市政地下管线的泄漏探测维修.doc

市政地下管线的泄漏探测维修
摘要：地下管线的泄漏问题危害巨大，要解决地下管线的泄漏问题必须先要解决地下管线泄漏情况的调查探测问题。而地下管线的泄漏探测问题是一大难题，目前世界上还没有十分成熟的探测方法。本文主要介绍了利用高精度的探地雷达、电法和化探的综合探测方法。
关键词：地下管线；探测；泄漏
abstract: the underground pipeline leak hazards were large; to solve the leakage of underground pipeline must to solve the underground pipeline leak survey detection problem first. underground pipeline leak detection is a major problem; it is not yet very sophisticated detection methods in the world. this paper describes the use of high-precision ground-penetrating radar, electrical and geochemical integrated detection method.key words: underground pipeline; detection; leak
中图分类号: tu998文献标识码:a 文章编号:
在日常生产和生活过程中，经常会利用地下管线输送原料和含有有害组分的废水。供水管线、供暖管线、输送原料管线为我们的生产生活带来了巨大便利，排污管线为保护环境做出了重要贡献。但是由于维修与施工质量问题，地下管线经常会发生泄漏现象，因其埋藏于地下，对泄漏现象的发现与维修都有困难，这常会污染沿线的土壤和地下水环境，或者造成输送原料的损失，更有甚者会造成灾害。因此对地下管线泄漏的调查与维修难题是亟需解决的。
一、地下管线泄漏的危害
根据管线的属性和输送物质的理化性质，可以将地下管线分为几类：易燃类（如石油管道、液化气管道、煤气管道等）；易爆类（如工业管道中的氢气管道、氧气管道）；高温类（如热力管道类别中的蒸汽管道、热水管道）；电缆类（如各种电力、电信管道）；其它类（如自来水供水管道、污水排放管道等）。前四类管线如果发生泄漏，不仅会造成资源的浪费，更容易发生二次事故，造成严重污染现象和人员安全事故，第五类则可能对环境、交通、居民和企业单位造成影响。本文重点分析供水、排水、供暖管线的泄漏问题。
对于排污管线，如果管线泄漏，势必会造成泄漏影响区内的介质(包括土体和水体)和成分发生变化，这就与非泄漏影响区形成差异；由于泄漏污水向外流动，水流带着溶液中的正离子沿着水流方向移动，而岩石及土壤颗粒表面具有吸附负离子的作用，因此随水流动的正离子也随之增多，结果造成水流方向较多正离子堆积，而在反方向则是相应多的负离子堆积，形成过滤电场；由于泄漏污水和地下水溶液的浓度不同，浓差造成扩散，而正、负离子扩散速度不同，从而形成扩散电场。对于供暖管线、供水管线，如果管线泄漏，则会造成热能和水资源的浪费，给生产生活造成不便。
二、地下管线泄漏的探测方法
（一）地下管线可视化检测方法
1.管道潜望镜(quickview，简称ov)
管道潜望镜是将潜望镜的伸缩镜头置于窨井中，对管道内的情况进行拍摄录像。管道潜望镜对于直线段的管道，其检测距离最远可达百米，由于操作方便、检测迅速，是管道普查最基本的手段。
2.cctv检测(close circuit television inspection，管道闭路电视检测系统)
管道在无水状况下可采用此方法。cctv检测是一项新型的工程应用技术。其工作流程主要包括：利用管道内窥摄像系统，连续、实时地记录管道内部实际情况；技术人员根据拍摄的录像资料，对管道内部存在的问题进行实地位置的确定及缺陷性质的判断。此技术具有实时、直观、准确特性和一定的前瞻性，能够对排水管道进行有针对性的维护以防治泄漏污染提供可靠的技术依据。cctv的基本设备包括：摄像头、灯光、线缆、监视器、录像和计算机控制系统、爬行器、长度测量仪。由主控制具有摄像功能的爬行器在管道内行走，并将采集到的管道内部实时图像通过线缆传输到主控显示器，由主控器内置的工业控制机实时对图像信号进行处理并储存，便于以后的编辑和存档。
