燃气PE管道探测工程

2018-03-07

城市燃气 PE 管道定位工程方案

1、概述

城市地下管线是城市赖以生存的生命线,面对越来越苛刻的探测环境以及蜂拥而至的探测难题,加强对城市管线探测技术的研究是大有必要的。在各类材质的管线中,PE管线因其抗污染性强、重量轻、造价低、不易腐蚀、易于埋设和维修的优点,已经越来越多的取代了金属管线的作用。此外,我国约一半的城市没有完整的管网资料。为避免建筑占压,施工开挖造成人为破坏,杜绝安全事故的恶劣影响,解决后期运行管理和维护的问题,我们需要准确的标定出地下非金属管线的位置和埋深。

由于燃气PE管道具有不导电、不导磁,基本绝缘的特性,传统的管线探测方法在探测时都存在精度不高、效率低下,拐点、三通等特征点定位困难的问题。因此,如何解决以上传统探测方式所面对的问题,让燃气PE管线探测技术跨越一个新的时代,成为行业主要研究的课题。本文旨在通过探讨各种管线探测方法的优缺点,寻找城市燃气PE管道探测可行性方案。

2 地下非金属管线的探测方法

2.1示踪线标识探测法

由于PE管线不导磁、不导电,基本绝缘的特性,为了方便日后维护、管理、抢险、抢修,通常在PE管道铺设时会在PE管上方敷设一条导电线(称为示踪线),并在阀门等明显处设出露点。在探测时,我们给示踪线加上一定强度的电流,通过探测示踪线电流产生的电磁场确定示踪线的空间位置,从而确定埋地PE管道的位置、埋深。这就是示踪线探测法。

示踪法虽然能够准确探测出被标识管线的位置,但是很多老旧PE管线在铺设时并未同步埋设示踪线,且在非开挖顶管施工中,经常发生绑在PE管上的示踪线在随管拖动中被拉断。此时,我们就需要其他的探测方法来配合定位。

2.2电子标志系统探测法

电子标志系统在欧美发达国家已有40多年的使用历史,自20世纪末以来,在我国燃气行业也开始逐步得到应用。它不仅可以指示出其埋设的位置,还可以将内部储存的信息,比如管道直径、埋设时间、三通、弯头、阀门、周边建筑物情况等相关信息发送给电子探测仪,有效弥补其他示踪方式的不足。但是如果前期没有埋设电子标志,只能通过其他探测方式获取管线信息后,重新埋设以便后期巡查使用。

2.3地质雷达探测法

地质雷达在非金属管线探测中也能发挥很好的作用。它是利用目标管线与周边介质的介电常数、电磁波传播速度的差异进行管位区分探测的。由于金属的相对介电常数非常强,电磁波穿透不了金属就会形成全反射。而土壤的介电常数与塑料粒、PE颗粒、PPR颗粒介质不同,它们之间就会 发生电磁波反射。根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程用时等参数可较好地确定出非金属管线位置、埋深。

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地质雷达探测能较好地应用于PE管道定位探测,但其对直径较小的管道和位于盐碱地、页岩层、粘土下的管道探测均存在局限性。同时,地下管线种类繁多,有时一条路上会并排或上下同时铺设多根管道,如电信、燃气、电力、给水、排水等,如何区分这些管线成为地质雷达探测的一个难点。

地质雷达在地面探测后显示的图形为波形图,可以很好的对金属管与非金属管作出区分,但是同种材质的管线就难以区分。要确定目标管线,操作人员必须拥有非常丰富的波形图读取、分析能力及现场操作经验,配合管线设计资料辅助判断。

地质雷达在管线探测中,只能作剖面探测,不能对管道进行追踪。针对不同的深度,必须更换不同的频率天线,这无疑增加了人员劳动量与设备使用成本。

2.4敲击式声波探测法

敲击式声波震动探测法,即在管道外壁上施加一个敲击信号,可选不同功率、频率来敲击震动管道,震动信号沿着管壁向前传输。在远端用声波探测器探测地面上声波强度,声波最强处就是管道所在位置。此方法传输距离较短,能量在管道传播过程中损失较大,适合近距离探测。

3 燃气 PE 管线定位仪 GPPL

3.1 探测原理

燃气PE管线定位仪GPPL是基于声学探测原理的一款非金属管线定位仪。

GPPL通过发射装置向管道内发射一组特定频率的声波信号,声波带动管道内的气体粒子振动,振动的粒子带动下一个气体粒子振动。声波信号沿PE管道内天然气传播的同时,透过管壁、土壤等介质到达地表。此时通过接收机在地面上匹配对应的发射频率接收该声波信号。接收到信号强度最大点即为地下管线的位置正上方。连点成线,此线即为燃气PE管线位置、走向。

夯实的土地比松软的土地具有更好的传播效果。一般情况下,仪器定位的有效距离为接入点至两端各300米,有效测深3米内。

3.2 应用方法

3.2.1 管线位置探测

GPPL在探测时与阀井放散阀、调压柜排污口、调压箱法兰盘、入户登高管上的阀门等管道外露处连接。在接收音频信号定位管线位置时,首先根据管线外露部分来判断管线大致走向。由已知到未知,沿管线剖面找出信号强度最大的点作为管线位置点,然后依次找出下一个位置点,并做出标记。

在无法确定管线的大致走向时,我们应该以接入点为圆心,以3-5米为半径,沿着圆周线盲探,找出信号强度值最大的点标记为管线第一个位置点,将接入点与第一个点连接起来,就可以判断出管线大致走向;在沿着管线探测时,如果走向出现轻微弯曲,在弯曲线附近应当减小探测间距细致探测。

