DE1207730B

DE1207730B - Method and arrangement for the detection of washouts in the area of pipelines laid under road surfaces

Info

Publication number: DE1207730B
Application number: DE1964P0034970
Authority: DE
Inventors: Ernst Nolte
Original assignee: PRAKLA GmbH
Current assignee: PRAKLA GmbH
Filing date: 1964-08-28
Publication date: 1965-12-23

Description

Verfahren und Anordnung zur Auffindung von Auswaschungen im Bereich von unter Straßendecken verlegten Rohrleitungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßanordnung zur Auffindung von Auswaschungen im Bereich von unter Straßendecken verlegten Rohrleitungen, wobei die Auswaschungen insbesondere durch Undichtheiten von Kanalisations-, Regen-oder Trinkwasserleitungen hervorgerufen sind.Procedure and arrangement for finding washouts in the area of pipelines laid under road surfaces The invention relates to a method and a measuring arrangement for finding washouts in the area of under road surfaces laid pipelines, the washout being caused by leaks in particular caused by sewer, rain or drinking water pipes.

Die in den Straßen der Städte unter der Straßendecke verlegten Kanalisations- und sonstigen Wasserrohre können im Laufe der Zeit beschädigt und undicht werden, ohne daß dies sofort zu bemerken ist. Oft bilden sich dabei Hohlräume in den umgebenden Erdschichten, bis schließlich die Straßendecke einstürzt und erst auf diese Weise die Schadensstelle erkennbar wird. Es ist wünschenswert, durch eine Messung bereits vor der Entstehung größerer Schäden die Bildung solcher Hohlräume zu erkennen, um rechtzeitig die erforderlichen Ausbesserungen vornehmen zu können. The sewers laid under the pavement in the streets of the cities and other water pipes can become damaged and leaky over time, without this being noticed immediately. Often cavities form in the surrounding area Layers of earth until the road surface collapses and only in this way the point of damage becomes recognizable. It is desirable to do a measurement already to recognize the formation of such cavities before major damage occurs, in order to to be able to make the necessary repairs in good time.

Es sind bereits eine Reihe von Meßverfahren und Einrichtungen bekannt, um insbesondere bei Ölleitungen Undichtigkeiten zu erkennen. Bei diesen Verfahren wird mit der die Leitung durchströmenden Flüssigkeit ein Molch durch die Leitung gefördert, in dem Meß- und Registriergeräte enthalten sind. Der Molch ist dem Rohrquerschnitt angepaßt, so daß er eine Trennung der vor dem Molch befindlichen Flüssigkeit von der nachfolgenden Flüssigkeit bewirkt. A number of measuring methods and devices are already known to detect leaks, especially in oil lines. In these procedures a pig is passed through the line with the liquid flowing through the line promoted, in which measuring and recording devices are included. The pig is the pipe cross-section adapted so that he a separation of the liquid located in front of the pig from the subsequent liquid causes.

Abgesehen davon, daß Kanalisationsleitungen im Gegensatz zu Ölleitungen bereits auf kurzen Wegstrecken unterschiedliche Querschnitte aufweisen, scheidet die Verwendung von Molchgeräten für die obengenannte Aufgabe auch schon deshalb aus, weil in den Kanalisationsleitungen ein freier Wasserspiegel vorhanden ist. Dadurch fehlt es für viele der von einem Molch aus vorzunehmenden Messungen von vornherein an den Voraussetzungen. Apart from that sewer pipes as opposed to oil pipes have different cross-sections even on short journeys the use of pigging devices for the above-mentioned task for this reason alone because there is a free water level in the sewer pipes. As a result, many of the measurements from a pig are missing from in advance of the prerequisites.

