PE燃气管道定位仪在PE燃气管道探测的应用.pdf

第43卷第8 期2023年8 月煤气与热力GAS&HEATVol.43No.8Aug.2023PE燃气管道定位仪在PE燃气管道探测的应用王东（北京市煤气热力工程设计院有限公司，北京10 0 0 32）摘要：阐述PE燃气管道定位仪工作原理及探测方法，结合实际案例，通过对PE燃气管道定位仪探测数据及开挖数据进行对比分析，得到探测精度。分析探测距离、管道埋深、埋设介质对探测精度的影响。探测精度随探测距离、管道埋深增加而降低。管道埋深大于2.0 m时，对探测精度影响较大。管道埋深太大，会导致无法接收声波信号，无法探测到燃气管道位置。疏松土壤探测精度低于密实土壤。关键词：管道定位仪；PE燃气管道；管线探测中图分类号：TU996.81概述根据住建部2 0 2 1年城市建设统计年鉴,2 0 2 1年我国城市天然气管道长度为9 2 9 0 8 7.7 1km。在中低压城市天然气管道中，PE天然气管道占比最文献标志码：B机部分包括接收机主机、拾音探头、手持PAD。PE燃气管道定位仪见图1。GAS-TRACKER2TETIA文章编号：10 0 0-4416(2 0 2 3)0 8-0 B36-05高。由于PE燃气管道施工便捷、工程造价相对较低、不存在腐蚀泄漏、柔韧性好、对燃气介质污染小等优点,在城市燃气管网中被广泛应用。由于一些PE燃气管道没有准确的竣工测量数据、施工时未安装示踪装置 ，在日常PE燃气管道巡检、抢修、确定新建燃气管道的接气点位置过程中很难快速准确对PE燃气管道进行定位 2 。为此燃气公司为了获得这些PE燃气管道的准确位置，大都对这些管道进行补测 3。以前依据设计图与竣工图配合巡线人员现场指认并开挖获得PE燃气管道的位置数据,此方式速度缓慢、成本高、效率低，存在破坏PE燃气管道的风险及造成地面沉降的危害。为此,PE燃气管道定位仪在PE燃气管道的定位中应用越来越广泛。2PE燃气管道定位仪组成及工作原理 4组成PE燃气管道定位仪由发射机部分、接收机部分组成。发射机部分包括发射机、气体振动器。接收发射机图1PE燃气管道定位仪工作原理开始工作时，找到PE燃气管道上的放散阀,并将气体振动器与放散阀连接，发射机为气体振动器供电并控制气体振动器声波信号输出到PE燃气管道内。当气体振动器驱动管道内气体振动时，会产生一种特定频率的声波信号，该声波信号顺着燃气气流沿着管道双向传输并垂直传递到地面上。用接收机在地面探测到信号的最强处（以下称为信号强点），即为管道正上方。3现场探测3.1项目概况此项目为某燃气公司中压PE燃气管道补测，气体振动器接收机主机手持PAD第一作者简介：王东，男，高级工程师，学士，从事工程测量工作。收稿日期：2 0 2 2-11-0 1；修回日期：2 0 2 3-0 3-15 B 36 其管道直径为110 315mm，管道长度约30 km，管道大多位于道路两侧绿地、方砖步道及路面下。补测依据设计图和竣工图，配合巡线人员现场指认并开挖，以获得PE燃气管道的位置数据。同时为了提高开挖准确性,在开挖前利用PE燃气管道定位仪对需要开挖的PE燃气管道进行探测，确定开挖管道位置，待PE燃气管道挖出后，进行现场测量以获得该管道的三维位置数据。3.2 项目依据PE燃气管道探测依据GB500262020工程测量标准、CJJ61一2 0 17 城市地下管线探测技术规程及相关企业标准。3.3管管道探测3.3.1#控制测量在测区周边，连接当地连续运行卫星定位服务参考站（CORS），采用GNSS网络RTK技术布设覆盖测区的首级控制点，并解算得到坐标转换参数。然后利用该参数采用RTK技术对PE燃气管道进行测量,得到该管道的平面位置数据 5-6 1。在测区内利用水准仪布设水准路线，对水准点进行加密并测量燃气管道的管顶高程。3.3.2PE燃气管道探测探测设备本项目中PE燃气管道探测采用PE燃气管道定位仪,以获取管道在地面的实地位置,并在现场进行标记。管管道探测方法PE燃气管道定位仪在探测时，发射机部分与阀井放散阀、调压箱排污口、调压箱法兰盘、人户立管上的阀门等管道外露处连接。