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管道极低频电磁定位技术应用报告20231117.pdf

编号：162653

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管道极低频电磁定位技术应用报告20231117.pdf

1、目录技术简介作业方法简介应用案例合作伙伴目录技术简介作业方法简介应用案例合作伙伴一、技术简介 n 管道极低频管道极低频(ELF)(ELF)电磁定位是江苏管建穿越工程有限公司电磁定位是江苏管建穿越工程有限公司为拓展其管道测量业务，利用经典电磁理论及为拓展其管道测量业务，利用经典电磁理论及相关技术应用积累，以解决大埋深、长距离特别是使用水平定向钻穿越方法安装的在役金属管道的精确相关技术应用积累，以解决大埋深、长距离特别是使用水平定向钻穿越方法安装的在役金属管道的精确定位、测量难点为目标而定位、测量难点为目标而研发的一种新型埋地管道精确测量研发的一种新型埋地管道精确测量技术技术。一、技

2、术简介一、技术简介管道极低频电磁定位技术具有零开挖、精度高、抗干扰能力强、可探深度大、适用各种地形、不影响管道正常运营、作业周期短等特点。对于大埋深、长距离特别是涉及水域穿越的在役管道，现有的其他非开挖管道测量技术仍无法方便有效的实施，管道极低频电磁定位技术已经很好的突破了这一技术难点。适用于传输各种介质的现役埋地金属管道的精确定位，理论最大探测深度可达100m。也可用于水平定向钻施工时，平行追踪现役伴行管线避免相互干扰。管道极低频管道极低频电磁定位技术电磁定位技术的两种的两种应用模式应用模式地地上上测量模式测量模式（G-ModeG-Mode）平行追踪模式平行追踪模式（P-ModeP-Mo

3、de）信号接收装置位于地面上并随测量信号接收装置位于地面上并随测量人员按照设计轨迹移动，以获取现人员按照设计轨迹移动，以获取现存埋地管线位置信息为主要目的。存埋地管线位置信息为主要目的。使用水平定向钻方法边施工新建管使用水平定向钻方法边施工新建管道边测量与其近距离并行的现有管道边测量与其近距离并行的现有管道。确保新建管道施工时与现有管道。确保新建管道施工时与现有管道保持安全距离，避免相互干扰或道保持安全距离，避免相互干扰或造成损伤；亦可对现有并行管道进造成损伤；亦可对现有并行管道进行精确定位并输出测量结果。行精确定位并输出测量结果。n 管道极低频（管道极低频（ELFELF）电磁定位技术）电磁定

4、位技术特点特点n 管道极低频（管道极低频（ELFELF）电磁定位技术的两种应用模式）电磁定位技术的两种应用模式 n 管道极低频管道极低频（ELFELF）电磁定位技术与其他常用探测技术方法的比较如下：电磁定位技术与其他常用探测技术方法的比较如下：一、技术简介惯性定位技术（陀螺仪）普通电磁法（雷迪管线仪等）声波法探地雷达极低频电磁定位技术特点局限操作简单，易于实现，设备自动化程度高，在役管道不用停输介质，可测金属管道、电缆等。采用示踪法可测非金属管线但所测管线需处于开口状态。适用于大规模普查。利用高频电磁波向地下发送并接受地下管线的反射电磁波具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、

5、探测费用低等特点。1）周边电磁环境影响比较大的情况下，探测结果可靠性不高。适用于管线普查等对成果准确性要求不高的情况。2）可确保精度的可测埋深和长度都有限，涉及穿越水域的管线无法使用此法测量。1）声波反射：适用于管径大于110 mm以上、埋深较浅的空腔（内为空气、天然气）管道。2）主动声源：适用于可接入声源信号（有放散口、法兰接口等）的燃气PE管道平面定位；燃气PE管道工作压力不得大于0.6MPa。聚乙烯燃气管道工程技术标准CJJ 63-2018规定。测量精度较高、不受干扰、无埋深限制、无材质限制、操作简单、设备自动化程度高、内业数据处理工作量少、成果输出效率高。1）被测管道必须处于开口和通畅

6、状态，适用于新铺设完成的清洁管道。2）在役管道测量需停输介质和在管道适当位置开口。3）测量精度主要受被测管道长度影响，管道越长，累计误差越大，精度越低。1）频率越高，分辨率越强，探测深度浅；频率越低，探测深度越大，分辨率就弱。2）现实中存在的矛盾是探测的分辨率可以了，又达不到一定的探测深度，探测的深度可以了，又往往分辨率不够。从而导致探地雷达应用于大埋深管线探测的成功案例不多。利用管道对声波的反射或者使用气体振动器驱动管道内的气体振动，产生多频复合振动信号，该信号沿管道传播，并通过介质，传到地表被接收器接收。可测居民小区内的PE材质的燃气管线。测量精度高、可探深度大、抗干扰能力强、精度不受被测

