Приборы для поиска и диагностики подземных инженерных коммуникаций

Площадки в городе – это потенциальное «минное поле», на котором в качестве мин выступают подземные инженерные коммуникации и другие объекты, которые могут быть повреждены при земляных работах, выполняемых строительными и коммунальными службами: электросиловые и телефонные кабели, канализационные и газовые трубы и т. д. Повреждения подземных коммуникаций приносят убытки на миллионы рублей: приходится их ремонтировать, нарушаются сроки выполнения основных работ и сдачи объектов. При подобных авариях получают ранения и даже гибнут люди. Даже если в распоряжении рабочих имеется план расположения подземных коммуникаций, полностью полагаться на него нельзя, так как неизвестно, все ли вновь прокладываемые коммуникации были в него занесены. Прежде чем начать земляные работы, работники должны точно знать, что в земле нет никаких коммуникаций, не указанных на плане. Следует заметить, что не существует универсального способа локации, позволяющего выявлять любые подземные объекты, – каждый метод имеет определенную сферу применения и ряд ограничений. Поэтому строительные и коммунальные компании широко используют различную аппаратуру для поиска подземных коммуникаций.

Электромагнитные трассоискатели (локаторы)

Это приборы для определения местонахождения и повреждений подземных токопроводящих инженерных коммуникаций (кабели электро- и телефонных линий, металлические и полимерные, армированные металлическим кордом или снабженные сигнальным проводом трубопроводы для жидкостей и газов, коробы и т. п.) в плане и по глубине залегания. Сегодня трассоискатели являются популярным оборудованием для обслуживания и мониторинга состояния подземных коммуникаций, используются для выявления незаконных врезок, мест закупорки труб, обнаружения под землей тросов и прочей арматуры. В зависимости от узкого назначения приборы могут иметь «говорящие названия»: кабелеискатели, течеискатели, люкоискатели, трассодефектоискатели и т. д.

Компоненты трассоискателей

Электромагнитный трассоискатель состоит из легкого переносного гетеродинного приемника, который обеспечивает высокую помехоустойчивость и чувствительность, дает возможность работать в условиях сильных внешних помех, при слабом уровне сигнала, на насыщенных коммуникациями участках. На приемнике имеются кнопки управления и дисплей, на который выводятся результаты поиска трассоискателя. Питание приемника может осуществляться от батарей или электрического кабеля.

Разыскиваемые коммуникации могут находиться под напряжением или быть обесточенными. Для поиска обесточенных коммуникаций применяют компактный генератор (передатчик) – источник электромагнитных импульсов определенной частоты. Генератор может присоединяться к исследуемой трубе или кабелю с помощью клемм, либо импульсы в коммуникацию могут передаваться бесконтактным способом.

Для приема сигналов служат антенны, одна или несколько, различной конструкции и пространственной ориентации, которые также могут иметь возможность поворачиваться.

Если нужно определить положение неметаллической трубы, по которой течет жидкость, и у трубы нет провода-спутника, можно использовать специальные трассоискатели, имеющие в комплекте плавающие датчики-зонды, которые, перемещаясь в трубе вместе с жидкостью, позволяют определить местонахождение трубы. Подобным же образом трассоискатели с видеоголовкой с миниатюрным передатчиком используются для поиска повреждений и засоров в трубах. Для определения мест повреждения кабеля или трубы (и соответственно нахождения мест утечки электрического тока и воды) используют заглубляемые в грунт контактные щупы, входящие в комплект прибора.

Как работают трассоискатели

Электромагнитные трассоискатели определяют положение труб и кабелей по магнитному полю, существующему вокруг исследуемой коммуникации. Изоляция коммуникации и грунты различных типов, окружающие коммуникацию, не изменяют вида поля. Самый сильный сигнал принимается, когда прибор находится непосредственно над коммуникацией.

Пассивный и активный режимы. Если по коммуникации протекает переменный электрический ток, он создает магнитное поле и прибор может найти коммуникацию, работая в пассивном режиме. Однако точность этого метода сравнительно невысока, с его помощью сложно определить глубину залегания коммуникации более 1–2 м и найти ее, если несколько других коммуникаций расположены с ней рядом.

Если по коммуникации не протекает электрический ток, то для того, чтобы трассоискатель мог выявить этот кабель или трубопровод, в нем нужно создать ток с помощью генератора. Такой режим работы прибора называется активным. Этот метод точнее пассивного и позволяет выявить объект на бóльших глубине залегания и расстояниях.

Когда имеется доступ к какому-либо концу или участку разыскиваемой трубы или кабеля, например, через смотровой колодец, генератор подсоединяется к коммуникации с помощью зажима-«крокодила» или индукционного зажима, и в ней индуцируется сигнал. Использование генератора очень удобно при выявлении одной из многих пролегающих рядом коммуникаций. Генератор подключается к коммуникации, индуктивный ток наводится только на этот объект, и он с легкостью отслеживается трассоискателем на расстоянии 1 км и более от места подключения генератора. Изначально такой способ использовался для поиска дефектов электрических и телефонных кабелей. В кабель подается электрический ток, оператор с приемником идет вдоль трассы, определяя ее местоположение. В месте разрыва, короткого замыкания или иного дефекта мощность принимаемого сигнала резко меняется.

Когда к разыскиваемой коммуникации нет доступа, с помощью генератора, способного создавать объемное индуктивное электрическое поле, в коммуникации дистанционно наводят ток определенной частоты (то есть индуктивное магнитное поле), которое улавливает приемник.

