作者：王龍   任衛(wèi)衛(wèi)      單位：西安管暢環(huán)?？萍加邢薰続bstract: the urban underground pipeline, a wide range of embedded environment is complex, and some years of line drawings, unable to determine its exact location, and the gas pipeline commissioning after maintenance, reconstruction and so on situation and need to find pipeline position accurately and in time, it became gas companies have a headache problem.PE pipe itself in all kinds of pipeline with light weight, low cost, easy to bury and maintenance etc, and widely used in pipeline engineering.But because the PE pipe conductivity, permeability, basic insulation, so the conventional detection method can not accurately positioning.This article mainly expounds the, at present the usage of PE pipeline detection, detection methods, mainly introduced GPPL gas PE pipe locator in the application of PE pipeline detection methods and actual application case, analyzed the application characteristics of various methods, and the feasibility of various detection methods in each case.

Keywords: PE pipeline locat   Sound waves to detect    Ground penetrating radar  Tracer method  Gas pipeline positioning  GPPL

1、概述

城市地下管線是城市賴(lài)以生存的生命線，面對(duì)越來(lái)越苛刻的探測(cè)環(huán)境以及蜂擁而至的探測(cè)難題，加強(qiáng)對(duì)城市管線探測(cè)技術(shù)的研究是大有必要的。在各類(lèi)材質(zhì)的管線中，PE管線因其抗污染性強(qiáng)、重量輕、造價(jià)低、不易腐蝕、易于埋設(shè)和維修的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的取代了金屬管線的作用。此外，我國(guó)約一半的城市沒(méi)有完整的管網(wǎng)資料。為避免建筑占?jí)?，施工開(kāi)挖造成人為破壞，杜絕安全事故的惡劣影響，解決后期運(yùn)行管理和維護(hù)的問(wèn)題，我們需要準(zhǔn)確的標(biāo)定出地下非金屬管線的位置和埋深。

由于燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道具有不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁，基本絕緣的特性，傳統(tǒng)的管線探測(cè)方法在探測(cè)時(shí)都存在精度不高、效率低下，拐點(diǎn)、三通等特征點(diǎn)定位困難的問(wèn)題。因此，如何解決以上傳統(tǒng)探測(cè)方式所面對(duì)的問(wèn)題，讓燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線探測(cè)技術(shù)跨越一個(gè)新的時(shí)代，成為行業(yè)主要研究的課題。本文旨在通過(guò)探討各種管線探測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，尋找城市燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道探測(cè)可行性方案。

2 地下非金屬管線的探測(cè)方法

2.1示蹤線標(biāo)識(shí)探測(cè)法

由于PE管線不導(dǎo)磁、不導(dǎo)電，基本絕緣的特性，為了方便日后維護(hù)、管理、搶險(xiǎn)、搶修，通常在PE管道鋪設(shè)時(shí)會(huì)在PE管上方敷設(shè)一條導(dǎo)電線(稱(chēng)為示蹤線)，并在閥門(mén)等明顯處設(shè)出露點(diǎn)。在探測(cè)時(shí)，我們給示蹤線加上一定強(qiáng)度的電流，通過(guò)探測(cè)示蹤線電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)確定示蹤線的空間位置，從而確定埋地PE管道的位置、埋深。這就是示蹤線探測(cè)法。

示蹤法雖然能夠準(zhǔn)確探測(cè)出被標(biāo)識(shí)管線的位置，但是很多老舊PE管線在鋪設(shè)時(shí)并未同步埋設(shè)示蹤線，且在非開(kāi)挖頂管施工中，經(jīng)常發(fā)生綁在PE管上的示蹤線在隨管拖動(dòng)中被拉斷。此時(shí)，我們就需要其他的探測(cè)方法來(lái)配合定位。

2.2電子標(biāo)志系統(tǒng)探測(cè)法

電子標(biāo)志系統(tǒng)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已有40多年的使用歷史，自20世紀(jì)末以來(lái)，在我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)也開(kāi)始逐步得到應(yīng)用。它不僅可以指示出其埋設(shè)的位置，還可以將內(nèi)部?jī)?chǔ)存的信息，比如管道直徑、埋設(shè)時(shí)間、三通、彎頭、閥門(mén)、周邊建筑物情況等相關(guān)信息發(fā)送給電子探測(cè)儀，有效彌補(bǔ)其他示蹤方式的不足。但是如果前期沒(méi)有埋設(shè)電子標(biāo)志，只能通過(guò)其他探測(cè)方式獲取管線信息后，重新埋設(shè)以便后期巡查使用。