在接收声波信号定位管道位置时，首先根据管道外露部分判断管道大致走向。由已知到未知，将管道横截面上信号强点作为管道位置点,然后依次找出下一个位置点,并做出标记 7-8 在无法确定管道大致走向时，以接入点（发射机的位置)为圆心,35m为半径,利用手持PAD的粗探功能沿着圆周盲探，快速找到管道的大概位置，然后再利用手持PAD的精确定位方式，找出信号强点，标记为管道第1位置点，将接入点与第1位置点连接,即可判断管道大致走向。在沿着管道探测时，也是先粗探再精确定位。如果管道走向出现轻微弯曲，在弯曲附近应当减小探测间距,进行细致探测。王东：PE燃气管道定位仪在PE燃气管道探测的应用035%管道位置45%41%033%031%a.疏松土壤055%053%管道位置75%73%062%056%b.密实土壤070%068%管道位置85%83%069%066%c.更加密实土壤图2 不同土壤管道探测示例弯头的确定方法 10 在探测过程中，如果遇到弯头，继续沿初始方向探测，声波信号会突然减弱直至消失。此时应当回到初始方向最后一个信号强点，以此点为圆心、1m为半径沿圆周盲探。在测出下一个相对信号强点后，将此点与圆心连成直线作为管道假设走向。如果能在假设走向上继续探测出更多信号强点，则利用新探测的管道走向与原管道走向进行相交，从而得到管道的拐点。弯头探测见图3。此外，如果在初始信号强点沿圆周盲探时，没有遇到信号强点，可以判定此点为管道终点或管道埋深（本文指管底埋深）超出仪器探测范围。沿管道横截面探测-管道位置拐点-图3弯头探测 B 37 第43卷第8 期由于不同的土壤环境与管道埋深，信号强度会有所不同。在确定管道走向的情况下，选择相对信号强点作为管道位置点。为了确保管道位置点的准确性,通常至少选取3个点来判断 9 。不同土壤管道探测示例见图2，图中黑圈表示接收机位置，百分数表示接收信号强度。图5表达方式与图2 相同。033%O-一030%39%030%052%72%052%065%79%063%信号强点第4 3 卷第8 期三通的确定方法在探测过程中，如果遇到三通，声波信号强度会有所减弱,且根据分支管道的管径不同减弱程度不同。如果分支过多会导致信号强度骤减，造成传输距离缩短，从而增加定位难度。探测三通时，可采用间接几何交汇法。当发现疑似三通时（通常在遇到三通时，沿主管道走向信号有所减弱），在分支管道上找出两个信号强点，将两点连成一条直线，并延长至主管道，从而交汇出三通的位置。三通探测见图4。主管道分支管道三通图4 三通探测?管道探测示例在此项目PE燃气管道探测中，对于直管段探测，PE燃气管道定位仪的探测信号，在土壤密实度大致相同的情况下，随着探测距离（探测点距发射机的距离)增加信号逐渐减弱，直至超出仪器探测范围。在管道出现弯头时，探测信号沿管道走向在弯头两侧变化不大。当管道出现三通时，沿主管道走向和分支管道走向的管道探测信号均有所减弱，有时甚至出现信号丢失的情况。直管段、弯头及三通管道探测示例见图5。图5 中，信号强点距两侧信号点距离不超过0.3 m。图5 a中，管道直管段上探测点A、B、C 探测距离分别为5 0、1 0 0、1 5 0 m。图5b中，管道上探测点A一G各相邻点间距约为3 5m。图5 c中，主管道及分支管道上探测点A一E相邻点间距及C1、C 2 间距为3 5 m。?探测注意事项在现场探测过程中，由于PE管道抗压性较差，过路管道常加装套管，在遇到套管时,声波信号会突然消失，此时可沿管道走向，在路面另一侧继续寻找信号强点。两个信号强点相连，即可确定管道走向。出现信号丢失时，也可能是此处土壤太过疏松，地下填埋建筑垃圾夯土不实，导致信号衰减很大。煤气与热力管道位置。70%51%041%59%038%39%38%0B55%037%38%36%51%D36%0弯头49%47%36%35%信号强点b.弯头一沿管道横截面探测主管道，59%065%A-51%059%B-三通27%036%0D20%0.30%E现场探测时，可沿管道走向向前3 5 m继续寻找信号强点进行探测。当管道埋设较浅时，会造成信号逸散而无法确定信号强点，此时可适当地降低接收机信号放大倍数来获得一个比较好的探测结果。