CN112162311A - 一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其主要用于对充斥着污水和有害气体的窨井中深大污水管道和窨井分布范围的探测，工作原理是利用声波遇到不同物质界面是产生反射的特征，声波脉冲在水中遇到井壁时，产生反射，距井壁距离的不同，声波的走时也有不同。当声波遇到管道所在位置时，水流不会产生反射，工作时在井下发射声波，沿井深度方向设置多个测点，在各测点沿不同的方位垂直向外发射短脉冲声波，探测返回的声波，根据实测声波图形，确定出管道位置及窨井的分布范围。本发明解决了目前由于窨井中充满污水和有害气体而无法对井中管道位置和窨井分布范围进行探测的技术难题，同时本技术具有快速、准确、安全、高效、经济等优点。

Description

一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法
技术领域
本发明涉及一种管道探测方法，尤其是涉及一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法。
背景技术
在管线探测工作中，污水管道是城市中最普遍需要探测的一种，分布也最为广泛，城市规模逐渐扩大，人口不断增多，城市地下空间可利用范围也变得更加狭小，因此污水管道的埋深也越来越深，从而给管道的探测也带来一定的难度。现在对污水管道的探测方法一般采用探摸技术，即把探杆放入污水管道的窨井当中，通过探杆感知管道的埋深、走向和管径。但是在人口比较密集城区，为减小城市污染，一些管道埋设方法采用顶管施工，这种施工方式卫生、管道可以埋设的比较深，不占用道路下面浅部空间，施工用的井位还可以作为后期疏通保养的窨井。这种井规格一般为3m*4m，井的顶部埋深2m左右，地面以下井径80cm。
对于这样的管道，使用探杆进行探测时，由于井顶部的井口比较小，且有2m深得井径，探杆一般触碰不到井壁；另一方面由于这样的井比较深，到5m以下后，探杆弹性加大，变得难以掌控，操控人员通过探杆感知探杆的方位及深度，很难探测到管道的位置。
如果派遣潜水员下井触探，则存在很大的安全风险，污水井里面存有大量的沼气和其他有害气体，污水窨井相对也是一个比较密闭的空间，人员下去容易产生中毒及其他安全事故。另一方面管道一般都在正常运营使用当中，有的水流还比较遄急，产生的虹吸作用，也会对井下人员的人身安全带来极大危险。如开井等气体散开，需要相当长的时间，同时，污水管道一般位于快车到中间，交通压力等因素，长时间窨井口常开不现实。
现有的其他间接探测技术，一般到采用地面物探方法进行，这些技术对埋深比较小，人文干扰比较小的地方有效，可以解决问题，但在人口稠密、交通繁忙、人文干扰比较严重、埋深比较大的管道，现有地面物探技术一般不宜达到。现在为工程建设服务的管线探测任务，技术要求都非常高，往往都超出规范要求指标。在地表用间接法探测的成果一般也难以达到业主或甲方的要求。
因此，目前对大埋深顶管或拖拉管施工的雨污水管道的准确探测问题，在物探行业内一直是一个比较难以解决的技术难题。另一方面，现在这方面的需求也非常大，需要一种能快速准确安全探测这类管道的方法技术。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速准确安全的深大窨井中污水管道快速安全探测方法。本发明明解决了目前由于窨井中充满污水和有害气体而无法对井中管道位置和窨井分布范围进行探测的技术难题，工作原理是利用声波遇到不同物质界面时产生反射的特征，声波脉冲在水中遇到井壁时，产生反射，距井壁距离的不同，声波的走时也有不同。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，在井下放一超声换能器，沿井深度方向设置多个测点，超声换能器在各测点处垂直向外发射短脉冲声波，声波脉冲遇到井壁时，产生反射，反射回波返回超声换能器，并被超声换能器接收，数据采集系统实时显示声波测量剖面图形，根据实测声波图形，判断解释该深度是否存在管道位置，再确定下一探测点的深度位置。根据实测声波图形判断解释该深度是否存在管道位置的具体方法为：当实测波形图形为正玄波时为井壁处，否则为管道处。
井壁与超声换能器之间的距离由声波在井壁间的双程旅行时间和水介质的平均声速确定：
D＝1/2×C×t
式中：D为换能器与井壁间的距离，C是声波在井内水中的平均声速，t是声波的双程旅行时间。
