CN111983700A - 一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法，该物探设备包括第一支架、第二支架、脚轮、发射机、接收机、第一绞车、绝缘绳、发射组件、第二绞车、接收电缆、接收组件和采集处理器；其中，所述采集处理器通过接收电缆与接收组件电性连接。该物探方法则是首先利用发射机和接收机进行软土地面下的深埋管道位置的初步定位，然后再用发射组件、接收组件、接收电缆和信号处理器对软土地面下的深埋管道进行最终的精准定位。本申请属于深埋管道探测的技术领域，其具有能提高深埋管道的探测精度的优点。

Description

一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法

技术领域

本申请涉及管道探测的技术领域，尤其是涉及一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法。

背景技术

目前，地下管线作为地下障碍物的一种，在城市建设中经常遇到，造成破坏及工程项目事故也发生较多，研究地下管道的位置和埋深有普遍的意义。

常用的各类管道探测仪器设计有效探测深度大多在5米以内，对于超常深埋管道的地面定位探测，常规的设备定位误差大，或检测设备“粗笨重”，检测起来十分不方便，检测也费时费力。一般情况下，物探方法从原理上来说不外乎通过声学、电阻、电磁感应与周边岩石的差异类别异常。最常用的地面物探电磁感应法虽然简单、直观，但对深埋管道探测，往往由于在软土、粘土等地面下的地下水吸收屏蔽，容易造成平面位置和深度存在一定的误差，而且距离越深，误差越大。

因此，亟需一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法以解决上述问题。

发明内容

为了提高深埋管道的探测精度，本申请提供一种软土地区深埋管道的物探设备及物探方法。

第一方面，本申请提供的一种软土地区深埋管道的物探设备采用如下的技术方案：

一种软土地区深埋管道的物探设备，包括第一支架、与第一支架可拆卸连接的第二支架、设在第一支架和第二支架底面上的脚轮、设在第一支架顶面上的发射机、设在第二支架顶面上的接收机、设在第一支架上的第一绞车、一端与第一绞车连接的绝缘绳、与绝缘绳另一端连接的发射组件、设在第二支架上的第二绞车、一端与第二绞车连接的接收电缆、与接收电缆的另一端连接的接收组件和与第二支架螺栓连接的采集处理器；

所述采集处理器通过接收电缆与接收组件电性连接。

优选的，还包括设在第一支架上的激光发射器和设在第二支架上与激光发射方向垂直的挡板；

所述挡板上设有透光孔。

通过采用上述技术方案，激光发射器能发出激光，当第一支架和第二支架相间隔放置且不平行时，无法通过透光孔看到激光，则证明需要调直以保证更高的探测精度。

优选的，还包括倾斜向上设在第一支架和第二支架侧面上的滑轮；

所述绝缘绳和接收电缆与滑轮的轮面抵接。

通过采用上述技术方案，滑轮能防止绝缘绳和接收电缆在放出或收回时与土层发生摩擦，造成损坏，延长了绝缘绳和接收电缆的使用寿命。

优选的，所述发射机包括设在第一支架顶面上的主机、一端与主机的输出端接口螺纹连接的连接线、与连接线另一端螺纹连接的电夹。

通过采用上述技术方案，电夹夹在管道上，主机产生电磁波并利用互感原理加到地下的金属管道上，地下金属管线在交变电流的作用之下就会在管道表面产生感应电流，根据麦克思韦定律该电流较集中地沿金属管道向远处传播，在传播过程中在管道周围产生很强的电磁波信号，并向地面辐射，这样当接收机在地面探测时，就能检测到相同频率的电磁波信号。根据信号的大小和变化规律就可以初步确定地下金属管线的位置。

优选的，所述发射机还包括设在电夹端部的吸铁石。

通过采用上述技术方案，吸铁石能直接使夹子和连接线与发射机连接到管道上，当管道在竖井的深处时，无需人工下到井下将夹头连接到管道上，使用更省时省力。

优选的，还包括设在发射组件和接收组件端部的配重块。

通过采用上述技术方案，配重块的设置，能避免发射组件和接收组件始终沿竖直方向，使发射组件和接收组件保持相互平行的关系，从而提高探测的精度。

优选的，所述发射组件包括一端与绝缘绳一端连接的发射上天线、一端与发射上天线另一端螺纹连接的发射探头、一端与发射探头另一端螺纹连接的发射下天线。

通过采用上述技术方案，由发射上天线和发射下天线向地下介质发射一定中心频率的高频脉冲电磁波，当电磁波在地面下遇到待测管道时，最终电磁波脉冲传到接收组件。

优选的，所述接收组件包括一端与接收电缆连接的接收探头、一端与接收探头的另一端螺纹连接的接收天线。

通过采用上述技术方案，接收天线接收并将电磁波信号转换成电流信号，并通过接收探头和接收电缆传输至采集处理器，进行信息处理，并显示图像，从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料，可以推断出地下管路的更精确的位置。