Weiter sind auch Lecksuchverfahren bekannt, bei denen in die zu prüfende Leitung eine radioaktive Substanz gebracht wird, die durch Lecks in die Umgebung austritt und noch nach Durchspülung der Leitung meßtechnisch feststellbar ist. Diese Verfahren sind wegen des beabsichtigten Austritts gesundheitsschädlicher radioaktiver Substanzen in Städten nicht anwendbar. Leak detection methods are also known in which the to be tested Line a radioactive substance is brought into the environment through leaks emerges and can still be determined by measurement after the line has been flushed through. These Procedures are more harmful to health because of the intended leakage Substances not applicable in cities.

Zur Ortung eines Molches ist es ferner bekannt, an der Erdoberfläche eine Quelle starker radioaktiver Strahlung aufzustellen und die Strahlung durch einen Strahlungsempfänger im Molch aufzunehmen und zugleich mit der laufenden Registrierung der Meßwerte aufzuzeichnen. Der Einfluß des durchquerten Erdreiches auf die Strahlung wird bei diesem bekannten Verfahren nicht ausgewertet. It is also known to locate a pig on the surface of the earth To set up a source of strong radioactive radiation and to pass the radiation through to include a radiation receiver in the pig and at the same time with the ongoing registration to record the measured values. The influence of the traversed Soil on the radiation is not evaluated in this known method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Auswaschungen gebildete Hohlräume in der Umgebung unterirdischer Flüssigkeitsleitungen rechtzeitig festzustellen. Diese Aufgabe löst das Verfahren nach der Erfindung, indem nach Anordnung von Schallsendern und Schallempfängern auf der Straßendecke bzw. in die Rohrleitung fortlaufend zwischen je einem Punkt der Rohrleitung und mehreren Punkten auf der Straßendecke oder umgekehrt Messungen der Schallaufzeit vorgenommen werden und aus den Abweichungen der so ermittelten einzelnen Schalllaufzeiten gegenüber der aus der Geometrie der Anordnung und den Bodenverhältnissen bestimmbaren normalen Verteilung der einzelnen Schallaufzeiten Lage und Ausdehnung der Hohlräume bestimmt werden. Die Anordnung kann sowohl so getroffen werden, daß durch den zu untersuchenden Rohrabschnitt ein Schallsender unter taktweiser Impulsaussendung bewegt wird, während auf der Straßendecke eine Reihe von Schallempfängern aufgestellt ist, als auch in der umgekehrten Form mit auf der Straßendecke bewegtem Schallsender und im Rohrabschnitt z. B. in einem Meßkabel angeordneten Schallempfängern. Da der ausgesandte Schallimpuls gleichzeitig über mehrere nebeneinander angeordnete Mikrophone nach dem Lauf durch das auf Hohlräume zu untersuchende Erdreich aufgenommen und aufgezeichnet wird, gibt sich ein im Schallwellenweg vorhandener Hohlraum durch eine Zunahme der Schallaufzeit zwischen benachbarten Mikrophonen bei gleichzeitiger Abnahme der empfangenen Amplitude zu erkennen. Insbesondere sind mit kleineren Hohlräumen durchsetzte Lockerschichten durch eine starke Abnahme der Amplituden entsprechend der Länge der in der Lockerschicht verlaufenden Schallstrahlen nach Lage und Ausdehnung feststellbar. The invention is based on the object formed by washouts Determine voids in the vicinity of underground liquid lines in good time. This object is achieved by the method according to the invention by arranging sound transmitters and sound receivers on the road surface or in the pipeline continuously between One point each on the pipeline and several points on the road surface or vice versa Measurements of the sound propagation time are made and from the deviations of the so determined individual sound propagation times compared to the geometry of the arrangement and the Normal distribution of the individual sound propagation times determined by ground conditions The position and extent of the cavities can be determined. The arrangement can be so be taken that a sound transmitter through the pipe section to be examined is moved with cyclical pulse transmission, while on the road surface a Row of sound receivers is placed, as well as in the reverse form with on the road surface moving sound transmitter and in the pipe section z. B. in a measuring cable arranged sound receivers. Since the emitted sound pulse simultaneously over several microphones arranged next to each other after running through the cavities The soil to be examined is recorded and recorded, is entered in the sound wave path existing cavity due to an increase in the sound propagation time between neighboring Detect microphones with a simultaneous decrease in the received amplitude. In particular are with smaller ones Loose layers interspersed with voids a sharp decrease in the amplitudes corresponding to the length of the in the loose layer running sound beams can be determined according to position and extent.