探测工作采用单点连续测量方法进行，探测的井间数据是沿不同方位连续的，数据可以十分密集，而在测点间没有数据。
进一步地，所述的超声换能器在同一测点采用单点连续测量方法进行测量，即超声换能器在同一深度进行360度旋转，测量各方位的声波信息，发现异常后，重复测量一次。
更进一步地，在测点固定下来后，人工旋转换能器，旋转速度不宜过快，旋转超声换能器的速度为20秒/周～40秒/周。
在井口对不同深度测得的数据结果进行分析，控制沿纵向(井深度方向)的测点间距。在没有管道的位置，测点间距可以稀疏一些，遇到管道的时候，测点间距密一些，以能够勾画出管道空间位置为宜。
所述的测点包括正常测点和异常测点，正常测点处，声波脉冲遇到井壁反射会超声换能器，异常测点出为管道处，声波不反射。
正常测点间的间距大于异常测点间的间距。当探测点声波剖面还没有发现管道异常的时候，测点间距可以大一些，按正常点距进行，当发现声波异常后，点距应适当加密。正常点距与管道的直径或规格相联系，即正常测点间的间距一般不应大于3/4管道直径，加密点距区间，即异常测点间的间距应不大于管道直径或规格的1/5的管道的直径或规格。
最深测点与井底间距为30cm～60cm。
管道位置的判别：由于井壁与水之间的波阻抗有很大的差异，声波在传播过程中，遇到井壁会产生反射，声波换能器可以接收到比较强的反射信号，如果某一位置遇到管道，这是就没有井壁，就不会产生反射，在这一地方就会出现声波异常。根据剖面上显示的异常宽度，判断管道的位置。在异常最宽的深度就是管道的中心埋深，最大的异常宽度就是管道的直径。
所述的数据采集系统包括显示器和电脑数据传输电缆，探测时，显示器放在地面，数据传输电缆与超声换能器相连接。超声换能器放入井中，测量数据，传输与显示同步实时每一测点一个数据文件，对复杂的数据文件可以进行回放及进一步的处理，包括滤波、角度、方位矫正等。
所述的超声换能器固定在一伸缩杆顶部，通过伸缩杆将超声换能器送至各测点处。
本发明在窨井深部管道位置探测中引入的地球物理探测技术，井下探测问题地面测量解决，用无形声波代替钢制探杆，全方位无死角测量，自动化测量，现场直接看到探测结果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、解决了由于井颈小，井深大，探杆无法探测的问题；
2、采用声波技术，探测可以不受井深、井颈、井体大小的限制，以前无法工作的深大窨井探测问题得以解决；
3、无需人员下井，工作安全可靠；
4、探测效率大幅提高；
5、探测成果精度准确；
6、探测工作基本可以实现自动化；
7、大大降低探测工作劳动强度；
8、降低探测工作成本；
9、减少现场探测工作人员；
10、使得探测工作变得简单易行。
附图说明
图1为本发明工作装置示意图；
图2为工作原理示意图；
图3为图2中测点A处的实测声波图形；
图4为图2中测点B处的实测声波图形；
图5为图2中测点C处的实测声波图形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，在探测深大窨井中污水管道位置的工作装置，包括超声换能器1，伸缩杆2，数据采集系统，数据采集系统包括显示器3和数据传输电缆4，探测时，显示器3放在地面，通过数据传输电缆4与超声换能器1相连接。超声换能器1通过伸缩杆2放入井5中。
沿井深度方向设置多个测点，超声换能器1在各测点处垂直向外发射短脉冲声波，声波脉冲遇到井壁时，产生反射，反射回波返回超声换能器，并被超声换能器接收，数据采集系统实时显示声波测量剖面图形，根据实测声波图形，判断解释该深度是否存在管道位置，再确定下一探测点的深度位置。
如图2所示，管道6附近设有三个测点：测点A、测点B、测点C，超声换能器1分别在三个测点处采用单点连续测量方法进行测量，即超声换能器在同一深度进行360度旋转，在测点固定下来后，人工旋转换能器，旋转速度不宜过快，旋转超声换能器的速度为20秒/周～40秒/周，测量各方位的声波信息，发现异常后，重复测量一次。完成一个深度点的测量任务。根据实测声波图形，判断解释该深度是否存在管道位置，再确定下一探测点的深度位置。
测得的实测声波图形如图3-5所示，当实测波形图形为正玄波时为井壁处，波形图为直线时为管道6处。
根据实测情况设置测点的疏密，原则如下：
1、探测点所在的部位；当探测点声波剖面还没有发现管道异常的时候，测点间距可以大一些，按正常点距进行，当发现声波异常后，点距应适当加密。