由于不同的土壤环境与管线埋设不一的深度,信号强度会有所不同。在确定管线走向的情况下, 选择相对最大的点作为管线位置点。为了确保管线位置点的准确性,通常选取至少3个点来判断强弱。

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3.2.2 弯头的确定方法

在探测过程中,如果遇到弯头,继续沿初始方向向前探测,声波信号会突然减弱直至消失。此时我们应当回到初始方向最后一个强点,以此点为圆心,3米为半径沿圆周线盲探。在测出下一个相对信号最强点后,将此点与圆心点连成一条直线作为假设管道大致走向。如果能在假设走向上继续测出更多相对最大点,则第一个圆心点可判定为管线的拐点。此外,如果在最初强点沿圆周盲探时,没有遇到信号强点,可以判定此点为管线终点。

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3.2.3 燃气PE管道三通点的确定方法

在燃气 PE 管道的敷设中,常有支线分出,在进行管道探测时,就需要确定出 PE 管道支线与主线连接的位置,即三通点的位置。声波信号在传输过程中遇到管道分支,信号强度会有所分散,且根据分支管道的口径不同能量分散的程度不同;如果分支过多会导致信号强度会骤减,造成传输距离缩短,增加了定位难度。

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探测三通点时,也可采用间接的几何交汇法;当我们发现疑似三通位置时(通常在遇到三通时,沿走向信号有所减弱),在与主管线垂直平行于主管线进行探测,找出信号最强的一个点后,在其延伸方向再找出第二个信号最强点,两点连成一条直线,用交汇法就可以定出三通点的位置。

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3.2.4 探测过程中注意事项

在现场探测过程中,由于PE管线抗压性较差,敷设过路管线时还要在管线的外部加一层钢制套管,在遇到过路套管时,音频信号会突然消失,此时可沿管线走向,在路面另一侧继续寻找信号位置点。两个位置点相连,即为管线走向。此外,出现信号丢失的现象时,也有可能是此处的土壤太过疏松,地下填埋建筑垃圾夯土不实,导致信号衰减厉害。现场探测时,可沿管线走向向前几米处继续寻找信号点进行探测。

地下管线错综复杂,地质环境多变,声波信号在不同的传播环境下,会有不同程度的衰减; 有时在复杂的外界噪声影响下,定位也会变成一个难题;因此在探测过程中要尽量详细的收集排管时的管线资料,结合实际情况确定管道的走向和配件位置,这样能够大大减少工作量,提高工作效率。

在现场探测中确实无法探测到信号的情况下,可以在上一个位置点来调整发射机波形、功率、频率等参数来变换声学信号组合,直至找出一个最清晰的声音。

注意:信号的频率越高,衰减越快;功率越高,信号越强;

在某些情况下,譬如管线埋设较浅时,发射功率过大会造成周围路面信号逸散而无法判断最大点,此时可适当地降低发射功率来获得一个比较好的探测结果。

4、GPPL 实战案例

4.1、湖南现场

2017年5月12日,我司技术人员对湖南省长沙市芙蓉区德政园小区内燃气PE管线进行了精准定位。在阀井内通过转换接头将GPPL发射系统接入德政园小区中压阀放散阀上,手持接收机沿路面探测,采集到的地下燃气PE管道发出的声波信号数据。

此次探测,精确定位出燃气PE管道375米。校正了5个天然气地面标识准确性。经现场开挖验证,本次探测管线位置准确度误差在500px以内。

4.2、宁夏现场

2017年6月7日, 我司技术人员与燃气公司人员一行,对宁夏鼓楼西街和宜居北街十字PE管线进行施工定位;此次探测,成功定位出阀井单侧地下PE管线400余米,测出弯头2个,校正偏差警示桩2个。


4.3、广东现场

2017年8月16日,燃气公司用户在用尽所有办法无果的情况联系我公司,我司技术人员使用GPPL入场探测,共计探得有效管道长度400余米,测到复杂地段弯头两处,三通一处。后经施工方开挖验证,定位全部准确无误。


5、燃气 PE 管道定位仪GPPL 优势

GPPL燃气PE管线定位仪在地埋PE管定位方面拥有巨大优势,在探测过程中不受其他燃气、电力、电信、供水排水管线干扰;它可在沥青路面、瓷砖路面、泥土路面、碎石路面、混凝土路面等复杂地面状况下使用,不受到电场或架空电力系统的干扰,能排除树根、岩石和其他地下隐藏物质对探测造成的影响,能够区分多种管线并列排置的情况。

根据实测案例分析,GPPL燃气PE管道定位仪对地下PE管线有很好的探测效果,定位精度介于±750px,是目前世界上针对PE管道定位非常有效的方式。 在实际应用中定位效果因土壤环境不同,信号强度会有所不同;一般情况下,仪器的定位的有效距离为接入点至两侧各300米,测深3米内。

GPPL专门设计应用于燃气PE管线的定位。使用时设备需要与燃气管道连接,此种连接方式能有效保证信号在管道中定向传输,极大的提高了定位的准确度;GPPL对埋深3米内管道效果较好;GPPL对管道深度的探测仍存在一定局限性,需要结合探地雷达探测符合,共同确定管道埋深。

6、总结

在各种PE管线探测方法中,示踪法虽然准确,但局限条件是必须拥有完整无损的示踪线;地质雷达用途广泛,既能探测管线深度,又能探测管线位置,但是在地质条件复杂的情况下,存在多解性;GPPL利用声学探测优势,可同时区分多管并排的情况,对PE管道特征点也能够准确定位。探测速度较快,精度介于±750px内。在探测过程中单向定位有效距离可达300余米,双向600余米(施工条件好的情况下,单向探测距离可达1000 米以上),其工作效率远高于其他方法。