Zweckmäßig wird als Schallsender für den Fall des im Rohrabschnitt bewegten Schallsenders eine gekapselte Funkenstrecke oder für den Fall des auf die Straßendecke aufgesetzten Schallsenders eine mit einer Propan-Sauerstoff-Mischung intermittierend nachgefüllte Membrankammer mit auf die Straßendecke aufgesetzter Membran benutzt, wobei die Zündung jeweils über ein mit dem Sender verbundenes Kabel erfolgt. Der Zündimpuls kann gleichzeitig die Aufzeichnung der empfangenen Schallwellen einleiten oder gemeinsam mit den empfangenen Schallwellen aufgezeichnet werden. Aus der Differenz der Laufzeiten zwischen. den direkt dem Schallsender benachbarten Mikrophonen und den entfernteren Mikrophonen kann gleichzeitig die Tiefenlage des zu untersuchenden Rohres als auch die Schallgeschwindigkeit in der durchlaufenen Erdschicht bestimmt werden, so daß aus der Messung weitere Aussagen gewonnen werden können. It is useful as a sound transmitter in the case of the pipe section moving sound transmitter an encapsulated spark gap or in the event of the A sound transmitter with a propane-oxygen mixture placed on the road surface intermittently refilled membrane chamber with attached to the road surface Membrane used, with the ignition in each case via a cable connected to the transmitter he follows. The ignition pulse can simultaneously record the received sound waves initiate or be recorded together with the received sound waves. From the difference in transit times between. those directly adjacent to the sound transmitter Microphones and the more distant microphones can simultaneously control the depth of the tube to be examined as well as the speed of sound in the traversed Earth layer can be determined so that further information can be obtained from the measurement can.

Nachfolgend sind an Hand der Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele und die damit erzielten Meßergebnisse erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Straße mit in einem Kanalisationsrohr angeordnetem Meßkabel sowie der schematischen Darstellung der Meßanordnung, F i g. 2 eine Anordnung entsprechend F i g. 1 mit einem im Kanalisationsrohr angeordneten Schallsender, F i g. 3 eine Schallaufzeichnung bei normaler Beschaffenheit der zwischen der Straßendecke und dem untersuchten Rohr befindlichen Erdschicht und F i g. 4 eine Schallaufzeichnung gemäß F i g. 3 bei einem in der Erdschicht vorhandenen Hohlraum. Several exemplary embodiments are shown below with reference to the drawings and explains the measurement results obtained with it. It shows F i g. 1 a vertical Section through a street with a measuring cable arranged in a sewer pipe as well the schematic representation of the measuring arrangement, F i g. 2 shows an arrangement accordingly F i g. 1 with a sound transmitter arranged in the sewer pipe, FIG. 3 a Sound recording in normal conditions between the road surface and the layer of soil located in the examined pipe and FIG. 4 a sound recording according to FIG. 3 in the case of a cavity in the soil layer.

Gemäß Fig. 1 liegt die Straßendecke 1 auf einer Schotterpacklage 2, welche in den lehmigen natürlich gewachsenen Erdboden 3 übergeht. Die aus mehreren Schichten bestehende Straßendecke 1 ist etwa 20 cm dick, während die Packlage etwa 50 cm mächtig ist. In einigen Metern Tiefe verläuft ein Kanalisationsrohr 4, welches aus ineinandergesteckten gesinterten Tonrohren besteht. Eines der Tonrohre weist eine Bruchstelle 5 auf, durch die das Erdreich der Höhlung 5' im Laufe der Zeit in die Kanalisation nachgerutscht ist bzw. ausgespült wurde. According to FIG. 1, the road surface 1 lies on a gravel packing layer 2, which merges into the loamy naturally grown soil 3. The one from several Layers of existing road surface 1 is about 20 cm thick, while the packing layer is about 50 cm thick. At a depth of a few meters there is a sewer pipe 4, which consists of nested sintered clay pipes. One of the clay pipes shows a fracture point 5 through which the soil of the cavity 5 'over time has slipped into the sewage system or was flushed out.

