石油管道地下交叉管線探測方法的探究

【摘 要】通過分析石油管道地下交叉管線探測的必要性和趨勢性，提出了探測基礎數(shù)據(jù)的準確性要求；通過智能化管線管理系統(tǒng)建設經(jīng)驗，總結出了地下交叉管線探測內(nèi)容、范圍、基本流程及方法；通過實地探測及摸索，提出了石油管道地下交叉隱蔽管線的追蹤探測、管線平面位置的確定、地下管線的定位、地下管線深度的確定等探測實用性技巧；文章還分享了地下交叉管線測量過程、地下交叉管線圖編繪、地下交叉管線成果檢查等方法；為智能化管線管理系統(tǒng)中地下交叉管線探測提供方法借鑒。

【關鍵詞】地下管線；密閉空間；隱患；探測方法；智能化管線

引言

地下管線是指在埋設于地下的各種管道和電纜，包括給水、排水（污水、雨水和雨污河沆）、燃氣（包括管道煤氣、天然氣、液化氣）、熱力、工業(yè)等管道及電力、通訊（市話、長話、有線電視及其他專業(yè)通訊的電線、光纜）等市政及公用管線和鐵路、民航、部隊等其他單位專用管線[1]。石油長輸管線經(jīng)過區(qū)域縱橫交錯，長期使用，隨著相關管線老化，破壞，它們會相互的影響，給輸油管線帶來安全隱患。第三方管線權屬單位眾多，生產(chǎn)建設活動頻繁，區(qū)域內(nèi)管線可能會經(jīng)常開挖，維修，改建等施工活動，在施工過程中可能會對輸油管線造成破壞；附近市政管線帶有的雜散電流、或者管線泄漏帶來的液體、氣體通過近距離滲透等來腐蝕長輸管線，造成隱患；管線近距離發(fā)生爆炸、塌陷等極端事故，其能量會波及周邊管線安全，在發(fā)生事故時可能互相影響。據(jù)調(diào)研，2014年之前成品油長輸管線管理部門除了對自己管理的管線位置有所掌握外，對周邊的、近距離的、地下其他管道管線幾乎不知曉，沒有進行數(shù)據(jù)的獲取和分析，手上沒有可用資料來用于識別和防范，對成品油長輸管線的安全管理存在巨大的隱患。

2014年中國石化啟動了以建立管道完整性管理系統(tǒng)、風險預防式的管理模式為目標和方向的智能化管線管理系統(tǒng)建設工作，其中一項重要的內(nèi)容就是石油管道地下交叉管線探測。經(jīng)過近五年的探測摸索，形成了一套管道地下交叉管線探測方法。

1 基礎數(shù)據(jù)準確

地下交叉管線勘測是個獲取數(shù)據(jù)的過程，相關數(shù)據(jù)是通過調(diào)查探測得到，要求完整、準確，保證系統(tǒng)安全運行，滿足系統(tǒng)及企業(yè)等對管線管理的應用需求。數(shù)據(jù)要求是電子的，部分圖形數(shù)據(jù)是矢量化的，數(shù)據(jù)中應包括地下管線位置信息，管線介質(zhì)、材質(zhì)、管徑、起終點、埋深、設計壓力、權屬或管理單位等靜態(tài)屬性信息，數(shù)據(jù)形式以圖形（dwg）、表格（excel）、文檔（word）形式體現(xiàn)，最終匯入智能化管線管理系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)運用這些數(shù)據(jù)中位置和管線相關屬性信息進行可視化處理，滿足企業(yè)管理需要。

2 地下交叉管線探查

2.1 管線探查流程

結合銷售華中分公司智能化管線管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集經(jīng)驗，總結出地下管線探查是一項復雜的系統(tǒng)工程，為確保各環(huán)節(jié)的順利銜接及便于質(zhì)量監(jiān)控，摸索出采用下圖所示工作流程。

圖1地下管線探查工作流程圖

2.2 管線探查內(nèi)容及取舍標準

探查內(nèi)容包括在明顯管線點上進行實地調(diào)查和量測、在隱蔽管線點上應用儀器探測管線的地面投影位置和埋深，根據(jù)探查數(shù)據(jù)實地填寫管線探查記錄表，及時建立管線屬性數(shù)據(jù)庫。

本體管線全測，交叉管線取舍按下表執(zhí)行。在探測中發(fā)現(xiàn)屬性不明、走向不明的管線，應盡可能查明，確實無法探查清楚時，應報管理部門確認。

2.3 探測范圍

總體控制原則道路上與本體管線平行外擴50米，與本體管線交叉線以交叉點沿本體管線走向外擴100米（具體根據(jù)實地地形情況而定）。穿越小區(qū)、廠區(qū)、學校、醫(yī)院等沿本體管線外擴200米，至小區(qū)范圍外止。

