管線陀螺儀在非開(kāi)挖管道中應(yīng)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(dòng)生成基于三維坐標(biāo)（x，y，z）的地下管道空間曲線圖，實(shí)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(gè)位置的準(zhǔn)確埋深，只需要測(cè)量該點(diǎn)上方的地面高程，并將慣性陀螺儀定位技術(shù)生成的該點(diǎn)z坐標(biāo)與地面高程相減，就可以得到該點(diǎn)管道的準(zhǔn)確埋深。
而JZ4.8管線陀螺儀定位系統(tǒng)是基于慣性導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)而成，依靠高度的陀螺儀，在電腦快速運(yùn)算下獲取地下管線三維坐標(biāo)，主要用于管道的位置探測(cè)，并可將數(shù)據(jù)傳入GIS、AutoCAD、Solidwords等軟件，尤其適合非開(kāi)挖行業(yè)頂管施工的竣工測(cè)量。便捷的外業(yè)操作配合的數(shù)據(jù)后臺(tái)處理熊系統(tǒng)，能快速準(zhǔn)確得到被測(cè)管道的空間三維坐標(biāo)信息，而且測(cè)量時(shí)不會(huì)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(cè)量主機(jī)和牽引鋼繩兩部分組成，測(cè)量主機(jī)由支架和陀螺儀構(gòu)成。待管道定向穿越施工完成后，切開(kāi)管道兩端，將測(cè)量主機(jī)放入被測(cè)管道內(nèi)部，經(jīng)牽引鋼繩拖動(dòng)并在管道內(nèi)通行個(gè)來(lái)回，測(cè)量主機(jī)將自動(dòng)記錄被測(cè)管道各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
軟件就是用于解算測(cè)量主機(jī)采集的數(shù)據(jù)的套電腦程序，通過(guò)軟件的解算，得到管道的三維坐標(biāo)，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(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的，慣性陀螺儀工作時(shí)在測(cè)量主機(jī)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(wú)力矩作用時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸在慣性空間中保持指向不變的性質(zhì)。
測(cè)量主機(jī)在管道里面被牽引鋼繩拉動(dòng)過(guò)程中，慣性陀螺儀隨著測(cè)量主機(jī)在管道中移動(dòng)，由于測(cè)量主機(jī)移動(dòng)到不同的位置時(shí)，慣性陀螺儀沿旋轉(zhuǎn)軸的垂直方向有力矩作用，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸方向發(fā)生改變，而測(cè)量主機(jī)自帶的多組傳感器實(shí)時(shí)讀取慣性陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸所指示的方向，這樣就能使測(cè)量主機(jī)在管道內(nèi)移動(dòng)的過(guò)程中，記錄管道每個(gè)連續(xù)點(diǎn)的前后空間位置變化關(guān)系，通過(guò)輸入管道兩端的坐標(biāo)，就能得到整個(gè)管道的三維坐標(biāo)。
管線陀螺儀的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)可以應(yīng)用于非開(kāi)挖施工的燃?xì)?、給排水管道等領(lǐng)域，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)管道定位方法的不足，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、安定位地下管道的目的。
它的具體優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下3方面
①測(cè)量度高。水平方向與深度方向均為±0.2%L，其中L為目標(biāo)管道的長(zhǎng)度，當(dāng)L＜100 m時(shí)則以100 m代入計(jì)算。
②坐標(biāo)成果佳。系統(tǒng)可以按定距離計(jì)算管道的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)管道尾坐標(biāo)，計(jì)算管道沿線的坐標(biāo)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(cè)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?chē)h(huán)境的干擾，也不受埋設(shè)深度限制。
缺點(diǎn)：慣性陀螺儀定位技術(shù)對(duì)正在運(yùn)行中的管道無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。由于其良好的檢測(cè)性能，所以慣性陀螺儀的價(jià)格要比其它設(shè)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(kāi)管道兩端，利用站儀測(cè)量管道兩端的軸線中點(diǎn)坐標(biāo)，并記錄下來(lái)。
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(lái)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(dòng)其不斷進(jìn)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(fēng)機(jī)穿線
將風(fēng)箏線綁上個(gè)膨脹的塑料袋放入管道的端，將鼓風(fēng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)管口的塑料袋鼓風(fēng)，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(cè)量主機(jī)，并拉動(dòng)測(cè)量主機(jī)從管道的端向另端滑動(dòng)，經(jīng)牽引鋼繩拖動(dòng)并在管道內(nèi)通行個(gè)來(lái)回后，采集數(shù)據(jù)完畢。
④通過(guò)電腦程序解算測(cè)量主機(jī)采集的數(shù)據(jù)，得到管道的三維坐標(biāo)。將獲得的該管道數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。表中，里程l為從管口起點(diǎn)到管上某點(diǎn)的距離。坐標(biāo)系為北京54坐標(biāo)系、1985高程基準(zhǔn)。
結(jié)語(yǔ)：
管線陀螺儀能夠解決目前超常埋深管道的探測(cè)難題，能有效地減少三方定向穿越施工對(duì)燃?xì)夤艿赖钠茐?，其結(jié)果可靠、穩(wěn)定。為以后管道的運(yùn)行及監(jiān)管形成可靠的技術(shù)資料，大大地減少非開(kāi)挖施工事故。對(duì)于管道運(yùn)營(yíng)單位來(lái)說(shuō)，可以提供更加可靠的安保障，大幅度減少管道事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
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