王 東

(北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司,北京100032)

1 概述

根據(jù)住建部《2021年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》,2021年我國(guó)城市天然氣管道長(zhǎng)度為929 087.71 km。在中低壓城市天然氣管道中,PE天然氣管道占比最高。由于PE燃?xì)夤艿朗┕け憬?、工程造價(jià)相對(duì)較低、不存在腐蝕泄漏、柔韌性好、對(duì)燃?xì)饨橘|(zhì)污染小等優(yōu)點(diǎn),在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中被廣泛應(yīng)用。由于一些PE燃?xì)夤艿罌](méi)有準(zhǔn)確的竣工測(cè)量數(shù)據(jù)、施工時(shí)未安裝示蹤裝置[1],在日常PE燃?xì)夤艿姥矙z、搶修、確定新建燃?xì)夤艿赖慕託恻c(diǎn)位置過(guò)程中很難快速準(zhǔn)確對(duì)PE燃?xì)夤艿肋M(jìn)行定位[2]。為此燃?xì)夤緸榱双@得這些PE燃?xì)夤艿赖臏?zhǔn)確位置,大都對(duì)這些管道進(jìn)行補(bǔ)測(cè)[3]。以前依據(jù)設(shè)計(jì)圖與竣工圖配合巡線人員現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)并開挖獲得PE燃?xì)夤艿赖奈恢脭?shù)據(jù),此方式速度緩慢、成本高、效率低,存在破壞PE燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)及造成地面沉降的危害。為此,PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x在PE燃?xì)夤艿赖亩ㄎ恢袘?yīng)用越來(lái)越廣泛。

2 PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x組成及工作原理[4]

① 組成

PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x由發(fā)射機(jī)部分、接收機(jī)部分組成。發(fā)射機(jī)部分包括發(fā)射機(jī)、氣體振動(dòng)器。接收機(jī)部分包括接收機(jī)主機(jī)、拾音探頭、手持PAD。PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x見圖1。

② 工作原理

開始工作時(shí),找到PE燃?xì)夤艿郎系姆派㈤y,并將氣體振動(dòng)器與放散閥連接,發(fā)射機(jī)為氣體振動(dòng)器供電并控制氣體振動(dòng)器聲波信號(hào)輸出到PE燃?xì)夤艿纼?nèi)。當(dāng)氣體振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)管道內(nèi)氣體振動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種特定頻率的聲波信號(hào),該聲波信號(hào)順著燃?xì)鈿饬餮刂艿离p向傳輸并垂直傳遞到地面上。用接收機(jī)在地面探測(cè)到信號(hào)的最強(qiáng)處(以下稱為信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)),即為管道正上方。

3 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

3.1 項(xiàng)目概況

此項(xiàng)目為某燃?xì)夤局袎篜E燃?xì)夤艿姥a(bǔ)測(cè),其管道直徑為110～315 mm,管道長(zhǎng)度約30 km,管道大多位于道路兩側(cè)綠地、方磚步道及路面下。

補(bǔ)測(cè)依據(jù)設(shè)計(jì)圖和竣工圖,配合巡線人員現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)并開挖,以獲得PE燃?xì)夤艿赖奈恢脭?shù)據(jù)。同時(shí)為了提高開挖準(zhǔn)確性,在開挖前利用PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x對(duì)需要開挖的PE燃?xì)夤艿肋M(jìn)行探測(cè),確定開挖管道位置,待PE燃?xì)夤艿劳诔龊?進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量以獲得該管道的三維位置數(shù)據(jù)。

3.2 項(xiàng)目依據(jù)

PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)依據(jù)GB 50026—2020《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》、CJJ 61—2017《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》及相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 管道探測(cè)

3.3.1控制測(cè)量

在測(cè)區(qū)周邊,連接當(dāng)?shù)剡B續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)參考站(CORS),采用GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)布設(shè)覆蓋測(cè)區(qū)的首級(jí)控制點(diǎn),并解算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后利用該參數(shù)采用RTK技術(shù)對(duì)PE燃?xì)夤艿肋M(jìn)行測(cè)量,得到該管道的平面位置數(shù)據(jù)[5-6]。