2.4 管線探測方法

2.4.1 地下管線探查的主要方法

地下管線探查應遵循從已知到未知、從簡單到復雜的原則，優(yōu)先采用輕便、有效、快速、成本低的方法。復雜條件下宜采用多種探查方法相互驗證。地下管線探查的主要方法包括：電磁感應法、電磁波法、示蹤電磁法、CCTV法、觸探法。

2.4.2 隱蔽管線的追蹤探測

追蹤的目的是確定管線的走向及連接方式。追蹤應沿管線走向連續(xù)探測，追蹤中應密切注意信號的變化。對于信號變化點，應以變化點為圓心做圓周式搜索，并進行定深，根據(jù)信號的衰減程度、變化方向及埋深，判斷是變向、變深、變徑、變材質(zhì)、斷頭或其它情況。

變向（分支）點的判斷：當管線發(fā)生變向（分支）時，其信號方向和強度必然發(fā)生變化。在轉折點處，信號衰減較??；在分支點處，由于管線的分流作用，信號衰減較大。同時還需在不同信號施加點上激發(fā)，并在不同方向上定向、定深，進行對比驗證分析變向（分支）信號特征，做出正確判斷。

變深點的判斷：在變深點處，信號方向不發(fā)生變化，但信號強度會有明顯的增加或減小，這時應在信號變化點的兩端1-3m處進行測深。兩點深度不同，說明管線埋深發(fā)生了變化；深度相同，說明管線在此處連接不好或材質(zhì)發(fā)生了變化。

變徑點的判斷：在變徑點處，信號方向和探測中心埋深不變化，但信號的衰減速率發(fā)生變化。目前大部分管線儀不具備探測管徑的功能。

材質(zhì)變化的判斷：可根據(jù)相關資料和探測信號的衰減、實地調(diào)查結果及查閱資料進行判斷。

截止點判斷：在管線截止點處，信號不會完全消失，可根據(jù)管線埋深及信號衰減情況以及經(jīng)驗系數(shù)，定出截止點的位置。

地面存在淺層屏蔽（如鋼筋網(wǎng)、廢鐵、金屬柵欄等）時，會對管線形成干擾這時可適當提高接收機高度，以消除淺層干擾。

2.4.3 管線平面位置的確定

管線平面位置的確定可分為兩種探測方式，即掃描方式和追蹤方式。掃描方式通常用于盲區(qū)管線探測；追蹤方式應用于某一根管線走向的跟蹤探測。兩種方式交替使用，相互彌補。

在盲區(qū)探測時，應先用掃描方式，調(diào)查出管線的大致位置后，再進行追蹤探測定位。

在對管線定位時，可采用峰值和零值兩種檢測方式。在進行定位的全過程中，應使表頭指針（或讀數(shù)）在刻度之內(nèi)，使接收機在管線兩側來回移動，反復比較找出最大（或最?。╉憫c，然后水平轉動接收機尋找出最大（或最?。╉憫轿唬浯怪狈较蚣礊楣芫€走向。

無論采用哪一種激發(fā)方式在目標管線上激發(fā)起發(fā)射信號至為關鍵。因此，在不同的現(xiàn)場條件下應采用不同的方法技術。而接收機距發(fā)射機距離的確定，應根據(jù)方法試驗確定的最小收發(fā)距。

在管線密集地段工作時，應采用多種方式對管線激發(fā)，通過多種耦合形式并使用多種頻率，仔細分析信號分布及其變化特征以確定目標管線的位置。

2.4.4 地下管線的定位方法

（1）對管線特征點如轉折、分支的定位宜采用交匯法。定位前先查明管線走向和連接關系，在管線各方向上均應至少測2～3個點，然后通過交匯定出特征點的具體位置。

（2）對于緩慢變向的管線，應加密用于交匯的測點數(shù)，并應適當加密特征點數(shù)，以保證管線整個走向和位置的準確性。

（3）定位時應采用多種激發(fā)方式和接收方式進行對比驗證。一般先采用峰值法測定極大值定位，再用零值法測定其極小值加以驗證。

極大值法：亦稱為峰值法，地下管在場源激發(fā)下產(chǎn)生一定強度電流時，在管線正上方，地下管線形成的磁場水平量值最大，即在管線的地面投影位置上出現(xiàn)極大值。