第二方面，本申请提供了一种软土地区深埋管道的物探方法，包括如下步骤：

将第一支架和第二支架相隔米平放在软土地面上；

用发射机和接收机在地面上进行初步感应探测作业；

通过不同位置和高度电磁强度差异计算初步判断管道的位置和埋深；

在地面上对准管道所在的位置做标记；

用激光发射器对准挡板进行发射激光，若激光能透过透光孔，则证明发射机与接收机水平对直；

在地面上距离标记处适当距离的位置竖直向下钻发射孔和接收孔；

用第一绞车和第二绞车分别放出绝缘绳和接收电缆；

发射组件和接收组件分别沿竖直方向缓慢落到发射孔和接收孔靠近底部的位置；

接收组件接收到由发射组件发出的且由通过管道的电磁脉冲信号；

通过接收电缆将电磁脉冲信号输送至采集处理器；

通过采集处理器对电磁脉冲信号的计算和处理得出管道的最终位置和埋深。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.可先使用发射机和接收机进行初步探测，初步得出软土地面下的管道的位置和埋深，然后再往预先在地面上挖设的发射孔和接收孔中竖直向下释放发射组件和接收组件，并最终通过接收组件采集电磁信号并经接收电缆传输至采集处理器，得出最终的管道位置和埋深；

2.激光发射器能发出激光，当第一支架和第二支架相间隔放置且不平行时，无法通过透光孔看到激光，则证明需要调直以保证更高的探测精度；

3.吸铁石能直接使夹子和连接线与发射机连接到管道上，当管道在竖井的深处时，无需人工下到井下将夹头连接到管道上，使用更省时省力。

附图说明

图1是本申请实施例用于软土地区深埋管道的结构示意图。

图2是本申请实施例的结构示意图。

图3是图2中A部分的局部放大图。

附图标记说明：1、第一支架；11、发射机；111、主机；112、连接线；113、电夹；114、吸铁石；12、第一绞车；13、绝缘绳；14、发射组件；141、发射上天线；142、发射探头；143、发射下天线；15、激光发射器；2、第二支架；21、接收机；22、第二绞车；23、接收电缆；24、接收组件；241、接收探头；242、接收天线；25、采集处理器；26、挡板；261、透光孔；3、脚轮；4、滑轮；5、配重块。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种软土地区深埋管道的物探设备。参照图1和图2，软土地区深埋管道的物探设备包括第一支架1、第二支架2、脚轮3、滑轮4和配重块5。其中，第一支架1的顶面上分别设置了发射机11和第一绞车12，第一绞车12上连接有绝缘绳13、绝缘绳13的端部连接有发射组件14。第二支架2的顶面上分别设置了接收机21和第二绞车22，第二绞车22上连接有接收电缆23，接收电缆23的端部连接有接收组件24，且第二支架2上还螺栓连接有采集处理器25，采集处理器25通过接收电缆23与接收组件24连接，此外，第二支架2上还设置了挡板26。

参照图1和图2，第一支架1可采用不锈钢制成的底板和垂直焊接在底板顶面上的侧框制成，底板和侧框形成一个L型结构的支架。第二支架2可以由不锈钢制成的底板和垂直焊接在底板顶面上的侧框制成，且第二支架2与第一支架同样可以是L型的支架，第一支架1和第二支架2的侧框可通过螺栓连接，此时用的螺栓可以是手拧螺栓，当要将第一支架1和第二支架2间隔放置时，将螺栓拧下即可。