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地收集管线资料，结合实际情况确定管道的走向和管道位置，这样能减少工作量，提高工作效率。3.4管管道测量及成果生成管道测量 1 1-1 2 由于PE燃气管道定位仪仅能确定管道的平面位置，不能探测管道的埋深，因此需要对管道进行部分开挖，对其进行管径测量、位置测量、高程测量，进而获得燃气管道三维坐标数据。成果生成根据PE燃气管道定位仪探测数据及开挖数据，绘制燃气管道图。B055%041%59%39%a.直管段E058%053%分支管道35%C1029%026%023%c.三通图5 管道探测示例028%C45%26%35%管道位45%33%29%25%30%C2022%W4探测成果分析4.1探测成果简介该项目共完成PE燃气管道探测3 0 km，开挖1000处,其中9 7 0 处挖到PE燃气管道，其余3 0 处未挖到燃气管道。未挖到燃气管道的探测点，基本为燃气管道埋深较大、管道埋设介质复杂或定向钻入（出）土点等探测困难处。PE燃气管道探测仪无法探测管道埋深，建议采用雷达 1 3-1 4 等探测方法或进行实地开挖。4.2成果分析通过对9 7 0 处燃气管道开挖数据与探测数据进行对比分析，可以得到PE燃气管道定位仪探测精度(以下简称探测精度)。同时,考虑探测距离、管道埋深、管道埋设介质等影响因素，可得到各影响因素与管道探测精度之间的关系。探测精度分析依据项目中燃气管道开挖位置与探测管道位置较差（在地面上管道开挖位置与探测位置的距离），将探测精度分为A、B、C、D 共4 个等级。9 7 0 处燃气管道开挖数据与探测数据对比分析见表1。表1 9 7 0 处燃气管道开挖数据与探测数据对比分析探测精度级别位置较差/mA级0.2B级(0.2,0.4C级(0.4,0.6)D级0.6探测距离对探测精度的影响探测距离对探测精度的影响见表2。管道埋深对探测精度的影响管道埋深对探测精度的影响见表3。埋设介质对探测精度的影响埋设介质对探测精度的影响见表4。在表2 4 中，以表2 中A级占比8 3.7%为例，A级占比指当探测距离小于等于1 0 0 m时，探测精度A级数量占A、B、C、D 共4 个等级数量之和的比例为8 3.7%。由表2 4 可以看出，探测精度随探测距离、管道埋深的增加而降低。疏松土壤探测精度低于密实土壤。王东：PE燃气管道定位仪在PE燃气管道探测的应用100A级数量/处185A级占比/%83.7B级数量/处36B级占比/%16.3C级数量/处0C级占比/%0.0D级数量/处0D级占比/%0.0表3管道埋深对探测精度的影响管道埋深/m(0.5,1.0)(1.0,1.5(1.5,2.0)A级数量/处239A级占比/%93.7B级数量/处16B级占比/%6.3C级数量/处0C级占比/%0.0数量/处占比/%60662.523524.2899.2404.1 B39第4 3 卷第8 期表2 探测距离对探测精度的影响探测距离/m20030040033947578.875.46610515.416.725395.86.20110.01.727172.37620.3287.4D级数量/处0D级占比/%0.0表4埋设介质对探测精度的影响埋设介质密实土壤A级数量/处535A级占比/%80.5B级数量/处130B级占比/%19.5C级数量/处0C级占比/%0.0D级数量/处0D级占比/%0.05结论探测精度随探测距离、管道埋深增加而降低。4005832371.115.31607519.550.054356.623.423172.811.32.090636.56.51182547.826.9293211.734.40100.04.0疏松土壤7123.310534.48929.24013.13032.2第4 3 卷第8 期2管道埋深大于2.0 m时，对探测精度影响较大。管道埋深太大，会导致无法接收声波信号，无法探测到燃气管道位置。疏松土壤探测精度低于密实土壤。参考文献：1 1马涛，丁周健，赵利华聚乙烯燃气管道示踪线施工及定位探测C/中国土木工程学会燃气分会.2017中国燃气运营与安全研讨会论文集.