極小值法：亦稱零值法，在地下金屬管線的正上方，管線所形成磁場垂直分量最小，即為“0”也就是說地下金屬管線所形成的磁場垂直分量在管線的地面投影位置上出現(xiàn)零值點，在垂直管線走向的方向上，用管線儀的水平線圈接收此垂直分量，根據(jù)極小值點位來確定管線的平面位置。極大值法異常幅度大且寬，易發(fā)現(xiàn)異常；而極小值法，在理想的條件下定位精度較高，但易受鄰近管線異常干擾的影響。有時不論極大值法，還是極小值法，都會受干擾的影響，使異常偏離管線的實際位置，這時應綜合分析干擾的來源及地下管線的分布情況，采用多種方法綜合識別目標管線所引起的異常，正確判斷管線的水平投影位置。在有懷疑的管線點處如能開挖，應采取開挖的方法，確定管線位置及埋深，同時為下一步工作提供依據(jù)。

（4）定位時應保證測點信號（曲線）相對于管線中心的對稱性，只有信號對稱時，才能確認定位的精確，必要時應做剖面進行精確定位。

（5）定位時應注意儀器的轉向差，當轉向差較大時，應調(diào)整信號的施加點，消除轉向差影響，減少定位誤差。

2.4.5 地下管線深度的確定

（1）在確定管線平面位置后，應在同一記錄點上確定管線的埋深。

（2）定深應于精確定位之后進行，管線各變化方向均應測定埋深，測深點的位置應選擇在距特征點至少1m外的直線段上，不可在特征點處定深（直線點除外）。

（3）應盡可能在沒有干擾或干擾較小的地段進行測深。如無法避開干擾，須采用消除干擾的有效方法，同時應對在有干擾情況下的定深精度進行評定。

3 地下交叉管線測量

3.1 管線測量流程

為了滿足數(shù)據(jù)化計算機輔助成圖的要求，采用全野外數(shù)字采集，并將采集數(shù)據(jù)直接傳入計算機中，即達到內(nèi)外業(yè)一體化建庫的模式。地下管線測量工作流程如下圖。

圖1 地下管線測量流程圖

3.2 控制測量控制點布設方案

平面與高程控制點是管線的測量基礎，作業(yè)前應收集可利用的控制成果。按現(xiàn)行《城市測量規(guī)范》（CJJ/T 8）、全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程（CJJ/T 8-2011）的有關規(guī)定進行測量和檢測。

3.3 管線點及附屬設施的測量

管線點平面位置和高程的測繪應采用解析法，使用全站儀以導線串測法或極坐標法進行測量，管線點測量均應保留原始觀測值記錄。若測區(qū)比較空曠，且沒有干擾信號，可采用動態(tài)RTK直接測定管線管線點三維坐標。

地下管線點的數(shù)據(jù)采集，各種管線點均以全站儀直接測量記入儀器內(nèi)存或用電子手簿通訊記錄數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集記錄的同時，按測量順序進行編號，并記錄順序號對應的管線點號，數(shù)據(jù)通訊到計算機后，將順序號還原成物探管線點號。

在測量過程中，所有管線點均是全野外數(shù)字采集，隱蔽點以“+”字為中心，明顯點以井蓋中心為中心觀測，測量時將有氣泡的棱鏡桿立于管線點上，并使氣泡嚴格居中，以保證點位的準確性。

每一測站均對已測點進行站與站之間的檢查，記錄其兩次結果的差值作為檢查結果，確?？刂泣c和定向的正確性。每天測量的重合檢查點，均應計算出坐標、高程進行對比，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

為了保證地物圖的正確性和測量精度，對所測地物圖在現(xiàn)場進行巡視檢查，檢查注記、地物要素表示是否正確，地物點連接是否合理；同時抽取一部分地物點進行重復測量，用其坐標與圖上坐標比較，評定測圖精度。

4 地下交叉管線圖編繪

管線圖的編繪應采用外業(yè)測量采集的管線數(shù)據(jù)，使用成圖軟件在計算機上自動生成管線圖。編繪工作應包括下列內(nèi)容：比例尺的選定、管線圖的導入、注記編輯、成果輸出等。同時還要對管線點、線段屬性信息的填注。必要時還要繪制斷面圖。

交叉管線是綜合圖，要素通過分類、分層及屬性來組織和表示。

5 地下交叉管線成果檢查

檢查工作分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分，作業(yè)單位的檢查必須落實二級檢查制度。