Оптимальная частота для эффективной локации зависит от типа грунта, типа трубы или кабеля и многих других факторов. Поэтому трассопоисковые приборы ведущих мировых производителей могут работать на разных частотах, от нескольких герц до 200 кГц. Причем выбор рабочей частоты может быть как автоматическим, так и устанавливаться вручную. Многие модели трассоискателей имеют всего две-три наиболее часто используемые рабочие частоты: 50 Гц для обнаружения силовых кабелей под напряжением и 100 Гц для трассировки стальных труб под катодной защитой. В более продвинутых зарубежных моделях представлен более широкий диапазон рабочих частот – от 10 до 35 кГц. Это значительно увеличивает разрешающую способность и чувствительность прибора в условиях обилия разнообразных коммуникаций и сильного электромагнитного «шума».

Приемник. Принцип действия приемника достаточно прост. Он настраивается на частоту сигнала от коммуникации и по изменению мощности сигнала определяет место нахождения объекта. Дальность действия (расстояние от генератора до приемника) у разных типов трассоискателей составляет от 0,5 м до 20 км с точностью определения местоположения от 10 до 30 см; максимальная глубина, на которой прибор обеспечивает определение трассы, обычно составляет до 10 м. Показания приборов зависят от класса прибора, диаметра трассы, мощности сигнала генератора, вида грунта, наличия помех. В частности, у труб и кабелей большого диаметра велика площадь поверхности контакта с грунтом и за счет этого утечка сигнала на землю. При одной и той же мощности сигнала его ослабление из-за утечки на землю в больших трубах происходит на более коротком расстоянии, чем в коммуникациях малого диаметра. Имеются модификации приборов, предназначенные для поиска протяженных объектов – труб, кабелей, и модификации для обнаружения небольших объектов, например крышек смотровых колодцев или задвижек трубопроводов.

В приборах обеспечиваются цифровая обработка и оптическая индикация принимаемого сигнала. Модели с графическим дисплеем, как правило, показывают цифровые значения параметров электромагнитного поля или в лучшем случае столбчатую диаграмму уровня сигнала. Удобнее воспринимать силу сигнала «на слух» через наушники, по тональности звука приемника. Когда оператор идет по участку, в котором находится коммуникация, приемник генерирует звуковой сигнал, тон сигнала становится все выше по мере приближения прибора к коммуникации и начинает постепенно снижаться по мере удаления от нее. Отмечая на поверхности почвы места, в которых тон сигнала был самым высоким, оператор обозначает трассу подземной коммуникации. Опытный оператор может по звуку прибора уверенно различать разные типы трубопроводов и кабелей. Ряд отечественных моделей трассоискателей имеют лишь функцию акустической индикации. Но удобнее работать с приборами, у которых наряду с аудиосигналом на экране отображаются трассы, а также глубина положения коммуникаций. Особенно удобны такие приборы в случае исследования пересекающихся коммуникаций. Освоение таких приборов не требует особых знаний и навыков.

Одна из особенностей магнитного метода разведки состоит в том, что самые сильные сигналы исходят из конечных точек исследуемого объекта, потому что в них сходятся силовые линии магнитного поля. Поэтому объект, расположенный вертикально (даже небольшой стальной бочонок), часто бывает обнаружить легче, чем горизонтально ориентированную водопроводную трубу в сто метров длиной. Такой же эффект возникает в местах соединительных стыков того же водопровода, состоящего из отдельных секций: на экране прибора магниторазведки появляется картинка из цепочки сигналов максимальной силы, соответствующих местам расположения стыков отдельных секций трубы, по этой картинке можно определить трассу и глубину залегания объекта, соединив между собой отдельные точки.

Прогресс в конструкции трассоискателей. Современные модели трассопоискового оборудования имеют улучшенную защиту от электромагнитных помех, благодаря чему поиск коммуникаций существенно облегчается. Наиболее сложные модели трассоискателей подключаются к портативному компьютеру и позволяют с помощью специального программного обеспечения получать полную информацию о пространственном положении подземных и подводных коммуникаций на обследуемой территории, а также для привязки к абсолютным географическим координатам имеют возможность совместной работы с приемниками GPS/ ГЛОНАСС. Данные могут вноситься в электронные карты и в электронный проект строительного объекта.

В настоящее время распространен электрохимический метод защиты металлических труб от коррозии. Поэтому некоторые трассоискатели имеют функцию CPS – «поиск катодной защиты», что делает нахождение подобных коммуникаций легким и быстрым.

Люкоискатели. Коммунальным службам, и особенно организациям, обслуживающим различные кабели, часто требуется отыскивать люки смотровых колодцев, скрытые под снегом и землей. Для этого применяются электромагнитные металлоискатели специфической конструкции. Прибор имеет датчик – индуктивную катушку, в которой генератор создает высокочастотное электромагнитное поле. При приближении датчика к металлическому люку частота поля меняется, что выражается в изменении тона звукового сигнала в наушниках. Более совершенные приборы кроме наушников снабжаются ЖК-дисплеем, на котором результаты поиска представляются визуально.

Преимущества и недостатки трассоискателей

Простые портативные электромагнитные трассоискатели сравнительно недороги, доступны, их можно взять в аренду, ими сравнительно легко научиться пользоваться – они могут эффективно применяться даже неопытными операторами.

Основной недостаток метода электромагнитной локации заключается в том, что с ее помощью нельзя выполнять трассировку коммуникаций, не проводящих электрический ток: пластмассовых, бетонных и керамических труб.

Эта задача решается путем использования других приборов – георадаров, о которых мы поговорим в следующей статье.