7、管段长度影响、涉水域穿越的地下管线也可测量、作业时不用停输介质。1）只适用于金属防腐管道。2）被测管线两端需有可靠的接线点（例如：钢制管道的阴保桩）。3）最小测量长度受管道可靠接线点距离制约。n 技术优势技术优势一、技术简介 n 技术局限技术局限此技术最大的应用局限在于无法使用常规作业方法实现对非金属管道的定位测量（非金属污水管道除外）。可探测深度突破：可探测深度突破：理论最大探测深度达100米。定位精度高：定位精度高：该技术核心算法基于经典电磁理论推导。一般干扰环境下的测量精度为（1/2D+2%L）（L是被测导体到测量仪器的距离，D指被测管道直径）；若在复杂测量环境下使用辅助定位方式如水下声

8、呐，测量精度应考虑辅助设备自身精度误差的影响。抗干扰能力强：抗干扰能力强：信号频段为极低频，避开常见噪音频段，同时将附近导体能可能存在的感应磁场极小化。同时拥有高精度、高灵敏度的测量模块，及有效处理各频段信号的分析算法，保障设备在多种干扰场景的可靠性。经实践验证，如在高压电塔附近、通信信号塔附近、复杂城市环境下、大功率用电设备附近等，设备均具备可靠性，数据满足精度要求。多环境适用：多环境适用：一般环境条件下，在管道上方持测量设备沿途采集数据，接收仪器沿被测管道路由附近行走即可；若采集路径上有障碍物或干扰源难以避开，可绕行采集数据；涉及水域穿越等复杂环境条件下，也可借助船舶、声呐等辅助设备进行数

9、据采集和测量。无需开挖、钻孔，不影响被测管道正常运营：无需开挖、钻孔，不影响被测管道正常运营：测量准备时无需开挖、钻孔，管道无需停输，只需临时关闭阴保电流（视情况而定），通过测试桩或者阴保桩等接通电流即可。测量效率高，工期短：测量效率高，工期短：对于一条1000m以内的陆地穿越地下管道，24小时可完成外业工作，48小时出测量结果。可可“随钻随钻”平行追踪测量：平行追踪测量：若待测管道旁恰好拟建一条并行水平定向钻管道，可在导向钻进的同时对旁边待测管道进行精确测量，防止相互干扰。目录技术简介作业方法简介应用案例合作伙伴 n 原理原理及算法及算法利用利用经典电磁理论及相关数学理论进行演绎并验证。

10、经典电磁理论及相关数学理论进行演绎并验证。实际实际测量中，借助有线探测系统提供的测量中，借助有线探测系统提供的测量测量数数据，经据，经分析和分析和计算即得到计算即得到埋地管道埋地管道的位置的位置信息。具体操作如下：信息。具体操作如下：二、作业方法简介探测设备核心算法信号处理设备辅助测量设备信号发射设备信号采集设备信号处理算法数据样本分析算法定位算法基本原理图通过测试桩将管线接入线圈对其通电，因此接入管线的线圈电流将激励一个磁场，该磁场则具有了管线的“相关信息”。测量该磁场的主要数据，如地磁倾角，仪器倾角，方位角，重力分量，场强分量，环境噪音等，收集用于计算管道位置的原始数据信息。分析原始数据

11、，利用已经建立的数学模型，可精确的算出管道位置坐标。n 工作流程工作流程测量工作流程主要包含外业和内业，具体流程如下图：测量工作流程主要包含外业和内业，具体流程如下图：二、作业方法简介工作范围及条件确认设备安装调试数据采集数据初步分析数据初筛数据分析计算，输出测量成果外业工作内业工作工作流程图二、作业方法简介n 操作要点操作要点被测管段两端必须有可供接通通电线圈的暴露点，例如阴保桩或测试桩等；测量距离为两个相邻通电点之间的管段长度。若判定被测管线附近有地下干扰源，需合理选择地上数据采集轨迹，收集数据位置尽量远离干扰源。一般情况下单程测量即可采集到合格数据，强干扰情况下可增加对称测量以减小