2.3地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法

地質(zhì)雷達(dá)在非金屬管線探測(cè)中也能發(fā)揮很好的作用。它是利用目標(biāo)管線與周邊介質(zhì)的介電常數(shù)、電磁波傳播速度的差異進(jìn)行管位區(qū)分探測(cè)的。由于金屬的相對(duì)介電常數(shù)非常強(qiáng)，電磁波穿透不了金屬就會(huì)形成全反射。而土壤的介電常數(shù)與塑料粒、PE顆粒、PPR顆粒介質(zhì)不同，它們之間就會(huì) 發(fā)生電磁波反射。根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、振幅和雙程用時(shí)等參數(shù)可較好地確定出非金屬管線位置、埋深。

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)能較好地應(yīng)用于PE管道定位探測(cè)，但其對(duì)直徑較小的管道和位于鹽堿地、頁(yè)巖層、粘土下的管道探測(cè)均存在局限性。同時(shí)，地下管線種類(lèi)繁多，有時(shí)一條路上會(huì)并排或上下同時(shí)鋪設(shè)多根管道，如電信、燃?xì)?、電力、給水、排水等，如何區(qū)分這些管線成為地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)。

地質(zhì)雷達(dá)在地面探測(cè)后顯示的圖形為波形圖，可以很好的對(duì)金屬管與非金屬管作出區(qū)分，但是同種材質(zhì)的管線就難以區(qū)分。要確定目標(biāo)管線，操作人員必須擁有非常豐富的波形圖讀取、分析能力及現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)，配合管線設(shè)計(jì)資料輔助判斷。

地質(zhì)雷達(dá)在管線探測(cè)中，只能作剖面探測(cè)，不能對(duì)管道進(jìn)行追蹤。針對(duì)不同的深度，必須更換不同的頻率天線，這無(wú)疑增加了人員勞動(dòng)量與設(shè)備使用成本。

2.4敲擊式聲波探測(cè)法

敲擊式聲波震動(dòng)探測(cè)法，即在管道外壁上施加一個(gè)敲擊信號(hào)，可選不同功率、頻率來(lái)敲擊震動(dòng)管道，震動(dòng)信號(hào)沿著管壁向前傳輸。在遠(yuǎn)端用聲波探測(cè)器探測(cè)地面上聲波強(qiáng)度，聲波最強(qiáng)處就是管道所在位置。此方法傳輸距離較短，能量在管道傳播過(guò)程中損失較大，適合近距離探測(cè)。

3 燃?xì)?span lang="EN-US"> PE 管線定位儀 GPPL

3.1 探測(cè)原理

燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線定位儀GPPL是基于聲學(xué)探測(cè)原理的一款非金屬管線定位儀。

GPPL通過(guò)發(fā)射裝置向管道內(nèi)發(fā)射一組特定頻率的聲波信號(hào)，聲波帶動(dòng)管道內(nèi)的氣體粒子振動(dòng)，振動(dòng)的粒子帶動(dòng)下一個(gè)氣體粒子振動(dòng)。聲波信號(hào)沿PE管道內(nèi)天然氣傳播的同時(shí)，透過(guò)管壁、土壤等介質(zhì)到達(dá)地表。此時(shí)通過(guò)接收機(jī)在地面上匹配對(duì)應(yīng)的發(fā)射頻率接收該聲波信號(hào)。接收到信號(hào)強(qiáng)度最大點(diǎn)即為地下管線的位置正上方。連點(diǎn)成線，此線即為燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線位置、走向。

夯實(shí)的土地比松軟的土地具有更好的傳播效果。一般情況下，儀器定位的有效距離為接入點(diǎn)至兩端各300米，有效測(cè)深3米內(nèi)。

3.2 應(yīng)用方法

3.2.1 管線位置探測(cè)

GPPL在探測(cè)時(shí)與閥井放散閥、調(diào)壓柜排污口、調(diào)壓箱法蘭盤(pán)、入戶(hù)登高管上的閥門(mén)等管道外露處連接。在接收音頻信號(hào)定位管線位置時(shí)，首先根據(jù)管線外露部分來(lái)判斷管線大致走向。由已知到未知，沿管線剖面找出信號(hào)強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為管線位置點(diǎn)，然后依次找出下一個(gè)位置點(diǎn)，并做出標(biāo)記。

