声波检测法在燃气PE管线探测中的应用

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1、声波检测法在燃气 PE 管线探测中的应用作者：李勇 来源：西部资源2021年第 02期摘要：由于PE管具有一系列优点，施工方便、接口稳定可靠、材料抗冲击、抗开裂、耐 老化、耐腐蚀等，被大量应用于城市中、低压燃气管线的埋设中。由于PE管是惰性材料的原 因，导致后期探测定位十分困难。本文通过分析几种常规的非金属管道探测方法及存在的问 题，重点介绍声波检测技术，并在实地开挖验证探测技术的可行性与精度。以临海为例，主要 运用声波探测法大范围开展中压管线探测，为燃气管线信息化管理提供准确的管道平面位置和 埋深。关键词：PE管；探测定位；声波检测法地下燃气管道作为城市的重要基础设施之一，一方面关系着城市居

2、民生活及城市工业的发 展，担负着巨大的社会责任，另一方面由于深埋于地下，管线具有不透明性、纵横交错、结构 复杂、信息量及查询量大、使用期长、不间断运行等特点，管理极为复杂。随着PE管道在天 然气及供水行业的进一步普及，燃气中/低压管网由PE管逐步取代钢管及铸铁管。由于PE管 不导电，不导磁，无法对PE管进行追踪，给日后的管道维修带来了不便。现今城市建设高速 发展与落后的地下管道管理手段之間的矛盾也日益突出。例如因燃气PE管道埋设情况不明而 导致地面施工造成损坏的事故不断发生，也造成了一些社会影响。因此，尽早、尽快查清城市 燃气埋地管道的现状，全面掌握有关资料数据，作为燃气公司安全运营管理的依据

3、，已是亟待 解决的问题。1. PE 管线探测方法目前对燃气PE管线的探测主要有示踪线探测法、声波检测法、探地雷达及钎探法等。1.1 示踪线探测法“示踪线”用于对PE管道的探测、追踪及定位，一般采用金属线芯。对于有“示踪线”同PE管一起铺设的管线，通过探测设备给“金属线”施加信号，由探测接 收机接收信号，从而找到示踪线的准确位置，即同步追踪到PE燃气管道的具体位置，以便对 PE管道进行改造及维修。由于种种原因，示踪线常出现断线等情况，在PE管线探测中发挥的作用很小，但是尽管 这样，只要阀井中出露有示踪线，应该想办法利用示踪线本身寻找PE管线：（1）直连法无信号情况或者信号很弱，类似情况是示踪线距

4、离地下不远处就已经断开， 连接好之后，使用接收机沿信号方向探测，直到信号消失为止，获取示踪线的位置及深度，再 尝试使用高频信号，能否感应到更远处。（2）连接信号很好，但是某一端探测距离不远，类似情况应当把阀井内的示踪线断开， 形成单向信号传输。（3）在调压箱或者小区内连接示踪线时，调压箱中压管道的示踪线可能和低压或者小区 内部的示踪线放错，如果首先连接的中压示踪线失效或者信号不对，应该及时调换示踪线重新 连接或者尝试与附近低压出露的示踪线连接。1.2 声波检测法根据管线的敷设状况，选择接入放散阀或调压箱等接口，对燃气管道中的燃气施加特殊调 制的声波震动信号，声波震动信号在燃气管道中顺着燃气向前

5、传输，顺着燃气管道向前传输的 过程中也会带动PE管的振动，PE管振动再带动埋设管道土壤的振动，土壤振动再带动地面振 动，在远端用接收器在地面上采集声波震动信号的强弱，根据声波震动信号的特性和强弱定位 管道的位置。如图1 所示。该方案只能探测出平面位置，管道埋深无法探测。Pickup SeilerReceiver接收机1.2.1 PE管线直线点探测方法曲園周探测法(h沿管歩走向探测法图2 PE管线直践点探测方法由于燃气PE管线定位仪在探测时需要与闸井的放散阀、入户登高管上的阀门等管道外露 处连接，在探测管线直线位置点时，首先根据管线外露部分判断管线走向，沿着管线走向以 3m为一段间距，沿管线剖面

