黄丰和

(福州市勘测院 福建福州 350000)

0 引言

随着社会经济的快速发展，国家对于基础设施的建设逐渐重视，管道作为基础设施的重要组成部分，管道建设和管道质量自然受到了人们的重点关注，地下管道敷设技术也随之进一步发展，特别是大埋深管道工程非开挖工程技术的应用。但是，在管道非开挖技术应用解决管道施工难题的同时，如何对大埋深金属管道质量和位置进行探测则成了当今时代新问题。工程实践中，笔者发现英国雷迪公司生产的PCM+探测仪可以很好地解决这个问题。基于此，本文详细介绍PCM+探测仪在大埋深金属管道探测中的应用，以供同行借鉴。

1 PCM+探测仪的工作原理和特点

1.1 工作原理

图1 PCM+接收机信号显示

PCM+探测仪由两个设备组成，一个设备是手提式接收机，另一个设备为便携式发射机，如图1所示。发射机功用主要在于向大埋深金属管道发送一个与直流大致相当的信号电流，让这个电流沿着管道进行传送，而接收机的功用则在于对这个信号进行接收，并对信号电流的强度和方向进行显示。工程实践中，只要将电流强度和方向作为依据，即可实现对金属管道位置的准确判断。并且，这个设备还可以应对各种复杂的情况，比如：管道相互交叉、金属管道相距较近等。

此外，在进行此类探测时，只要对管中电流信号的衰减情况进行观察，继而即可实现对管道防腐层情况的预测。比如：在环境和影响因素相同的条件下，电流信号损失越小，则说明管道防腐层绝缘性能越强，反之则越弱。

1.2 技术特点

PCM+探测仪特点具体表现在以下几个方面：

(1)发射机功率较大，最大深测距离为30km，性能显著;

(2)PCM+探测仪具有多项功能，包括电流强度测量、电力方向测量、管线定位和管线深度测量等功能;

(3)PCM+探测仪可以评估不同长度管道的防腐层状况;

(4)PCM+探测仪中的设备，具有自动化保护功能;

(5)PCM+探测仪支持多种供电方式，220V交流供电和20-50V直流供电均可;

(6)PCM+探测仪的应用能够对埋深低于15m的金属管道进行准确的探测。

1.3 PCM+探测仪与其他管线探测仪比较研究

为了对PCM+管线探测仪的实际应用效果进行验证，福州市有关部门通过实验的方式，分别对管线检测设备是DM探测仪和PCM+探测仪两种设备的使用性能进行了验证。

此次对比检验的路段为福州市某街道上1000m左右的埋地钢质管道，且该管段安装了阴极保护测试桩，辐射环境为自然土壤，检测人员需沿地面进行管道检测。在对比试验之前，已经知道管道存在3个异常点，并画出了异常标记，仅需使用管线探测仪对故障区域管线进行检测即可。在检测的同时，需要做好dB值的记录，探测仪仅对管道外防腐层的缺点之大小值进行显示。简言之就是，dB值越大，代表防腐层缺点越大，电流流失量也愈发严重。

(1)试验设备参数

DM和PCM+探测仪发射机的频率组合均采用3HZ、6HZ和128HZ组合，其输出电流恒定为600mA。

(2)试验过程

首先，需要做好准备工作。由专业的检测部门负责调试设备，并穿戴检测所需的工作服。

其次，是试验过程，本次试验的过程共分为5步，第一步：对DM和PCM+探测仪的输出信号进行检测，确保其与对比条件相吻合。第二步：使牺牲阳极包和管道之间的连接断开，然后使管道阴极保护接口与发射机和测试桩相连接。第三步：打开试验设备，做好信号的检查。第四步：将设备与A字架相连接，并使用设备检测异常管段。第五步：由工作人员使用设备检测异常点，单点检测次数为3次，同时做好dB值等数据的记录。