参照图2和图3，发射机11用螺栓安装在第一支架1底板的顶面上，并与第一支架1的侧框抵接。发射机11包括主机111、连接线112、电夹113和吸铁石114。主机111与第一支架1螺栓连接，连接线112的一端与主机111的信号输出端接口螺纹连接，连接线112的另一端则与电夹113螺纹连接，且电夹113，吸铁石114设置在电夹113的端部，二者通过挂绳连接在一起。主机111可采用10W宽屏发射主机，一般情况下，主机111通过连接线112和电夹113给被测管道施加一个31KHz的信号电流。

参照图1和图2，接收机21用螺栓固定安装在第二支架2底板的顶面上，并与第二支架2的侧框抵接，接收机21内置感应线圈，用于接收管道的磁场信号，并产生感应电流，本申请实施例中，接收机21可采用峰值箭头模式和罗盘导向来初步计算管道的位置、埋深、走向和路径。

第一绞车12可以是手摇绞车或电动绞车，可根据实际情况选择相应的类型。本申请中，第一绞车12为手摇绞车，第一绞车12由与第一支架1的支撑板和穿设在支撑板上的滚筒组成，第一绞车12用于卷收和释放绝缘绳13。

绝缘绳13的一端绕在第一绞车12上，绝缘绳13可采用尼龙绳，其另缠绕在发射组件14的上端。

发射组件14包括发射上天线141、发射探头142和发射下天线143，发射上天线141的上端可采用缠绕或抱箍连接的方式固定与绝缘绳13的端部连接。发射探头142与发射上天线141的下端螺纹连接，发射探头可采用100MHz高频孔中地质雷达探头或30KHz电磁感应探头，发射下天线143的上端与发射探头142的下端螺纹连接。

当发射组件14工作时，由发射上天线141和发射下天线以及发射探头产生一次电流脉冲场，软土层下的介质在电流脉冲场的激发下产生涡流，在脉冲间断期间涡流不会立即消失，在其周围空间形成随时间衰减的磁场，因磁场随时间衰减的规律主要取决于管道的导电性、体积和埋深，以及发射电流的形态和频率，所以通过测量磁场的空间分布形态，可最终由采集处理器25计算出管道在软土层下的位置和埋深。

激光发射器15用螺栓固定安装在第一支架1的顶部，其用于校准第一支架1和第二支架2的位置，使第一支架1和第二支架2平行摆放，具体的，激光发射器15可采用红外激光准直器。

第二绞车22由第一绞车12由与第二支架2的支撑板和穿设在支撑板上的滚筒组成，本申请实施例中，第二绞车22可以是手摇绞车，其滚筒绕有接收电缆23一部分。

接收电缆23与采集处理器25的信号输入接口螺纹连接，其另一端与接收组件24的上端螺纹连接。接收电缆23用于将传输接收组件24采集到的信号传输到采集处理器25中。

接收组件24包括一端与接收电缆23连接的接收探头241、一端与接收探头241的另一端螺纹连接的接收天线242。接收探头241可以是雷达探头，接收探头241与接收天线242，用于接收电磁波脉冲，并通过接收电缆23传递到采集处理器25中。

采集处理器25内设时域接收机、处理器和显示器。其能分析接收到的发射波波形，波峰的正负值分别以黑白色或灰阶或彩色表示，这样同相轴或等灰度、等色线就可形象的反映出目标管线的剖面图，从而达到定位管道的目的。

参照图1和图2，挡板26可采用焊接的方式设置在第二支架2上，当第一支架1和第二支架2的侧框相互平行时，挡板26与激光发射方向垂直。且挡板26上开设有透光孔261，透光孔261供激光发射器15发射的光束穿过。

脚轮3用螺栓固定安装在第一支架1和第二支架2的底板的底面上，本申请实施例中，脚轮3的数量为4个，便于人工移动第一支架1或第二支架2。一般情况下，脚轮3可采用刹车脚轮。

滑轮4倾斜向上设置在第一支架1和第二支架2侧面上，其与第一支架1和第二支架2的连接方式可以是螺栓连接或焊接。使用时，绝缘绳13和接收电缆23与滑轮4的轮面抵接。一般情况下，滑轮4可采用槽轮，能防止接收电缆23和滑轮4脱离。

配重块5可采用铅坠或铸铁圆柱体，配重块5的数量为两个，其中一个配重块5与发射组件14的底部可通过铁丝或扎绳固定连接，另一个配重块5也可通过铁丝或扎绳与接收组件24的底部固定连接。