6、找出高音量区作为管线位置点，然后依次找出下一个位置点，并 依次做出标记。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3m5m为半 径，沿着圆周线盲找，找出音量最高的点标记为管线第一个位置点，把接入点与第一个点连接 起来，就可以判断出管线大致走向，如图2 (a)所示；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，一般情况下由于声波在管道弯曲部位，震动气体与 管壁摩擦加大，因此声音会异常响亮。由于不同的土壤环境及管线填埋深度，信号强度会有所不同，在确定管线走向的情况下， 选择相对较大的点作为管线位置点。为了确保管线点的准确性，通常会选取3个点，第三个点 作为验证

7、确保管线在一条直线方向上，如图2 (b)所示。1.2.2 PE管线弯头的探测方法在探测过程中，如果沿管道走向探测时，音量突然减弱，这时可在此点与上一个点之间详 细监听，找出音量最高的点即为弯头所在位置。或者回到上一个点以此点为圆心，以3m为半 径沿圆周线盲找，在找出音量最高点后，再以此点为圆心沿圆周找出另一个音量最高的位置 点，将这两点连成一条直线。在确定两条管线走向后，将这两条管线延伸交汇于一点，该点即 可判定为管线的拐点。此外如果在沿圆周盲探时，没有遇到信号强点，可扩大探测半径寻找信 号，如果确定无法找到信号源，可判定此处为管道终点，此时可以在上个点沿走向详查，找出 信号最大点即为管道终点

8、，如图 3。音富点*音高点*9Qk图3 PE管线拐点探测方法匚2.3陰线通点的探测方注*4律窗窩点音高点 + 主管钱图斗PE育线三通探测方法t二通点V在燃气PE管道的敷设中，常有支线分出，在进行管道探测时，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，信号逐渐衰减，遇到管道分 支，信号强度有所分散；但是当在三通位置点，由于空气震动体量增加，传播到路面的声音较 周围强烈。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，三通位置信号会异常强烈），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，在延伸方向再找出第二

9、个信号最强点，两点连成一条直线，用交汇法可以定出三通 点的位置，如图 4。1.2.4 不同环境探查结果分析燃气PE管线定位仪探测结果，首先要了解固体材料中声波衰减主要有以下三种原 因：吸收衰减，传播中质点间的摩擦使声能转化为热能造成吸收衰减，吸收衰减的大小与频率 有关，频率越高，吸收系数越大。散射衰减，传播中多次反射、折射，波型转换造成散射衰减，地下存在大的颗粒（碎石 等）构成许多声学界面，使得声波在这些界面产生多次反射、折射和波形转换，散射衰减与散 射粒子形状、尺寸、数量和性质有关。扩散衰减，传播中波束扩散使能量分散造成衰减。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

10、同程度的衰 减；有时在复杂的噪声环境下，定位变成一个难题，在现场探测时，要注意探测的环境判断管 道真正位置，并不是所有声音信号最强的正上方就是管道位置，根据以往探测的不同界面总结 了以下几点情况。（1）通常情况：同质土壤例如混凝土、绿草如茵的地面、路面，压实沟槽，覆盖层为同一种介质，接收到的信号不 会因介质差异而引起信号强弱不相同，在该过程中声波能量大小主要与传输距离有关，距离管 道最近的位置声波能量最强，如图5。图5同种介质声波信号示意图（2）特殊情况一：土壤中存在密度较低的界面例如管道附近存在地下空洞和软土质层等情况，密度较低的介质疏松，增加了声波散射的 衰减，造成地面接收到的声音信号弱，

11、如图6所示。吒朮厦N城團6管道周围低密度区信号示意圉3）特殊情况二：土壤中密度较高的元素例如管道附近地下有石块、混凝土、大密度区域时，由于高密度区声波传播能力衰减弱这些地方出现声波能量突变，往往误判为管道位置，如图7所示。（4）特殊情况：开挖沟渠埋设壓实土壤直埋的管道都通过开挖沟渠，回填压实沙土、混合物形式，这种情况一般要在现场进行区 分，第一种是回填压实，例如回填了混凝土，即回填部分密度要高于周围土壤密度，一般信号 最强位于管道正中心；第二种情况是回填部分密度小于周围土壤密度，如图8，声波信号则较 为复杂，在回填界面上信号强度往往最大。幵把沟雄塩股抚横 *fflg开挖沟集埋设压实区信号示童團