In dem Kanalisationsrohr 4 befindet sich ein Meßkabel 6, in dem eine Reihe von Körperschallempfängern 7, 7', 7" usw. angeordnet ist, wobei jeder der Körperschallempfänger an ein besonderes Aderpaar angeschlossen ist. Das Meßkabel 6 schwimmt in dem in den Rohren fließenden Wasser 8 und ist durch einen benachbarten Inspektionsschacht 11 zur Straßenoberfläche geführt und mit den Eingängen von Meßverstärkern 12 verbunden. In the sewer pipe 4 is a measuring cable 6 in which a Row of structure-borne sound receivers 7, 7 ', 7 ", etc. is arranged, each of the Structure-borne noise receiver is connected to a special wire pair. The measuring cable 6 floats in the water 8 flowing in the pipes and is through an adjacent one Inspection shaft 11 led to the road surface and with the inputs of measuring amplifiers 12 connected.

Die Ausgänge der Meßverstärker 12 sind mit einem Registriergerät 13 verbunden, welches die empfangenen Schallwellen der einzelnen Schallempfänger 7, 7'... nebeneinander abhängig von der Zeit aufzeichnet. Ein Schallsender 9 steht auf der Straßendecke 1 und ist ebenso wie das Registriergerät 13 mit einer zentralen Steuereinheit 14 verbunden. The outputs of the measuring amplifier 12 are connected to a recording device 13 connected, which the received sound waves of the individual sound receiver 7, 7 '... record side by side depending on the time. A sound transmitter 9 is standing on the road surface 1 and is just like the recording device 13 with a central Control unit 14 connected.

Der von dem Schallsender 9 ausgesandte Schallimpuls läuft längs der Strahlen 10, 10', 10" usw. zu den Schallempfängern 7, 7'... und wird von diesen in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und auf einem Registrierstreifen festgehalten. Infolge der gleichmäßigen Verteilung der Schallwandler ergibt sich auf dem Registrierstreifen ein durch einen stetig gebogenen Linienzug (Hyperbel) verbindbarer Ort des ersten Eintreffens der empfangenen Schallimpulse, sofern das von den Schallstrahlen 10, in'... durchlaufene Erdreich homogen ist. Bei Störungen der Homogenität, etwa durch einen ausgewaschenen Hohlraum 5', finden die einzelnen Schallstrahlen unterschiedliche Bedingungen auf ihren Wegen vor, so daß sich hinsichtlich der Laufzeit und Amplitude Störungen gegenüber einer geometrisch ungestörten Ausbreitung ergeben, welche auf dem Registrierstreifen erkannt und ausgewertet werden können. The sound pulse emitted by the sound transmitter 9 runs along the Beams 10, 10 ', 10 ", etc. to the sound receivers 7, 7 '... and is used by these in corresponding electrical signals are converted and recorded on a recording strip. As a result of the even distribution of the transducers results on the recording strip a place of the first that can be connected by a continuously curved line (hyperbola) Arrival of the received sound impulses, provided that this is caused by the sound beams 10, in '... the soil that is traversed is homogeneous. In case of disturbances of the homogeneity, for example by a washed-out cavity 5 ', the individual sound beams find different ones Conditions on their way before, so that in terms of the transit time and amplitude Disturbances compared to a geometrically undisturbed propagation result, which on the registration strip can be recognized and evaluated.

