管線陀螺儀在非開挖管道中應用案例

     管線陀螺儀定位技術是種管道定位技術，它能自動生成基于三維坐標（x，y，z）的地下管道空間曲線圖，實現(xiàn)定位埋深較深的管道，而不受管道材質限制。如果需要獲得管道某個位置的準確埋深，只需要測量該點上方的地面高程，并將慣性陀螺儀定位技術生成的該點z坐標與地面高程相減，就可以得到該點管道的準確埋深。

而JZ4.8管線陀螺儀定位系統(tǒng)是基于慣性導航技術研發(fā)而成，依靠高度的陀螺儀，在電腦快速運算下獲取地下管線三維坐標，主要用于管道的位置探測，并可將數(shù)據(jù)傳入GIS、AutoCAD、Solidwords等軟件，尤其適合非開挖行業(yè)頂管施工的竣工測量。便捷的外業(yè)操作配合的數(shù)據(jù)后臺處理熊系統(tǒng)，能快速準確得到被測管道的空間三維坐標信息，而且測量時不會受外界環(huán)境及管道材質等因素干擾

管線陀螺儀定位技術由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分由測量主機和牽引鋼繩兩部分組成，測量主機由支架和陀螺儀構成。待管道定向穿越施工完成后，切開管道兩端，將測量主機放入被測管道內部，經(jīng)牽引鋼繩拖動并在管道內通行個來回，測量主機將自動記錄被測管道各點的三維空間坐標。

軟件就是用于解算測量主機采集的數(shù)據(jù)的套電腦程序，通過軟件的解算，得到管道的三維坐標，并生成管道位置三維曲線圖。

管線陀螺儀定位技術原理

工作原理：由于個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的，慣性陀螺儀工作時在測量主機中高速旋轉，而高速旋轉均衡的陀螺儀的旋轉軸具有定軸性。陀螺儀定軸性是指陀螺儀沿旋轉軸的垂直方向無力矩作用時，旋轉軸在慣性空間中保持指向不變的性質。

測量主機在管道里面被牽引鋼繩拉動過程中，慣性陀螺儀隨著測量主機在管道中移動，由于測量主機移動到不同的位置時，慣性陀螺儀沿旋轉軸的垂直方向有力矩作用，導致旋轉軸方向發(fā)生改變，而測量主機自帶的多組傳感器實時讀取慣性陀螺儀旋轉軸所指示的方向，這樣就能使測量主機在管道內移動的過程中，記錄管道每個連續(xù)點的前后空間位置變化關系，通過輸入管道兩端的坐標，就能得到整個管道的三維坐標。

管線陀螺儀的優(yōu)缺點

優(yōu)點：該技術可以應用于非開挖施工的燃氣、給排水管道等領域，可以彌補傳統(tǒng)管道定位方法的不足，達到快速、準確、安定位地下管道的目的。

它的具體優(yōu)勢體現(xiàn)在以下3方面

①測量度高。水平方向與深度方向均為±0.2%L，其中L為目標管道的長度，當L＜100 m時則以100 m代入計算。

②坐標成果佳。系統(tǒng)可以按定距離計算管道的坐標數(shù)據(jù)，可以通過管道尾坐標，計算管道沿線的坐標數(shù)據(jù)，位置確定，任地表、基樁如何變化，能夠快速定位查找管道位置。

③不受外部影響。測量工作方式不受電磁波干擾，不受地面環(huán)境、交通、天氣、光線等影響，不受管道材質和周圍環(huán)境的干擾，也不受埋設深度限制。

缺點：慣性陀螺儀定位技術對正在運行中的管道無法進行測量。由于其良好的檢測性能，所以慣性陀螺儀的價格要比其它設備要昂貴，般約60×104 元/套。

適用范圍：金屬管、PE管以及其他材質的管道。

數(shù)據(jù)采集與解算

①在管道水平定向鉆穿越施工完成后，切開管道兩端，利用站儀測量管道兩端的軸線中點坐標，并記錄下來。

②在管道內部穿入條線，以便將慣性陀螺儀在管道內來回拖拉通行。

目前，穿線的方式有兩種。

a.穿管器穿線

將穿管器在管道的端放入，人工在管口推動其不斷進入管道內部，并從管道另端穿出，將露出的穿管器金屬頭連上牽引鋼繩，再按原路徑拖回穿管器，至此穿線工作結束。

b.鼓風機穿線

將風箏線綁上個膨脹的塑料袋放入管道的端，將鼓風機對準管口的塑料袋鼓風，直至塑料袋被吹至管道的另端為止，至此穿線結束。

③將穿好在管道中的線連上牽引鋼繩后，把牽引鋼繩置換在管道中，再讓牽引鋼繩連上測量主機，并拉動測量主機從管道的端向另端滑動，經(jīng)牽引鋼繩拖動并在管道內通行個來回后，采集數(shù)據(jù)完畢。

④通過電腦程序解算測量主機采集的數(shù)據(jù)，得到管道的三維坐標。將獲得的該管道數(shù)據(jù)進行整理，部分數(shù)據(jù)見表1。表中，里程l為從管口起點到管上某點的距離。坐標系為北京54坐標系、1985高程基準。

結語：

管線陀螺儀能夠解決目前超常埋深管道的探測難題，能有效地減少三方定向穿越施工對燃氣管道的破壞，其結果可靠、穩(wěn)定。為以后管道的運行及監(jiān)管形成可靠的技術資料，大大地減少非開挖施工事故。對于管道運營單位來說，可以提供更加可靠的安保障，大幅度減少管道事故帶來的經(jīng)濟損失。