12、5）现场仪器探测肉TLMW总氓.Tfiflti 丁箪3牛下加图g通常情况现场分析图-通常在探测现场，大致确定管道走向后，在地上使用“石笔”垂直管道走向按等距标记出若 干个探测点，形成一个探测剖面，分别使用接收机获取信号结果，并标记地上信号大小，如图 9、图 10所示，以便分析结果，最终确定管道位置后，采用红油漆进行标记。由貯不同的压玄卄乩降.配閑的.it曲莎潼miff示.SIWA Cfflffl 中的旳时H1D n0J8t图特克环境情况探昵实例* 一卜严电捋用的告片.也诅府壬冋叫气洒n芒异采用声波检测法时，短距离内多测量几个截面，信号最强点的连线为管道正上方，且在换 声源放散口时，两个探测接口

13、位置应该至少重复三个探测点，以了解探测系统误差，并想办法 消除误差。该燃气 PE 管道声波定位仪探测方案特点： 因信号只能在燃气管道中传输，所以这种探测方案不怕干扰，不会测错测偏； 管道所埋设土壤越均匀越硬越有利于探测； 燃气管道管径越大燃气管道中气体压力越大越有利于探测； 燃气管道拐弯越少三通越少约有利于探测。如下情况不容易探测出PE管道： 管径埋深超过4m的； 管径小于50mm的或者调压箱接口小于20mm的； 压力非常小的低压管道； 地下是软土绿化带等软质地面。1.3地质雷达法使用探地雷达探测，是通过安置在地表的发射天线向地下发射高频宽频短脉冲电磁波，电 磁波在地下介质传播过程中遇到与周围

14、介质电性不同的管线界面时产生反射并被接收天线记录 下来，显示在屏幕上形成一道雷达记录。当天线沿测线方向逐点移动探查时，各道记录按测点 顺序排列在一起，形成一张探查雷达图像，通过分析雷达剖面图像中各反射波强度、波形特征 及到达时间，可推断地下管线的分布状况。该方法探查精度高，不受管线材质限制。该方法主 要用于对非金属管线（砼管、UPVC管）的探测，另外还用于解决复杂地段的管线探测和对疑 难点进行确认。雷达既可以探测管道位置又可以探测出埋深。探地雷达探测方案特点： 雷达探测出地下有管道或者其他圆柱体但是无法确定所探测出的管道或者圆柱体是不是 需要探测的燃气管道； 城市里面最大探测深度2.5m,般探

15、测深度1.5m左右； 管径越大越有利于探测，深度和管径之间息息相关； 管道所埋设土壤越均匀土壤越硬越干燥越有利于探测。如下情况无法探测或者不容易探测： 管道管径埋深超过2.5m,管径小于100mm的； 土壤非常不均匀有异物回填的； 地面是软土绿化带等软质地面。地质雷达探测法可以直接探测PE管道深度，由于声波检测法可以排除其他管道的干扰， 在声波检测确定的燃气水平面位置，再使用地质雷达进行探测获取PE管道深度。1.4开挖及钎探法对于复杂的管线,需要进行开挖探测,特别是多种管线交错,仪器探测信号弱、干扰信号 强的地方。对于郊区或者绿化带内管道可采用人工直接开挖方法,对市区内道路下的管道,可 以采用钎探法进行开挖探测、验证。钎探法就是在沙土路面或松土路面上，采用燃气PE管道专用的探棒，人工手动向下敲击 打入地面，与燃气管道接触的底部为特殊结构，对燃气PE管道无破坏，探测深度可达1.6m, 其顶部为46mm长塑料涂层能够抵抗10000V的高电压，增加了安全性，并可穿透表层最坚硬的土壤及薄沥青路面。通过探棒深入地表后，与地下PE管道接触，产生的反馈力和反弹力， 从而无须开挖快速确定地下管线的准确平面位置及