12、干扰影响。测量无防腐层的地下金属管线时应考虑地层电阻率变化对测量精度的影响。测量有防腐层的地下管道时，若出现局部数据异常，要分析是否为防腐层破损导致（正在攻克此方向）。对于大型障碍物，如通航河道、宽度100m的深水河流、高速公路、并行铁路及人员不便进入作业的场地，需要采用辅助测量装置，如无人机、皮划艇、索道、水下机器人、水下测量船、超短基线水声定位系统等，以确保测量精度。目录技术简介作业方法简介应用案例合作伙伴项目地点：项目地点：泰国罗勇项目业主：项目业主：PTT项目时间：项目时间：2018年6月-2019年3月测量模式：测量模式：平行追踪（4条水平定向钻穿越）测量目的：测量目的：探测临

13、近并行管线，保证定向钻施工安全项目描述：项目描述：泰国XXX线罗勇段水平定向钻穿越施工由管建穿越泰国公司专业承包，区段内共涉水平定向钻穿越施工4处，穿越长度分别为1376m（HDD01）、839m（HDD03）、499m（HDD04）、524m（HDD05），管道直径1066mm。该新建管线与多条已建成管线并行敷设，其设计位置在上述穿越区域与相邻的现役泰国四号线最近距离仅为约4m。鉴于以上情况，采用常规方式进行水平定向钻施工风险极大，极易对现存管线造成破坏，故此使用了我公司的管道极低频电磁定位平行追踪技术协助穿越施工，取得了理想的效果，全部定向钻穿越工程得以顺利实施。n 案例案例1 1、泰国泰

14、国XXXXXX线水平定向钻穿越施工线水平定向钻穿越施工平行追踪平行追踪三、应用案例案例特点：案例特点：本案例是我司管道极低频电磁定位技术在工程实践中的首次应用，因此在获得测量结果后对技术可靠性进行了验证。验证方式为局部多点开挖暴露被测管道后测量其实际位置并与测量结果进行对比，对比结果理想，从而验证了此技术的可靠性。三、应用案例n 案例案例1 1、泰国泰国XXXXXX线水平定向钻穿越施工线水平定向钻穿越施工平行追踪平行追踪 n 案例案例2 2、江苏南通江苏南通XXXXXX穿越段测量穿越段测量三、应用案例项目地点：项目地点：江苏项目时间：项目时间：2022年3月测量模式：测量模式：地上测量测量目

15、的：测量目的：技术验证项目描述：项目描述：该项目为技术验证项目，被测现存管道段使用了水平定向钻施工方法穿越S221省道，管道直径为1219mm，穿越段长度735m，最大埋深35m。使用我司测量技术获得被测管道位置曲线后与其水平定向钻施工导向曲线进行了对比验证。-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0-5235285335385435485535585635685735非开挖测量成果平面图精测平面曲线导向平面曲线左右：-Right里程：AwayJT-S221三、应用案例n 案例案例2 2、江苏江苏XXXXXX穿越段测量穿越段测量案例特点案例特点:通过将

16、管道测量结果与原导向数据比较发现，回拖后管道横向偏移极小，而深度存在1m到2.5m的差异，测量显示深度大于施工记录深度并且呈现扩孔速度慢的地方差值大而扩孔速度快的地方差值小的规律，这个规律符合我们对定向钻扩孔下沉的经验认知。-35-30-25-20-15-10-85235285335385435485535585635685735非开挖测量成果断面图精测断面曲线导向断面曲线高程：里程：AwayJT-S221 n 案例案例3 3、XXX XXX管管道道XXXXXX河定向钻穿越段测量河定向钻穿越段测量三、应用案例项目时间：项目时间：2022年5月22日-2022年6

17、月5日测量模式：测量模式：地上测量测量目的：测量目的：定位地下管道故障点项目描述：项目描述：被测管段采用水平定向钻施工方法穿越河流，业主在管段内监测到管道故障点需要开挖暴露管道进行维修，由于管道的历史位置资料不能支持精确开挖，委托我司使用管道极低频电磁测量技术对所述管道进行了精确定位测量，其后开挖顺利找到管道故障点。案例特点：案例特点：业主根据我公司提供的测量数据，成功精确暴露了埋深22米的地下管道，该段管道位于岩石层内。开挖后使用RTK复测管道位置坐标与我司测量坐标比较，其横向偏差仅为95mm，高程偏差仅为32mm，完全满足业主的开挖精度要求，也进一步验证了我司新型测量技术的可靠性。n 案例

