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管线陀螺仪在非开挖管道中应用案例中的优点与缺点

2020-03-29

管线陀螺仪在非开挖管道中应用案例

     管线陀螺仪定位技术是一种管道精确定位技术,它能自动生成基于三维坐标(x,y,z)的地下管道空间曲线图,实现精确定位埋深较深的管道,而不受管道材质限制。如果需要获得管道某个位置的准确埋深,只需要测量该点上方的地面高程,并将惯性陀螺仪定位技术生成的该点z坐标与地面高程相减,就可以得到该点管道的准确埋深。

而JZ4.8管线陀螺仪定位系统是基于惯性导航技术研发而成,依靠高精度的陀螺仪,在电脑快速运算下获取地下管线三维坐标,主要用于管道的位置探测,并可将数据传入GIS、AutoCAD、Solidwords等软件,尤其适合非开挖行业顶管施工的竣工测量。便捷的外业操作配合先进的数据后台处理熊系统,能快速准确得到被测管道的空间三维坐标信息,而且测量时不会受外界环境及管道材质等因素干扰

管线陀螺仪定位技术由硬件和软件两部分组成,硬件部分由测量主机和牵引钢绳两部分组成,测量主机由支架和陀螺仪构成。待管道定向穿越施工完成后,切开管道两端,将测量主机放入被测管道内部,经牵引钢绳拖动并在管道内通行一个来回,测量主机将自动记录被测管道各点的三维空间坐标。

 

管线陀螺仪

软件就是用于解算测量主机采集的数据的一套电脑程序,通过软件的解算,得到管道的三维坐标,并生成管道位置三维曲线图。

 

管线陀螺仪

管线陀螺仪定位技术原理

工作原理:由于一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的,惯性陀螺仪工作时在测量主机中高速旋转,而高速旋转均衡的陀螺仪的旋转轴具有定轴性。陀螺仪定轴性是指陀螺仪沿旋转轴的垂直方向无力矩作用时,旋转轴在惯性空间中保持指向不变的性质。

测量主机在管道里面被牵引钢绳拉动过程中,惯性陀螺仪随着测量主机在管道中移动,由于测量主机移动到不同的位置时,惯性陀螺仪沿旋转轴的垂直方向有力矩作用,导致旋转轴方向发生改变,而测量主机自带的多组传感器实时读取惯性陀螺仪旋转轴所指示的方向,这样就能使测量主机在管道内移动的过程中,记录管道每个连续点的前后空间位置变化关系,通过输入管道两端的坐标,就能得到整个管道的三维坐标。

 

管线陀螺仪的优缺点

优点:该技术可以应用于非开挖施工的燃气、给排水管道等领域,可以弥补传统管道定位方法的不足,达到快速、准确、安全定位地下管道的目的。

它的具体优势体现在以下3方面

①测量精度高。水平方向与深度方向均为±0.2%L,其中L为目标管道的长度,当L100 m时则以100 m代入计算。

②坐标成果佳。系统可以按一定距离计算管道的坐标数据,可以通过管道首尾绝对坐标,计算管道沿线的坐标数据,位置确定,任地表、基桩如何变化,能够快速定位查找管道位置。

③不受外部影响。测量工作方式不受电磁波干扰,不受地面环境、交通、天气、光线等影响,不受管道材质和周围环境的干扰,也不受埋设深度限制。

缺点:惯性陀螺仪定位技术对正在运行中的管道无法进行测量。由于其良好的检测性能,所以惯性陀螺仪的价格要比其它设备要昂贵,一般约60×104 /套。

适用范围:金属管、PE管以及其他材质的管道。

数据采集与解算

①在管道水平定向钻穿越施工完成后,切开管道两端,利用全站仪测量管道两端的轴线中点坐标,并记录下来。

 

②在管道内部穿入一条线,以便将惯性陀螺仪在管道内来回拖拉通行。

目前,穿线的方式有两种。

a.穿管器穿线

将穿管器在管道的一端放入,人工在管口推动其不断进入管道内部,并从管道另一端穿出,将露出的穿管器金属头连上牵引钢绳,再按原路径拖回穿管器,至此穿线工作结束。

b.鼓风机穿线

将风筝线绑上一个膨胀的塑料袋放入管道的一端,将鼓风机对准管口的塑料袋鼓风,直至塑料袋被吹至管道的另一端为止,至此穿线结束。

③将穿好在管道中的线连上牵引钢绳后,把牵引钢绳置换在管道中,再让牵引钢绳连上测量主机,并拉动测量主机从管道的一端向另一端滑动,经牵引钢绳拖动并在管道内通行一个来回后,采集数据完毕。

④通过电脑程序解算测量主机采集的数据,得到管道的三维坐标。将获得的该管道数据进行整理,部分数据见表1。表中,里程l为从管口起点到管上某点的距离。坐标系为北京54坐标系、1985国家高程基准。

结语:

管线陀螺仪能够解决目前超常埋深管道的探测难题,能有效地减少第三方定向穿越施工对燃气管道的破坏,其结果可靠、稳定。为以后管道的运行及监管形成可靠的技术资料,大大地减少非开挖施工事故。对于管道运营单位来说,可以提供更加可靠的安全保障,大幅度减少管道事故带来的经济损失。

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