Nach einer Messung wird der Schallsender 9 in die Position 9' verschoben und eine gleichartige weitere Messung durchgeführt. Als Schallsender 9 kann z. B. eine durch eine Membran angeschlossene Gaskammer benutzt werden, in der ein Propan-Sauerstoff-Gemisch mittels eines Zündfunkens zur Explosion gebracht wird. Die Gaskammer 9 wird hydraulisch von einem Fahrzeug aus auf die Straßenoberfläche gedrückt, so daß in die Straßendecke die benötigte Schallenergie eingeleitet wird.After a measurement, the sound transmitter 9 is moved into position 9 ' and carried out a similar further measurement. As a sound transmitter 9 z. B. a gas chamber connected by a membrane can be used in which a propane-oxygen mixture is caused to explode by means of an ignition spark. The gas chamber 9 becomes hydraulic pressed by a vehicle on the road surface, so that in the road surface the required sound energy is introduced.

Nach Fig. 2 kann die Anordnung auch insofern umgekehrt sein, daß der Schallsender 19 an einem zugfesten Kabel 18 befestigt ist und unter Aussendung einzelner Schallimpulse durch die Rohre 4 gezogen wird, während auf der Straßendecke eine Reihe von Geophonen 16, 16'... aufgestellt und mit den Verstärkereingängen verbunden ist. Wie aus der Darstellung ersichtlich, erhält man mit diesem Verfahren eine stärkere Beeinflussung der ausgesandten Schallstrahlen durch in der Nähe der Rohre 4 vorhandene Hohlräume, da die Schallstrahlen in diesem vorzugsweise auf Auswaschungen zu untersuchenden Raum noch eng gebündelt verlaufen. Der Eiñfluß einer Auswaschung 5' ist besonders beim Vergleich der Aufzeichnungen von aufeinanderfolgend bei verschiedenen Lagen des Senders 19 ausgesandten Schallimpulsen erkenntlich und auswertbar. Als Schallsender kann für diese Auslegung eine gekapselte Funkenstrecke benutzt werden, der die Spannung über das gleichzeitig zum Ziehen dienende Kabel 18 von der Steuereinheit 14 aus zugeführt wird, so daß auch in diesem Fall der Augenblick der Zündung und damit der Schallimpulsaussendung auf dem Registrierstreifen aufgezeichnet werden kann. According to Fig. 2, the arrangement can also be reversed in that the sound transmitter 19 is attached to a tensile cable 18 and under emission individual sound pulses is drawn through the pipes 4 while on the road surface a number of geophones 16, 16 '... set up and with the amplifier inputs connected is. As can be seen from the illustration, one obtains with this method a stronger influence on the emitted sound beams by being in the vicinity of the Tubes 4 existing cavities, since the sound beams in this preferably wash out The space to be examined is still tightly bundled. The influence of a washout 5 'is particularly useful when comparing the records from consecutive to different Location of the transmitter 19 emitted sound pulses recognizable and evaluable. as An encapsulated spark gap can be used for this design, the voltage via the cable 18, which is also used for pulling, from the control unit 14 is supplied from, so that also in this case the moment of ignition and so that the sound pulse emission can be recorded on the recording strip can.

Die gekapselte flüssigkeitsgefüllte Funkenstrecke enthält Katalysatoren, die die durch den Funken gebildeten gasförmigen Zersetzungsprodukte wieder in Flüssigkeit zurückverwandeln oder andere Stoffe, die die Zersetzungsprodukte aufzehren.The encapsulated liquid-filled spark gap contains catalysts, the gaseous decomposition products formed by the spark return to liquid convert back or other substances that consume the decomposition products.