2、正常点距与管道的直径或规格相联系，一般不应大于3/4管道直径，加密点距区间，点距应不大于管道直径或规格的1/5，的管道的直径或规格。
3、最深探测点与井底间距不应小于30cm，主要考虑仪器设备的安全。
管道位置的判别：由于井壁与水之间的波阻抗有很大的差异，声波在传播过程中，遇到井壁会产生反射，声波换能器可以接收到比较强的反射信号，如果某一位置遇到管道，这是就没有井壁，就不会产生反射，在这一地方就会出现声波异常，根据剖面上显示的异常宽度，判断管道的位置，在异常最宽的深度就是管道的中心埋深，最大的异常宽度就是管道的直径。
在井口对不同深度测得的数据结果进行分析，控制沿纵向(井深度方向)的测点间距，在没有管道的位置，测点间距可以稀疏一些，遇到管道的时候，测点间距密一些，以能够勾画出管道空间位置为宜。
根据上述方式测量出管道的直径，以及深度(深度可根据伸缩杆深入的长度来确定)。
井壁与超声换能器之间的距离由声波在井壁间的双程旅行时间和水介质的平均声速确定：
D＝1/2×C×t
式中：D为换能器与井壁间的距离，C是声波在井内水中的平均声速，t是声波的双程旅行时间。
超声换能器1可自动测出当前声波在井内水中的平均声速C，和声波的双程旅行时间t，根据上述公式可计算得出换能器与井壁间的距离D。
测量数据，传输与显示同步实时每一测点一个数据文件，对复杂的数据文件可以进行回放及进一步的处理，包括滤波、角度、方位矫正等。

Claims (10)

1.一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，在井下放一超声换能器，沿井深度方向设置多个测点，超声换能器在各测点处垂直向外发射短脉冲声波，声波脉冲遇到井壁时，产生反射，反射回波返回超声换能器，并被超声换能器接收，数据采集系统实时显示声波测量剖面图形，根据实测声波图形，判断解释该深度是否存在管道位置，再确定下一探测点的深度位置。
2.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，井壁与超声换能器之间的距离由声波在井壁间的双程旅行时间和水介质的平均声速确定：
D＝1/2×C×t
式中：D为换能器与井壁间的距离，C是声波在井内水中的平均声速，t是声波的双程旅行时间。
3.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，所述的超声换能器在同一测点采用单点连续测量方法进行测量，即超声换能器在同一深度进行360度旋转，测量各方位的声波信息，发现异常后，重复测量一次。
4.根据权利要求3所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，旋转超声换能器的速度为20秒/周～40秒/周。
5.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，所述的测点包括正常测点和异常测点，正常测点处，声波脉冲遇到井壁反射会超声换能器，异常测点出为管道处，声波不反射。
6.根据权利要求5所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，正常测点间的间距大于异常测点间的间距。
正常测点间的间距不大于管道直径或规格的3/4；
异常测点间的间距不大于管道直径或规格的1/5。
7.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，根据实测声波图形判断解释该深度是否存在管道位置的具体方法为：当实测波形图形为正玄波时为井壁处，否则为管道处。
8.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，最深测点与井底间距为30cm～60cm。
9.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，所述的数据采集系统包括显示器和数据传输电缆，探测时，显示器放在地面，数据传输电缆与超声换能器相连接。
10.根据权利要求1所述的一种深大窨井中污水管道快速安全探测方法，其特征在于，所述的超声换能器固定在一伸缩杆顶部，通过伸缩杆将超声换能器送至各测点处。
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