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(shù)是種管道定位技術(shù)，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(zhì)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(shù)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(shù)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(zhì)等因素干擾

管線陀螺儀定位技術(shù)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(gòu)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(nèi)部，經(jīng)牽引鋼繩拖動并在管道內(nèi)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(shù)原理

工作原理：由于個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，而高速旋轉(zhuǎn)均衡的陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸具有定軸性。陀螺儀定軸性是指陀螺儀沿旋轉(zhuǎn)軸的垂直方向無力矩作用時，旋轉(zhuǎn)軸在慣性空間中保持指向不變的性質(zhì)。

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(zhuǎn)軸的垂直方向有力矩作用，導致旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸所指示的方向，這樣就能使測量主機在管道內(nèi)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(shù)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(zhì)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(shù)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(zhì)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(nèi)部穿入條線，以便將慣性陀螺儀在管道內(nèi)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(nèi)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(jié)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(jié)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(nèi)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(jié)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(jié)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(shù)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。