Auf dem Abschnitt eines Registrierstreifens 20 sind gemäß F i g. 3 die von den einzelnen Schallempfängern empfangenen Wellenzüge a, b, c, d, e, f zeitlich kohärent nebeneinander aufgezeichnet, wobei die Reihenfolge mit der räumlichen Anordnung der einzelnen Schallempfänger übereinstimmt. Der Moment der Schallaussendung ist als nadelförmiger Impuls 23 in die Aufzeichnung eingeblendet. Entsprechend der geometrischen Anordnung trifft der Schallimpuls zu verschiedenen Zeiten an den einzelnen Schallempfängern ein. Diese ersten Einsätze der Schallaufzeichnung liegen bei homogener Ausbildung les durchschallten Erdreiches auf einer Hyperbel 22. On the section of a registration strip 20 are shown in FIG. 3 the wave trains a, b, c, d, e, f received by the individual sound receivers chronologically coherent recorded next to each other, the order with the spatial Arrangement of the individual sound receiver matches. The moment of sound emission is shown as a needle-shaped pulse 23 in the recording. According to the geometric arrangement, the sound impulse hits the individual at different times Sound receivers. These first uses of sound recording are more homogeneous education les echoed earth on a hyperbola 22.

Liegt im Ausbreitungsweg einzelner Strahlen eine itörung, wie z. B. der Hohlraum 5', so tritt infolge ies Umweges um den Hohlraum herum eine Ver-Längerung der betreffenden Schallwege ein, so daß ler erste Einsatz später als zu erwarten aufgezeichnet wird. Dies ist z. B. bei den Spuren c' und d' der Fig. 4 der Fall, so daß eine Abweichung von der Hyperbel 22' sichtbar ist. Da gleichzeitig die Amplitude des ersten Einsatzes der Spuren c' und d' geringer ist, liegt die Vermutung auf einen im Meßbereich liegenden Hohlraum vor, dessen Ausdehnung längs der Rohrleitung 4 mindestens gleich dem Abstand zweier Schallempfänger angenommen werden kann.If there is an interference in the path of propagation of individual rays, such as B. the cavity 5 ', as a result of this detour around the cavity there is an elongation the relevant sound path, so that the first use later than expected is recorded. This is e.g. B. the case with tracks c 'and d' of Fig. 4, so that a deviation from the hyperbola 22 'is visible. Because at the same time the amplitude of the first use of tracks c 'and d' is less, the assumption is made a cavity lying in the measuring area, the extent of which is along the pipeline 4 can be assumed to be at least equal to the distance between two sound receivers.

Claims

Claims: 1. Method for finding washouts under Road surfaces, which are caused by leaks in pipelines laid under the road surface are caused, d a d u r c h g e - indicates that after the arrangement of sound transmitters and sound receivers on the road surface or in the pipeline continuously between One point each on the pipeline and several points on the road surface or vice versa Measurements of the sound propagation time and / or the sound amplitudes are made and from the deviations of the individual sound transit times and / or sound amplitudes determined in this way compared to that which can be determined from the geometry of the arrangement and the soil conditions normal distribution of the individual sound propagation times, position and extent of the cavities to be determined.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1, in particular to determine any leaching in the vicinity of the pipeline, thereby characterized in that in the pipe section (4) to be examined one with a tensile strength Cable (18) liquid-tight, cyclically operated sound transmitter (19) is introduced, while on the road surface (1) a number of sound receivers (16, 16 '...) is set up, the outputs of each on a recording track one Registration device (13) are performed (F i g. 2).

3. Arrangement for performing the method according to claim 1 and 2, in particular for the determination of cavities in the vicinity of the road surface, characterized in that a measuring cable is inserted into the pipe section (4) to be examined (6) is introduced, which is arranged at certain intervals structure-borne sound receiver (7, 7 ', 7 "...), each via a pair of wires of the measuring cable on a recording track a registration device (13) are performed while on the road surface (1) cyclically operated sound transmitter (9) is set up (Fig. 1).

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that as a liquid-tight Sound transmitter an encapsulated liquid-filled spark gap is used, which is a the decomposition products formed by the spark consumable or catalytic contains reuniting agent.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that as a sound transmitter one pressed in a known manner under load on the road surface and The explosive chamber closed by a membrane is used in which a mixture of gaseous hydrocarbons or hydrogen and oxygen by an ignition spark can be made to explode.

Documents considered: British Patent No. 943 921; U.S. Patent Nos. 2,884,624, 2,940,302, 2951362,3064127; magazine »Power« from January 1957, p.112, fig. 2.