo)，kd+1為地下金屬管道測(cè)量點(diǎn)左側(cè)縱坐標(biāo)，H0為地下管道測(cè)量點(diǎn)輻射系數(shù)，h為地下位移阻抗系數(shù)，根據(jù)土壤位移計(jì)算地下金屬管道的埋深，根據(jù)埋深的具體數(shù)據(jù)，進(jìn)一步確定測(cè)量地下金屬管道設(shè)備的設(shè)置位置，進(jìn)行地下金屬管道橫縱坐標(biāo)的測(cè)量。

1.3 測(cè)量地下金屬管道定點(diǎn)坐標(biāo)

通過(guò)對(duì)地下金屬管道的埋深確定，在測(cè)量地下金屬管道定點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，通過(guò)運(yùn)用地下測(cè)量設(shè)備，判斷金屬管道的相應(yīng)位置。將電能的發(fā)電機(jī)連接發(fā)射機(jī)的輸入端，對(duì)發(fā)射機(jī)輸出端的供入點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，確保端點(diǎn)之間的連接無(wú)誤，供入點(diǎn)的另一端與地級(jí)相連，構(gòu)成完整的一套信號(hào)接收發(fā)射體系，通過(guò)對(duì)管道發(fā)射器的信號(hào)進(jìn)行輸送，避免金屬管道上存在的電流信號(hào)不足，確保信號(hào)的接收。確定金屬管道埋深的地極位置后，在埋深方向20m～40m左右的位置定點(diǎn)，保證目標(biāo)管線原理極點(diǎn)。對(duì)管線涂層的絕緣情況進(jìn)行檢查，保證管道能夠正常使用，確保管道周?chē)鷽](méi)有其他金屬構(gòu)筑物。同時(shí)，針對(duì)電流回路的電阻范圍進(jìn)行衡量，測(cè)量電路中電阻的具體數(shù)值，根據(jù)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，可以得到地下金屬管道定點(diǎn)坐標(biāo)的具體位置。

2 地下金屬管道鋪設(shè)過(guò)程監(jiān)測(cè)測(cè)量

2.1 監(jiān)測(cè)管道中心放線區(qū)域

對(duì)地下金屬管道進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，首先要考察地下金屬管道埋置的土壤環(huán)境，土壤環(huán)境的判斷決定了監(jiān)測(cè)管道的中心放線區(qū)域監(jiān)測(cè)結(jié)果，常見(jiàn)的典型參數(shù)如表1所示。

表1 常見(jiàn)管道周?chē)寥赖男再|(zhì)

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析可知，埋設(shè)地下金屬管道周?chē)惩梁宛ね恋暮?，并?duì)其他化學(xué)元素的含量做出要求，以此判斷地下金屬管道鋪設(shè)中心放線的監(jiān)測(cè)區(qū)域。

由于在鋪設(shè)管道是，中心放線區(qū)域較小，在滿足土壤性質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)放線區(qū)域的土壤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在適合埋設(shè)地下金屬管道的位置，通過(guò)對(duì)土壤位移頻率的測(cè)量，利用土壤固體波的復(fù)波數(shù)進(jìn)行頻響函數(shù)的計(jì)算，對(duì)二者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)，對(duì)放線的位置進(jìn)行判斷。大部分管道運(yùn)動(dòng)的禍合效應(yīng)都與管壁相關(guān)，對(duì)于管壁的位移距離進(jìn)行測(cè)量，得到金屬管道內(nèi)聲壓的具體數(shù)值。

2.2 監(jiān)測(cè)地下金屬管道布管作業(yè)過(guò)程

通過(guò)判斷出鋪設(shè)地下金屬管道中心放線的區(qū)域，進(jìn)一步對(duì)該區(qū)域內(nèi)地下金屬管道布管的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，首先，在地下金屬管道布管鋪設(shè)過(guò)程中，對(duì)于管道的前后連接，要求管道前后首尾相接，對(duì)于呈現(xiàn)出鋸齒狀分布的管道進(jìn)行剔除，監(jiān)測(cè)鋪設(shè)過(guò)程主要是監(jiān)測(cè)在進(jìn)行布管作業(yè)時(shí)，避免地下金屬管道直接接觸到土壤中的石礫，造成鋪設(shè)時(shí)管道受損，管道外壁有保護(hù)涂層，也是避免土壤位移造成涂層刮破，從而在水土酸堿的作用下，導(dǎo)致管道破損。其次，對(duì)地下金屬管道鋪設(shè)的進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證地下管道組裝焊接的速度，由于地下金屬管道對(duì)施工環(huán)境的要求很高，天氣氣溫的變化都有可能導(dǎo)致鋪設(shè)管道受損，因此要對(duì)地下金屬管道鋪設(shè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè)量。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究提出了新的地下金屬管道定位測(cè)量思路，簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)地下金屬管道鋪設(shè)的步驟，驗(yàn)證了土壤位移與地下金屬管道埋深的關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)管道的泄漏檢測(cè)提供了良好的研究基礎(chǔ)。

未來(lái)研究應(yīng)當(dāng)從充液管道的自由振動(dòng)入手，對(duì)禍合震動(dòng)的頻率進(jìn)行分析，確定埋地充液管道系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程，推導(dǎo)出埋管周?chē)牧黧w波速和傳播距離，完成建立地下金屬管道監(jiān)測(cè)體系。