18、案例4 4、上海、上海XXXXXX管道管道5656处定向钻穿越段测量处定向钻穿越段测量三、应用案例项目地点：项目地点：上海市项目时间：项目时间：2022年6月5日-2022年11月6日测量模式：测量模式：地上测量（56处）测量目的：测量目的：精确测量现役管线穿越段位置，为新建并行管线提供安全保障项目描述：项目描述：项目业主拟新建的XXX管道与已建成的XXX管道并行敷设，涉及多达56处水平定向钻穿越并行，为确保在役管线安全，委托我司对上述管段进行了精确位置测量，为新建管道规划设计提供依据。案例特点：案例特点：整个项目56段测量耗时5个月，被测管段总长度超20公里，提交测量数据均获业主方认可，很好

19、的配合了新建管道的设计和施工作业开展。n 案例案例5 5、XXXXXX成品油管道工程成品油管道工程XXXXXX定向钻段管道测量定向钻段管道测量三、应用案例项目地点：项目地点：上海市项目时间：项目时间：2022年12月测量模式：测量模式：平行追踪测量目的：测量目的：探测临近并行管线，保证定向钻施工安全，形成被测管线精确测量成果项目描述：项目描述：XXX成品油管道工程XXX定向钻穿越设计长度703m，管径为406mm，穿越段西侧与其并行有现役管线“XXX”管道，两管理论水平间距10m，由于距离较近，我司被业主委托为其穿越施工提供控向和平行追踪服务。三、应用案例n 案例案例5 5、XXXXXX成品油

20、管道工程成品油管道工程XXXXXX定向钻段管道测量定向钻段管道测量案例特点：案例特点：因水域船流量大，一般的管道测量技术难以在大流量江面进行，平行追踪技术的应用则完美的解决了这一问题。同时，由于该技术具有边钻边测的特点，可对并行已建管道进行实时定位，规避了钻头钻到管道的风险，确保了并行已建管道的运行安全。导向过程中，对并行已建管道的相关信息数据进行采集。导向完成后，运用专有算法对被测已建管道的位置进行分析计算，同时对导向轨迹进行多重拟合校准。最终将数据生成平面图及断面图，形成直观对比，此成果精确的反映了两管道各自的位置信息和两管道的位置关系，可为后续管道建设设计提供精准参考。三、应用案例n 案

21、例案例5 5、XXXXXX成品油管道工程成品油管道工程XXXXXX定向钻段管道测量定向钻段管道测量三、应用案例项目地点：项目地点：江苏省项目时间：项目时间：2023年5月测量模式：测量模式：地上测量测量目的：测量目的：探明地下管线位置，输出测量成果，开挖暴露部分管道进行技术验证，为甲方下一步施工提供参考依据。项目描述：项目描述：XXX河穿越管道测量工程位于江苏省境内，河流宽度约50m，管径D610mm，穿越长度约800m，管道最低点埋深约20m，穿越段两测试桩间距约820m。n 案例案例6 6、XXXXXX河穿越管道位置测量工程河穿越管道位置测量工程三、应用案例案例特点：案例特点：本项目先

22、后使用了惯性定位技术和极低频电磁定位技术进行管道的测量定位，获得测量成果后对管段指定位置进行了开挖，以暴露部分管道验证测量成果精确性。从有限的暴露点验证结果来看，惯性定位技术和极低频电磁定位技术均能较为准确的定位出管道实际位置，但极低频电磁定位技术测量结果较惯性定位技术在水平位置方面有明显的精度优势（高程因现场无法获得标准控制点未做比较）。n 案例案例6 6、XXXXXX河穿越管道位置测量工程河穿越管道位置测量工程三、应用案例项目地点：项目地点：山西省项目时间：项目时间：2023年5月测量模式：测量模式：地上测量测量目的：测量目的：本次管道位置探测的任务包含探明缺陷点段上、下游弯头间的管道三

23、维坐标和埋深，并根据甲方提供的资料推算缺陷点位置坐标、距水面深度及与坡脚距离，以供甲方确定缺陷点换管难度和风险。项目描述：项目描述：被测管道在山西省境内穿越XXX水库，管道管径660mm，材质X60级钢，管道壁厚7.14mm，设计压力6.4MPa，被测管段长度约200m。n 案例案例7 7、XXXXXX管道管道-XXX-XXX水库段管道测量工程水库段管道测量工程三、应用案例案例特点：案例特点：本案例为管道极低频电磁定位技术在涉水穿越管道环境中的一次典型应用，通过应用管道极低频电磁定位技术测量得到的管道三维坐标，结合甲方提供的关于XXX水库段缺陷管道换管方案初步调研汇报管道信息和现场测量的管道坐标，通过计算得出管道破损点的位置坐标。目录技术简介作业方法简介应用案例合作伙伴四、合作伙伴n 管建业绩伙伴管建业绩伙伴

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