張明敢

摘要：地下管線是現(xiàn)代城市正常運(yùn)行的重要部件，但在日?？辈煸O(shè)計(jì)、施工中經(jīng)常會(huì)遺漏或破壞到已運(yùn)行的地下管線，故地下管線的精確測(cè)量在現(xiàn)實(shí)中至關(guān)重要。本文結(jié)合工程案例對(duì)慣性陀螺儀這種儀器在定位、定深的原理及在儀器探測(cè)精度方面進(jìn)行了分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：深埋管線；慣性陀螺儀；精確測(cè)量

1.前言

隨著我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)眾多城市開工建設(shè)了軌道交通和一些常規(guī)市政工程，為了減少對(duì)居民日常生活的影響，這就需要對(duì)深埋的地下管線進(jìn)行精確的測(cè)量，為工程勘察設(shè)計(jì)與施工建設(shè)提供準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)進(jìn)而避免重大的人員與財(cái)產(chǎn)損失。

地下管線的運(yùn)行安全涉及到社會(huì)的和諧與穩(wěn)定，對(duì)一些埋深較大的管線常規(guī)儀器探測(cè)精度不能滿足勘察設(shè)計(jì)或施工要求時(shí)，運(yùn)用慣性陀螺儀獲取精確的三維坐標(biāo)不失為一種解決問題的辦法。本文結(jié)合了實(shí)際工程案例對(duì)慣性陀螺儀這種儀器在定位、定深的原理及儀器精度誤差方面進(jìn)行了分析和總結(jié)。

2.陀螺儀運(yùn)行要點(diǎn)

2.1運(yùn)行原理

陀螺儀工作原理就是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，角動(dòng)量很大，旋轉(zhuǎn)軸會(huì)一直穩(wěn)定指向一個(gè)方向，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)得越快，指向越穩(wěn)定。如下圖所示。

圖1 慣性陀螺儀運(yùn)行原理圖

圖2 慣性陀螺儀

運(yùn)行慣性陀螺儀前需要運(yùn)用RTK或全站儀實(shí)測(cè)管線起始點(diǎn)位，作為儀器運(yùn)行計(jì)算的起始點(diǎn)，而后將慣性陀螺儀放置在待測(cè)管線內(nèi)，使其慢慢沿管線向前運(yùn)行，儀器會(huì)自動(dòng)記錄運(yùn)行軌跡長(zhǎng)度，運(yùn)用專業(yè)軟件計(jì)算出垂直和水平分量即可得到精確的三維數(shù)據(jù)。

2.2實(shí)施要點(diǎn)及誤差分析

（1）運(yùn)行儀器前需要檢查管線內(nèi)壁是否光滑，陀螺儀能否無(wú)障礙通過，最好能在管線應(yīng)用前施測(cè)。

（2）陀螺儀在管道中運(yùn)行時(shí)要盡量勻速前進(jìn)，避免加速前行造成不必要的運(yùn)算誤差，運(yùn)行長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)避免誤差累計(jì)。

（3）通常還需實(shí)測(cè)一個(gè)終點(diǎn)數(shù)據(jù)用來(lái)作為對(duì)比數(shù)據(jù)，確定慣性陀螺儀運(yùn)算成果是否達(dá)到要求，尋找分析原因不能滿足要求時(shí)重新探測(cè)作業(yè)，直至精度符合要求。

2.3慣性陀螺儀技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)施起來(lái)不受地形、交通條件的限制，操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)省人力。

（2）探測(cè)時(shí)不受現(xiàn)場(chǎng)其它管線信號(hào)干擾，探測(cè)方法與常規(guī)電磁波探測(cè)不同，獲取的成果精度非常高。

（3）金屬與非金屬管材都可以探測(cè)，且不受管線埋設(shè)方式的限制。

（4）探測(cè)成果除起算點(diǎn)外，均由儀器和軟件自動(dòng)計(jì)算得來(lái)避免人工記錄和計(jì)算帶來(lái)的誤差。

2.4工程應(yīng)用案例

無(wú)錫市新區(qū)污水管網(wǎng)能級(jí)提升工程-漢江路污水管工程中，由于污水工作井在現(xiàn)狀路面上實(shí)施人員車流量多交通壓力大，無(wú)法大規(guī)模開挖施工，故全線采用頂管工藝，這就對(duì)與線路走向垂直相交的管線探測(cè)精度要求非常高?，F(xiàn)查明橫穿漢江路兩側(cè)西門子公司的通信電纜為非開挖施工埋深較大，為避免破壞電纜造成工廠停產(chǎn)，業(yè)主方委托我公司對(duì)線纜進(jìn)行精確測(cè)量。

圖3 探測(cè)成果圖

本次工程實(shí)測(cè)管線長(zhǎng)度為76.58m，共采集管線特征32個(gè)，測(cè)量間距約2.3m，管線埋深約0.7～4.85米；其中電纜最大埋深處與設(shè)計(jì)污水管線高程有沖突需調(diào)整原設(shè)計(jì)方案，探測(cè)線纜軌跡成果上圖所示。

探測(cè)成果精度如下：

平面精度：±0.25%*L=±0.25%×76.58=±19cm m<0.1h

高程精度：±0.10%*L=±0.10%×76.58=±7.6cm<0.15h（其中L為軌跡運(yùn)行長(zhǎng)度，h為管道中心的埋深），精度滿足規(guī)程要求。

3.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過我們的了解與實(shí)踐運(yùn)用，慣性陀螺儀已經(jīng)在周邊多個(gè)城市管線探測(cè)中得到運(yùn)用，且取得不錯(cuò)的探測(cè)成果，為勘察設(shè)計(jì)、施工或城市規(guī)劃部門提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免了深埋管線不必要的破壞。

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