在無(wú)法確定管線的大致走向時(shí)，我們應(yīng)該以接入點(diǎn)為圓心，以3-5米為半徑，沿著圓周線盲探，找出信號(hào)強(qiáng)度值最大的點(diǎn)標(biāo)記為管線第一個(gè)位置點(diǎn)，將接入點(diǎn)與第一個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)，就可以判斷出管線大致走向；在沿著管線探測(cè)時(shí)，如果走向出現(xiàn)輕微彎曲，在彎曲線附近應(yīng)當(dāng)減小探測(cè)間距細(xì)致探測(cè)。

由于不同的土壤環(huán)境與管線埋設(shè)不一的深度，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有所不同。在確定管線走向的情況下， 選擇相對(duì)最大的點(diǎn)作為管線位置點(diǎn)。為了確保管線位置點(diǎn)的準(zhǔn)確性，通常選取至少3個(gè)點(diǎn)來(lái)判斷強(qiáng)弱。

3.2.2 彎頭的確定方法

在探測(cè)過(guò)程中，如果遇到彎頭，繼續(xù)沿初始方向向前探測(cè)，聲波信號(hào)會(huì)突然減弱直至消失。此時(shí)我們應(yīng)當(dāng)回到初始方向最后一個(gè)強(qiáng)點(diǎn)，以此點(diǎn)為圓心，3米為半徑沿圓周線盲探。在測(cè)出下一個(gè)相對(duì)信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)后，將此點(diǎn)與圓心點(diǎn)連成一條直線作為假設(shè)管道大致走向。如果能在假設(shè)走向上繼續(xù)測(cè)出更多相對(duì)最大點(diǎn)，則第一個(gè)圓心點(diǎn)可判定為管線的拐點(diǎn)。此外，如果在最初強(qiáng)點(diǎn)沿圓周盲探時(shí)，沒(méi)有遇到信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)，可以判定此點(diǎn)為管線終點(diǎn)。

3.2.3 燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道三通點(diǎn)的確定方法

在燃?xì)?span lang="EN-US"> PE 管道的敷設(shè)中，常有支線分出，在進(jìn)行管道探測(cè)時(shí)，就需要確定出 PE 管道支線與主線連接的位置，即三通點(diǎn)的位置。聲波信號(hào)在傳輸過(guò)程中遇到管道分支，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有所分散，且根據(jù)分支管道的口徑不同能量分散的程度不同；如果分支過(guò)多會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度會(huì)驟減，造成傳輸距離縮短，增加了定位難度。

探測(cè)三通點(diǎn)時(shí)，也可采用間接的幾何交匯法；當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)疑似三通位置時(shí)（通常在遇到三通時(shí)，沿走向信號(hào)有所減弱），在與主管線垂直平行于主管線進(jìn)行探測(cè)，找出信號(hào)最強(qiáng)的一個(gè)點(diǎn)后，在其延伸方向再找出第二個(gè)信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)，兩點(diǎn)連成一條直線，用交匯法就可以定出三通點(diǎn)的位置。

3.2.4 探測(cè)過(guò)程中注意事項(xiàng)

在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)過(guò)程中，由于PE管線抗壓性較差，敷設(shè)過(guò)路管線時(shí)還要在管線的外部加一層鋼制套管，在遇到過(guò)路套管時(shí)，音頻信號(hào)會(huì)突然消失，此時(shí)可沿管線走向，在路面另一側(cè)繼續(xù)尋找信號(hào)位置點(diǎn)。兩個(gè)位置點(diǎn)相連，即為管線走向。此外，出現(xiàn)信號(hào)丟失的現(xiàn)象時(shí)，也有可能是此處的土壤太過(guò)疏松，地下填埋建筑垃圾夯土不實(shí)，導(dǎo)致信號(hào)衰減厲害?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，可沿管線走向向前幾米處繼續(xù)尋找信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。

地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境多變，聲波信號(hào)在不同的傳播環(huán)境下，會(huì)有不同程度的衰減； 有時(shí)在復(fù)雜的外界噪聲影響下，定位也會(huì)變成一個(gè)難題；因此在探測(cè)過(guò)程中要盡量詳細(xì)的收集排管時(shí)的管線資料，結(jié)合實(shí)際情況確定管道的走向和配件位置，這樣能夠大大減少工作量，提高工作效率。

在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)中確實(shí)無(wú)法探測(cè)到信號(hào)的情況下，可以在上一個(gè)位置點(diǎn)來(lái)調(diào)整發(fā)射機(jī)波形、功率、頻率等參數(shù)來(lái)變換聲學(xué)信號(hào)組合，直至找出一個(gè)最清晰的聲音。