3.声纳检测(sonar inspectjon)
在管道检测中，如果管道中充满水尤其是污水，管道中的能见度则几乎为零，此时可用声纳管道检测仪将传输器头侵入水中进行检测。声纳探头快速旋转，向外发射声纳信号，然后接收被管壁或管中物反射的信号，经计算机处理后，形成管道的横断面图。
声纳系统包括水下探头、连接电缆和带显示器声纳处理器。探头可安装在爬行器、牵引车或漂浮筏上，使其在管道内移动，连接采集信号，每一个发射/接收周期采样250点，每一个360度旋转需执行400个周期。探头的行进速度不宜超过0.1m/s。声纳检测时管道内的水深应大于300mm。当探头无法进行或被埋入泥沙时，应停止检测。应用于二程检测的声纳检测系统为主动声纳，它利用自身装置向水中发射声波，通过接收水下物体的反射回波发现目标，目标距离可通过发射脉冲和回波到达的时间差进行测算；声纳检测系统在计算机及专用软件系统的支持下对接收的反射声波信号进行自动处理，以测定检测目标的各种参量，达到进行管道运行状况检测的目的。声纳检测系统适用于管道内污水充满度高、流量大，又因生产排放等原因无法停水，而无法进行cctv检测的污水管道的淤积、结垢、泄漏故障检测。
（二）探地雷达、电法和化探综合探测法
探地雷达是近几年发展起来的先进探测手段，它利用介质的电磁差异来确定异常体，因此利用探地雷达即可将由于泄漏造成的介质的电磁性质差异地段探明。对于过滤电场和浓差扩散形成的扩散电场，可利用测量其自然电位的方法确定。自然电位法和探地雷达均能探测由于管线泄漏而造成的异常，但各有其优缺点。自然电位法易受下渗水的影响，与下渗水的流动形成的电位曲线混淆，探地雷达主要反映的是介质的电磁性质，由于某段地层的差异或由于其它原因造成的差异与管线泄漏形成的异常，在探地雷达图像上难以区分。而将高精度的探地雷达、电法和化探结合起来进行综合探测即能够提高探测的确定性。先利用探地雷达、电法进行探测，划出异常的地段， 再配合以化探，从化学成分上加以确定， 这样既能加快调查探测速度，又能节约资金，更重的是提高了结果的可信度。
（三）超声多波束管道内壁检测法
采用超声多波束相控成像技术能够解决管道管线截面管径、沉积物形状及其变形范围等关键性问题，提高检测精度，降低漏检率，减少劳动量，提高管道检测效率。
波束形成是要在一个特定的方向形成一个波束图案，使其能够从空间过滤出该方向来的信号或者说平面波。波束的形成是一种对各阵元接收的信号施加某种信号处理运算以便在某个规定的方向上形成一定的波束图案。一般而言，对于一个任意的阵型，无论声波从哪一个方向入射都不可形成同相相加或者得到最大输出，只有直线阵或者空间平面阵才会在阵的法线方向形成同相相加，得到最大输出。然而任意的阵型经过适当的处理可在预定的方向形成同相相加，得到最大输出，这就是波束形成的一般原理。
多波束检测控制系统硬件设计如图1。多波束检测控制系统以上位机为核心，通过控制高速微控制器实现超声信号的发射，控制高速数据采集卡实现对传感器信号的接收采集，由微控制器向数据采集卡发送同步信号，以实现检测同步。

图1 多波束检测控制系统结构图
系统软件设计包括下位机控制系统软件设计和上位机控制系统设计。下位机采用微控制器，实现与上位机的通信控制和具体的多波束检测执行、报警等。控制系统根据上位机的指令周期性执行多波束检测，该检测周期依据实际应用中所搭载的机器人行走速度、上位机数据处理时间来合理的确定，以在实现最优检测结果的情况下，避免重复操作，减少数据的采集存储量。具体流程见图2。上位机程序基于mfc设计，能够实现包括系统初始化，与下位机握手数据及命令的传递，检测的执行、结束，数据采集存储，障碍物检测等功能。具体流程见图3。

图2下位机控制程序流程图

图3上位机控制系统软件设计流程图
参考文献
[1]杨文娟,超声多波束排水管道内壁检测研究[j].冶金自动化,2009.
[2]刘贯群,地下管线泄漏的综合调查方法[j]. 地学前缘,2001(8).

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。