(3)试验结果

本次试验所得到的结果，其处理方法选择了四分位数统计方法，本文将PCM+探测仪埋深测量为例，对检测结果统计方法加以阐述，DM探测仪所用的统计方法与之相同。

首先，对指定值和试验结果进行明确。通过工作人员使用DM和PCM+探测仪对3个异常点分别进行3次检验，本次测量共得到9个数据，这9个数据的平均值就是PCM+探测仪得到的试验结果。

其次，对四分位距进行确定，所确定的四分位距：Q=Q3-Q1；在这个公式中，四分位距由Q代表、第三四分位数由Q3表示、Q1表示第一四分位数。利用四分位数处理试验得到的9个数据，可以得到Q0。

最后，对能力统计量进行明确，按照公式Z=x-X/Q0计算能力统计量。

(4)对比结论

DM和PCM+探测仪的对比结果如表1所示。

表1 DM和PCM+探测仪试验结果

由表1可知，两种探测仪的检测精度都非常高，甚至精确到小数点的7位以上，能够大致还原管道的实际情况。

通过对比分析判定，DM和PCM+探测仪均具有良好的性能，可以满足管道探测的需要。但DM管线探测仪的抗干扰能力相对偏低，如果管线发射机位置不合理，在直读埋深时可能会出现严重的误差，故不适合使用直读法进行探测。而PCM+探测仪的缺点为设备沉重，且使用成本较高。建议有关部门在选择探测仪器时应根据自身的需要酌情选择。

2 PCM+探测仪用于大埋深金属管道探测中的使用方法

在使用PCM+探测仪探测管道时，可以从峰值法和谷值法中自由选择一种方法，完成对管道的探测。

在做好现场情况勘查工作之后，首先应确保发射机的接地效果，然后将输出线与被测管道相连接，随即启动接收机电源，保证发射机输出频率与工作频率的一致性。此时，接收机上会存在显示讯号强度的显示条，工作时可以通过调节按钮进行讯号的调节，然后按下频率键，让接收机进入波谷模式，此时接收机的面板上就会出现一个箭头指示，可以将该箭头指示作为依据，对地下管道的位置进行确定；在此基础上，继续转换频率，使接收机进入波峰模式，长按频率键3s，接收机就会对埋深进行显示。此时，做好记录为后续工作的开展提供依据[2]。PCM+探测仪具体使用方法可以分为以下几个步骤：

(1)PCM发射机

①在通电之前，应该调整发射机的电源，促使电源档位为OFF档，简言之，就是发射机在启动之前应该保持关机的状态；

②调整发射机的电流档，100mA或300mA均可；

③频率调到中间档；

④在电源输入线中，应该确保黑线与负极相连接，而红线需要与正极相连接；

⑤在调整信号输出线时，应确保白线与管道相连，而绿线需要连接接地棒；

⑥应尽量增加接地棒导线的长度，其长度应超过45m。

(2)PCM接收机

①工作人员应该结合图纸，对管线进行定位，然后控制发射机和接收机的间距；

②按开关，启动接收机；

③按Mode键，对测绘方式进行选择；

④按Peak键，对峰值和峰谷进行选择；

⑤保证接收机的牢固性；

⑥进行峰谷方式的选择。

3 PCM+探测仪应用于大埋深金属管道探测中的实例研究

3.1 PCM+探测仪在天然气拉管探测中的应用

某天然气管线工程位于福建省福州市，管线走向为自南向北，管线位于公路两侧，管径为400mm，由于管线需要穿过公路，故在施工过程采取了拉管技术，对经过公路部分的天然气管道进行处理，其拉管埋深与普通管道埋设深度相比，具有深度大的特点，最大埋设深度可达20m。由于需要在公路两侧建设自来水管线工程，因此必须掌握天然气拉管的埋设情况，故通过PCM+探测仪的使用，探测该区域的天然气拉管，且取得了良好的效果，如图1所示，PCM+探测在拉管埋设深度高达14.8m时，其电流信号并没有受到影响。该工程案例证明了PCM+探测仪在探测大埋深金属管道具有十分显著的优势[3]。