檢查內(nèi)容包括探查成果、測量成果及數(shù)據(jù)處理和圖形成果等；外業(yè)主要是管線位置和深度重復探查，相關管線屬性核查，管線點位置和高程測量，以及圖形符合性巡查；內(nèi)業(yè)主要是對管線屬性數(shù)據(jù)、圖形連接、圖形整飾、資料的完整性等檢查；檢查工作由作業(yè)單位的相關質(zhì)檢人員按規(guī)定要求進行。

5.1 探查成果質(zhì)量檢查

地下管線探查質(zhì)量檢查采用明顯管線點重復調(diào)查、隱蔽管線點重復探查方式，進行管線圖實地巡視對照檢查。

探查質(zhì)量檢查內(nèi)容主要有管線點幾何精度檢查和屬性調(diào)查結果檢查。

（1）明顯管線點的平面位置和埋深精度；

（2）隱蔽管線點的平面位置和埋深精度；

（3）管線漏查率和連接關系正確率；

（4）管線屬性調(diào)查正確率。

在明顯管線點和隱蔽管線點中分別抽取不少于各自總點數(shù)的5%且不少于30點進行質(zhì)量檢查。檢查的管線點應隨機抽取且應在測區(qū)內(nèi)均勻分布。重復探查包括對明顯管線點的屬性、埋深，隱蔽管線點的平面、深度、連接關系的檢查。抽取樣本應符合如下原則：在測區(qū)內(nèi)分布均勻、各種管線具有代表性，對易產(chǎn)生危險的管線要相對增加抽樣檢查數(shù)量。

地下管線探查質(zhì)量檢查完成后，編寫地下管線探查質(zhì)量檢查報告。質(zhì)量檢查報告內(nèi)容包括工程概況、檢查工作概述、問題及處理措施、精度統(tǒng)計和質(zhì)量評價。

5.2 測量成果質(zhì)量檢查

地下管線測量成果質(zhì)量檢查采用同精度重復測量管線點方法進行。

對明顯管線點和隱蔽管線點分別分層隨機抽取不少于總點數(shù)的5%進行測量，重復采集的點應均勻分布測區(qū)，具有代表性。

重復測量管線點的平面中誤差ms和高程中誤差mh分別按下式計算：

式中Δsi和Δhi分別為重復測量的管線點平面位置較差和高程較差；n為重復測量的點數(shù)。

計算公式得到的重復測量平面或高程中誤差，不得超過《北京市地下管線探測規(guī)程》的規(guī)定，否則，返工重測；重測依然超限時，全面分析確定成果存在的問題所在并更正。

5.3 數(shù)據(jù)處理和圖形成果質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)處理完成后應對管線數(shù)據(jù)文件進行質(zhì)量檢查。

過程檢查分為作業(yè)員自檢和作業(yè)組互檢。過程檢查應對所有成果進行100%檢查校對。

管線數(shù)據(jù)進行圖面檢查和實地巡視對照檢查，管線數(shù)據(jù)的質(zhì)量應符合下列規(guī)定：

（1）管線無遺漏；

（2）管線連接關系正確；

通過管線數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)文件進行檢查，數(shù)據(jù)文件應與管線圖、成果表相互一致。

6 結語

石油長輸管線大部分遠離城區(qū)，一般沒有納入城市管線的管理系統(tǒng)，地下第三方交叉管線安全管理仍然存在諸多難題，為此需提高安全隱患識別技術，對管線經(jīng)過的區(qū)域特別是高危險區(qū)采取相應的調(diào)查和測繪，為事故預防提供基礎地理信息資料。石油管道地下交叉管線探測將是未來智慧管道發(fā)展的趨勢，如何精確有效的探測出復雜交叉地段管線埋設情況，摸清管線勾稽關系，將是今后石油管輸行業(yè)必將探索的方向，本文通過智能化管線管理系統(tǒng)建設經(jīng)驗，總結出了地下交叉管線探測內(nèi)容、范圍、基本流程及方法，提出了石油管道地下交叉隱蔽管線的追蹤探測、管線平面位置的確定、地下管線的定位、地下管線深度的確定等探測實用性技巧，為石油管道地下交叉管線探測提供方法借鑒。

參考文獻：

[1] 張丹.試論城市地下管線檔案管理與信息化建設[J].檔案學研究，2008，第3期：18-20.

作者簡介：

徐從齊 中國石化銷售有限公司華中分公司區(qū)域調(diào)控中心副主任師、工程師，主要從事成品油管道智能化系統(tǒng)建設、化工工藝研究、設備管理、信息項目建設等。

（作者單位：中國石化銷售有限公司華中分公司）