天津：煤气与热力杂志社有限公司，2 0 1 7:7 6 4-7 6 8.2周荣地下管线材质结构对探测作业的干扰 J北京测绘,2 0 2 0(8):1 1 0 0-1 1 0 2.3王长祥，李健济南市地下管线修补测及系统运维项目概述 J.北京测绘,2 0 2 1(2）：2 5 7-2 6 0.4李勇声波检测法在燃气PE管线探测中的应用J西部资源,2 0 2 1(2)：1 5 7-1 6 1.5张鹏飞，徐泮林网络RTK在管线测量中的定位情况及精度分析 J北京测绘，2 0 1 8（4）：4 3 7-4 4 1.6付兆祥，雷小鹏基于CORS系统的网络RTK在图根控制测量中的应用J北京测绘，2 0 1 6（5）：1 1 6-119.7宋祎昕，易云兵埋地PE燃气管道金属示踪线的探测 J煤气与热力,2 0 1 2(8）：A27-A30.8黄东山，潘和平管线探测技术在市政工程中的应用J.工程勘察,2 0 0 3(3):6 4-6 6.9耿坚，李娟多频声波探测技术在城镇燃气PE管定位探测中的应用 J城市燃气，2 0 2 0（9）：5-9.10袁厚明，李兆华，袁晓华埋地PE管道探测技术与设备 J.城市燃气,2 0 1 8(7）：8-1 3.煤气与热力11卢石坤，吴献文城市地下管线探测及其信息管理系统应用分析 J测绘通报，2 0 1 6（S1）：1 5 1-1 5 4.12伍雅晴，张健雄。地下管线探测技术探讨 J测绘与空间地理信息,2 0 1 9（6）：2 0 1-2 0 4.13龚慧斌，魏慧勇城市复杂埋设条件下的非金属燃气管线探测J城市勘测,2 0 1 8（S1）：2 2 3-2 2 6.14 食熊俊楠，孙铭.基于探地雷达的城镇PE燃气管道探测方法 J物探与化探，2 0 1 5（5）：1 0 7 9-1 0 8 4.Application of PE Gas Pipeline Locatorin PE Gas Pipeline DetectionWANG DongAbstract:The working principle and detectionmethod of the PE gas pipeline locator are explained.Combined with practical cases,the detection accuracyis obtained by comparing and analyzing the detectiondata and excavation data of the PE gas pipeline loca-tor.The influence of the detection distance,pipelineburied depth and buried medium on the detection accu-racy is analyzed.The detection accuracy decreaseswith the increase of the detection distance and thepipeline buried depth.When the pipeline buried depthis greater than 2.0 m,the detection accuracy is greatlyaffected.If the pipeline is buried too deep,the acousticsignal cannot be received,and the position of the gaspipeline cannot be detected.The detection accuracy ofloose soil is lower than that of dense soil.Key words:pipeline locator;PE gas pipeline;pipeline detection（本文责任编辑：刘灵芝）第十五届中国土木工程詹天仿奖获奖工程上海中心大厦.B 40