Трубокабелеискатели (трассоискатели)

В настоящее время при съемках и инвентаризации инженерных подземных коммуникаций (ИПК) применяются индукционные методы выноса на поверхность и определения глубины заложения объекта приборами, получившими общее название трубокабелеискателей (ТКИ) или трассоискателей, без вскрытия траншей. Вынесенная на поверхность и отмеченная на ней ИПК в дальнейшем снимается топогеодезическими методами.

Вокруг проводника с электрическим током образуется магнитное поле. Силовые линии его представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, нормальной к проводнику. Центры окружностей находятся на линии тока. Если электрический ток создает магнитное поле, то имеет место обратная сторона явления — магнитное поле создает электрический ток.

В настоящее время чаще всего применяют активные — контактные — методы съемки ИПК: энергия вводится в проводник от специального генератора, и создается искусственное электромагнитное поле. Роль проводника играет металлический трубопровод, кабель или его защитная свинцовая оболочка. В керамических трубопроводах, а также в металлических, но не имеющих между собой электрического контакта, проводником может служить жидкость, если она заполняет их без разрыва и является электропроводной. Часто электропроводность воды усиливают искусственно, подсыпая в нее соль. В некоторых трубопроводах, изготовленных из изоляционных материалов, в процессе строительства заранее протягивается провод именно на случай поиска ИПК индукционными методами.

Контактные методы съемки ИПК дают наибольшую точность определения координат объекта. Применение пассивных (бесконтактных) методов может иметь место в двух случаях: обнаружение кабелей, находящихся под напряжением, за счет создания силового электромагнитного поля проходящим током, и обнаружение электропроводящих предметов за счет поля, наводимого блуждающими токами. В последнем случае метод менее эффективен из-за слабости сигналов и в связи с этим более низкой точности определения координат предмета, при этом дальность действия прибора ограничена несколькими метрами.

Пассивные методы применяются для отыскания засыпанных землей или снегом колодцев, отыскания металлических перекрытий в старых зданиях при их инвентаризации и т. п. Схема контактного трассоискателя показана на рис. 5.57.

Рис. 5.57. Схема контактного трубокабелеискателя
1 — инженерные подземные коммуникации; 2 — генератор звуковой частоты; 3 — заземлитель; 4 — приемник; 5 — антенна; 6 — схематическое изображение электромагнитного поля

Генератор звуковой частоты 2 подключается своими точками к ИПК1 и заземлителю 3, забиваемому в землю на расстоянии 5-20 м от оси ИПК. Приемник 4 с направленной антенной (рамочной, кольцевой, стержневой) переносится по направлению оси ИПК.

Электродвижущая сила в антенне зависит от взаимного расположения электромагнитных волн и плоскости рамки антенны. Если антенну расположить горизонтально (рис. 5.58, а), то наведенная в ней ЭДС будет зависеть от взаимного расположения антенны и ИПК.

Рис. 5.58. Определение планового положения (а) и глубины заложения (б) инженерных подземных коммуникаций

В положении 1, когда плоскость рамки антенны расположена горизонтально, симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ИПК, антенну пересекает наименьшее количество силовых линий поля, и ЭДС будет минимальной. В положениях 2 и 3 ЭДС будет большей. На рис. 5.58, а ЭДС отождествлена с кривой силы звука или визуального сигнала, отображаемого на экране прибора. Это свойство антенны используется для выноса (проектирования на поверхность земли) оси ИПК.

Оператор, держа антенну горизонтально и покачивая ее из стороны в сторону, слушает звуковой тон и наблюдает на экране величину сигнала. При минимуме интенсивности звука, что соответствует положению 1 антенны, проецирует на землю середину рамки антенны, отмечая это колышком на земле или мелом (при работе над асфальтом). Далее оператор движется в направлении оси ИПК, придерживаясь все время минимального звукового сигнала, и отмечает все точки поворотов ИПК, ответвлений, закруглений и т. п. Для определения глубины h (рис. 5.58, б) заложения ИПК оператор наклоняет рамку антенны на угол 45° по отношению к горизонту (положение 1) и, начиная от колышка, забитого над осью ИПК (точка А), передвигает антенну перпендикулярно к оси до получения минимума звукового сигнала, что будет иметь место, когда силовые линии поля скользят по плоскости антенны (положение 2).

Фиксируют точку В минимума звука. Повернув антенну на 90°, находят таким же образом точку С с другой стороны оси ИПК. Измеряют рулеткой расстояние СВ. Так как силовые линии имеют, как правило, вид концентрических окружностей, то полученный треугольник CDB является равнобедренным, прямоугольным в точке D. Высота треугольника h = 0,5СВ. При наличии в одной траншее нескольких ИПК для раздельной их съемки генератор трассоискателя поочередно подключают к каждой из ИПК в отдельности. Точность определения местоположения ИПК зависит от помех, возникающих от посторонних источников тока, а также от тока генератора трассоискателя. Особенно сильны помехи на участках с большим количеством пересекающихся кабелей и трубопроводов, а также при работе на увлажненных грунтах. Помехи ослабляются при подключении генератора к ИПК в двух и более точках.

Если в траншее уложено несколько трубопроводов, то при сильном сигнале генератора наблюдается искажение сигнала за счет наводок ЭДС от подключенного трубопровода на неподключенные. Кроме того, когда инженерные сооружения между собой соединены, то будет происходить сложение электромагнитных полей, образующихся вокруг смежных инженерных сооружений. Суммарная ЭДС и контуры графического изображения в виде силовых линий будут отличаться от ЭДС и силовых линий, которые были вызваны в отдельности каждым подземным трубопроводом или кабелем. Сигналы искажаются в местах разветвления ИПК из-за интерференции электромагнитных волн в местах ответвлений трубопроводов, если они имеют существенно разные диаметры и т. п. Это явление (наложение силовых линий от смежных трубопроводов) часто не учитывается при поиске каждого трубопровода в отдельности и, естественно, порождает существенные погрешности. Для более точного определения глубины заложения ИПК антенну следует держать возможно ближе к поверхности земли. Точность определений можно повысить путем изменения мощности генератора, особенно если рядом с определяемой линией расположены смежные трубопроводы или кабели. В общем случае для трассоискателя небольшой мощности (до 30-35 Вт) точность определения объекта составляет в плане ±(5-10) см, а глубины заложения — около 10 % и могут быть оценены по эмпирической формуле:

m_h ~ m_s ~ 0,5 (0,lh + d),

где m_h и m_s — средние квадратические ошибки измерений по высоте и в плане; h — глубина заложения ИПК; d — диаметр ИПК. Например, при h = 2 м и d = 30 см имеем ms = mh = 0,5(0,1×200 + 30) = ±25 см.