3.2 PCM+探测仪在探测福州市达明路煤气中压管道中的应用实例分析

图2 州市达明路电流曲线图

探测福州市达明路煤气中压管道时应用了PCM+探测仪。首先，将1A的ELF电流由站前阀门向管道施加，同时将通过两侧检测所获得的电流结果作为依据，绘制了电流曲线图，如图2所示。第一次对管线进行检测，发现在第3点和第4点间，电流迅速下降，下降幅度高达400mA，而其他管段电流下降速度较为平缓，于是使用A字架查找原因，将箭头指向第3点和第4点间管弯处，由此推断这个位置的管道防腐层存在的问题；然后，将该处管道挖开，发现该位置管道的防腐层确实存在一定的缺陷。经过修复后，使用PCM+探测仪重新检测，发现电流异常状况小时，所绘制的电流变化曲线也接近平缓。

3.3 PCM+探测仪在探测福州市福新东路煤气中压管道中的应用实例分析

在检测福州市福新东路煤气中压管道时，利用PCM+探测仪绘制了管线的电流曲线图，如图3所示。经检测后发现，煤气中压管道多段管线出现了电流异常下降的状况，在间距40m处情况尤为严重。该管段在长度为1km的距离内，所损失的电流高达1A，由此表明，这段管线具有非常大的电流衰减率，电流曲线分布较为陡峭，检测时将其作为依据，推断出该管线的防腐层存在问题。然后，据此对管道进行开挖，发现管道确实存在老化情况，检测单位对老化管道进行了更换和维修，从而使管道恢复了正常。

图3 福州市福新东路煤气中压管道电流曲线图

4 结语

综上所述，大埋深金属管道探测并不是单纯的追踪信号定位定深，重要是利用管道的埋设特点及材质、管径，结合实地情况进行。通过分析PCM+探测仪用于大埋深金属管道探测中的实例和对比不同探测仪的工作性能和不足，可以发现，将PCM+探测仪与DM探测仪相比，在检测精度上相对较高，但却存在着使用成本高，且设备沉重的缺陷，故有关部门在使用过程中应按照使用方法，充分发挥仪器特性，以确保探测工作的顺利开展，提高了施工效率和探测精度。

其次，虽然使用者在不掌握PCM+探测仪工作原理的情况下，依然可以有效使用PCM+探测仪进行管线探测，但是加强对PCM+探测仪工作原理的掌握，有利于在应用设备过程中更加灵活，以充分发挥设备在探测大埋深金属管道的作用。为此，探测时需要在应用在PCM+探测仪时，掌握其技术原理。PCM+探测仪的工作原理就是所谓的电磁感应原理，在一个电流流经一条管线时，那么就会在周边产生一定的电磁场，一般情况下可以根据右手定则，对磁场的方向进行明确，流经的电流直接关系到磁场强弱，一旦流经导线的电流出现波动，那么磁场也会发生相应的波动，这种会出现波动的磁场就是电磁场[1]。同理，如果导线在磁场中进行磁力线切割动作，感生电流就会随之产生，导线处会在不断变化的磁场中进行运动，同样会导致电流的感生。简言之，电流与磁场是相辅相成的，电流是产生磁场的基础，而磁场运动又是电流感生的主要途径。而PCM+探测仪属于一个交变信号发生器，换句话讲，PCM+探测仪等同于一个电源，并且这个电源就有产生交流信号的功能。在上述案例中，就利用电流信号发射机会将电流信号发送至管道，此时管道就好比一根深埋地下的导线，成为了电流信号的传播介质，在电流信号流经管道后，管道周围就会有磁场产生，在电流发生变化时，磁场会随之发生改变。然后依据电流变化的异常状况，对管道缺陷进行判断和定位。