本申请实施例还公开了一种软土地区深埋管道的物探方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，将第一支架1和第二支架2相隔10米平放在软土地面上，然后用发射机11和接收机21在地面上进行初步感应探测作业，此时发射机11和接收机21的信号频率应设置相同，如31KHz。

然后通过不同位置和高度电磁强度差异初步计算判断出管道的位置和埋深，之后在地面上对准管道所在的位置做标记，用激光发射器15对准挡板26进行发射激光，若激光能透过透光孔261，则证明发射机11与接收机21水平对直。再在地面上距离标记处适当距离的位置竖直向下钻发射孔和接收孔。

然后，用第一绞车12和第二绞车22分别放出绝缘绳13和接收电缆23，此时发射组件14和接收组件24分别沿竖直方向缓慢落到发射孔和接收孔靠近底部的位置并且在配重块5的作用下，使发射组件14和接收组件24在同一竖直平面上相互平行。

当接收组件24接收到由发射组件14发出的且由通过管道的电磁脉冲信号后，采集的信号通过接收电缆23将电磁脉冲信号输送至采集处理器25，再由采集处理器25对电磁脉冲信号的计算和处理得出管道的最终位置和埋深。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：包括第一支架（1）、与第一支架（1）可拆卸连接的第二支架（2）、设在第一支架（1）和第二支架（2）底面上的脚轮（3）、设在第一支架（1）顶面上的发射机（11）、设在第二支架（2）顶面上的接收机（21）、设在第一支架（1）上的第一绞车（12）、一端与第一绞车（12）连接的绝缘绳（13）、与绝缘绳（13）另一端连接的发射组件（14）、设在第二支架（2）上的第二绞车（22）、一端与第二绞车（22）连接的接收电缆（23）、与接收电缆（23）的另一端连接的接收组件（24）和与第二支架（2）螺栓连接的采集处理器（25）；

所述采集处理器（25）通过接收电缆（23）与接收组件（24）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：还包括设在第一支架（1）上的激光发射器（15）和设在第二支架（2）上与激光发射方向垂直的挡板（26）；

所述挡板（26）上设有透光孔（261）。

3.根据权利要求1所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：还包括倾斜向上设在第一支架（1）和第二支架（2）侧面上的滑轮（4）；

所述绝缘绳（13）和接收电缆（23）与滑轮（4）的轮面抵接。

4.根据权利要求1所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：所述发射机（11）包括设在第一支架（1）顶面上的主机（111）、一端与主机（111）的输出端接口螺纹连接的连接线（112）、与连接线（112）另一端螺纹连接的电夹（113）。

5.根据权利要求3所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：所述发射机（11）还包括设在电夹（113）端部的吸铁石（114）。

6.根据权利要求1所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：还包括设在发射组件（14）和接收组件（24）端部的配重块（5）。

7.根据权利要求1或6所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：所述发射组件（14）包括一端与绝缘绳（13）一端连接的发射上天线（141）、一端与发射上天线（141）另一端螺纹连接的发射探头（142）、一端与发射探头（142）另一端螺纹连接的发射下天线（143）。

8.根据权利要求1或6所述的一种软土地区深埋管道的物探设备，其特征在于：所述接收组件（24）包括一端与接收电缆（23）连接的接收探头（241）、一端与接收探头（241）的另一端螺纹连接的接收天线（242）。

9.一种软土地区深埋管道的物探方法，其特征在于，包括如下步骤：

将第一支架（1）和第二支架（2）相隔10米平放在软土地面上；

用发射机（11）和接收机（21）在地面上进行初步感应探测作业；

通过不同位置和高度电磁强度差异计算初步判断管道的位置和埋深；

在地面上对准管道所在的位置做标记；

用激光发射器（15）对准挡板（26）进行发射激光，若激光能透过透光孔（261），则证明发射机（11）与接收机（21）水平对直；

在地面上距离标记处适当距离的位置竖直向下钻发射孔和接收孔；

用第一绞车（12）和第二绞车（22）分别放出绝缘绳（13）和接收电缆（23）；

发射组件（14）和接收组件（24）分别沿竖直方向缓慢落到发射孔和接收孔靠近底部的位置；

接收组件（24）接收到由发射组件（14）发出的且由通过管道的电磁脉冲信号；

通过接收电缆（23）将电磁脉冲信号输送至采集处理器（25）；

通过采集处理器（25）对电磁脉冲信号的计算和处理得出管道的最终位置和埋深。

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