注意：信號(hào)的頻率越高，衰減越快；功率越高，信號(hào)越強(qiáng)；

在某些情況下，譬如管線埋設(shè)較淺時(shí)，發(fā)射功率過(guò)大會(huì)造成周?chē)访嫘盘?hào)逸散而無(wú)法判斷最大點(diǎn)，此時(shí)可適當(dāng)?shù)亟档桶l(fā)射功率來(lái)獲得一個(gè)比較好的探測(cè)結(jié)果。

4、GPPL 實(shí)戰(zhàn)案例

4.1、湖南現(xiàn)場(chǎng)

2017年5月12日，我司技術(shù)人員對(duì)湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)德政園小區(qū)內(nèi)燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線進(jìn)行了精準(zhǔn)定位。在閥井內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭將GPPL發(fā)射系統(tǒng)接入德政園小區(qū)中壓閥放散閥上，手持接收機(jī)沿路面探測(cè)，采集到的地下燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道發(fā)出的聲波信號(hào)數(shù)據(jù)。

此次探測(cè)，準(zhǔn)確位出燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道375米。校正了5個(gè)天然氣地面標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證，本次探測(cè)管線位置準(zhǔn)確度誤差在20cm以?xún)?nèi)。

4.2、寧夏現(xiàn)場(chǎng)

2017年6月7日， 我司技術(shù)人員與燃?xì)夤救藛T一行，對(duì)寧夏鼓樓西街和宜居北街十字PE管線進(jìn)行施工定位；此次探測(cè)，成功定位出閥井單側(cè)地下PE管線400余米，測(cè)出彎頭2個(gè)，校正偏差警示樁2個(gè)。

4.3、廣東現(xiàn)場(chǎng)

2017年8月16日，燃?xì)夤居脩?hù)在用盡所有辦法無(wú)果的情況聯(lián)系我公司，我司技術(shù)人員使用GPPL入場(chǎng)探測(cè)，共計(jì)探得有效管道長(zhǎng)度400余米，測(cè)到復(fù)雜地段彎頭兩處，三通一處。后經(jīng)施工方開(kāi)挖驗(yàn)證，定位全部準(zhǔn)確無(wú)誤。

5、燃?xì)?span lang="EN-US"> PE 管道定位儀 GPPL 優(yōu)勢(shì)

GPPL燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線定位儀在地埋PE管定位方面擁有巨大優(yōu)勢(shì)，在探測(cè)過(guò)程中不受其他燃?xì)?、電力?電信、供水排水管線干擾；它可在瀝青路面、瓷磚路面、泥土路面、碎石路面、混凝土路面等復(fù)雜地面狀況下使用，不受到電場(chǎng)或架空電力系統(tǒng)的干擾，能排除樹(shù)根、巖石和其他地下隱藏物質(zhì)對(duì)探測(cè)造成的影響，能夠區(qū)分多種管線并列排置的情況。

根據(jù)實(shí)測(cè)案例分析，GPPL燃?xì)?span lang="EN-US">PE管道定位儀對(duì)地下PE管線有很好的探測(cè)效果，定位精度介于±30cm，是目前世界上針對(duì)PE管道定位非常有效的方式。 在實(shí)際應(yīng)用中定位效果因土壤環(huán)境不同，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有所不同；一般情況下，儀器的定位的有效距離為接入點(diǎn)至兩側(cè)各300米，測(cè)深3米內(nèi)。

GPPL專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)用于燃?xì)?span lang="EN-US">PE管線的定位。使用時(shí)設(shè)備需要與燃?xì)夤艿肋B接，此種連接方式能有效保證信號(hào)在管道中定向傳輸，極大的提高了定位的準(zhǔn)確度；GPPL對(duì)埋深3米內(nèi)管道效果較好；GPPL對(duì)管道深度的探測(cè)仍存在一定局限性，需要結(jié)合探地雷達(dá)探測(cè)符合，共同確定管道埋深。

6、總結(jié)

在各種PE管線探測(cè)方法中，示蹤法雖然準(zhǔn)確，但局限條件是必須擁有完整無(wú)損的示蹤線；地質(zhì)雷達(dá)用途廣泛，既能探測(cè)管線深度，又能探測(cè)管線位置，但是在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，存在多解性；GPPL利用聲學(xué)探測(cè)優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)區(qū)分多管并排的情況，對(duì)PE管道特征點(diǎn)也能夠準(zhǔn)確定位。探測(cè)速度較快，精度介于±30cm內(nèi)。在探測(cè)過(guò)程中單向定位有效距離可達(dá)300余米，雙向600余米（施工條件好的情況下，單向探測(cè)距離可達(dá)1000 米以上），其工作效率遠(yuǎn)高于其他方法。

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