在測(cè)區(qū)內(nèi)利用水準(zhǔn)儀布設(shè)水準(zhǔn)路線,對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行加密并測(cè)量燃?xì)夤艿赖墓茼敻叱獭?/p>

3.3.2PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)

① 探測(cè)設(shè)備

本項(xiàng)目中PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)采用PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x,以獲取管道在地面的實(shí)地位置,并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)記。

② 管道探測(cè)方法

PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x在探測(cè)時(shí),發(fā)射機(jī)部分與閥井放散閥、調(diào)壓箱排污口、調(diào)壓箱法蘭盤、入戶立管上的閥門等管道外露處連接。在接收聲波信號(hào)定位管道位置時(shí),首先根據(jù)管道外露部分判斷管道大致走向。由已知到未知,將管道橫截面上信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)作為管道位置點(diǎn),然后依次找出下一個(gè)位置點(diǎn),并做出標(biāo)記[7-8]。

在無(wú)法確定管道大致走向時(shí),以接入點(diǎn)(發(fā)射機(jī)的位置)為圓心,3～5 m為半徑,利用手持PAD的粗探功能沿著圓周盲探,快速找到管道的大概位置,然后再利用手持PAD的精確定位方式,找出信號(hào)強(qiáng)點(diǎn),標(biāo)記為管道第1位置點(diǎn),將接入點(diǎn)與第1位置點(diǎn)連接,即可判斷管道大致走向。在沿著管道探測(cè)時(shí),也是先粗探再精確定位。如果管道走向出現(xiàn)輕微彎曲,在彎曲附近應(yīng)當(dāng)減小探測(cè)間距,進(jìn)行細(xì)致探測(cè)。

由于不同的土壤環(huán)境與管道埋深,信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有所不同。在確定管道走向的情況下,選擇相對(duì)信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)作為管道位置點(diǎn)。為了確保管道位置點(diǎn)的準(zhǔn)確性,通常至少選取3個(gè)點(diǎn)來(lái)判斷[9]。不同土壤管道探測(cè)示例見圖2,圖中黑圈表示接收機(jī)位置,百分?jǐn)?shù)表示接收信號(hào)強(qiáng)度。圖5表達(dá)方式與圖2相同。

圖2 不同土壤管道探測(cè)示例

③ 彎頭的確定方法[10]

在探測(cè)過(guò)程中,如果遇到彎頭,繼續(xù)沿初始方向探測(cè),聲波信號(hào)會(huì)突然減弱直至消失。此時(shí)應(yīng)當(dāng)回到初始方向最后一個(gè)信號(hào)強(qiáng)點(diǎn),以此點(diǎn)為圓心、1 m為半徑沿圓周盲探。在測(cè)出下一個(gè)相對(duì)信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)后,將此點(diǎn)與圓心連成直線作為管道假設(shè)走向。如果能在假設(shè)走向上繼續(xù)探測(cè)出更多信號(hào)強(qiáng)點(diǎn),則利用新探測(cè)的管道走向與原管道走向進(jìn)行相交,從而得到管道的拐點(diǎn)。彎頭探測(cè)見圖3。此外,如果在初始信號(hào)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)為管道終點(diǎn)或管道埋深(本文指管底埋深)超出儀器探測(cè)范圍。

圖3 彎頭探測(cè)

④ 三通的確定方法

在探測(cè)過(guò)程中,如果遇到三通,聲波信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有所減弱,且根據(jù)分支管道的管徑不同減弱程度不同。如果分支過(guò)多會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度驟減,造成傳輸距離縮短,從而增加定位難度。

探測(cè)三通時(shí),可采用間接幾何交匯法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似三通時(shí)(通常在遇到三通時(shí),沿主管道走向信號(hào)有所減弱),在分支管道上找出兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)點(diǎn),將兩點(diǎn)連成一條直線,并延長(zhǎng)至主管道,從而交匯出三通的位置。三通探測(cè)見圖4。

圖4 三通探測(cè)

⑤ 管道探測(cè)示例

在此項(xiàng)目PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)中,對(duì)于直管段探測(cè),PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x的探測(cè)信號(hào),在土壤密實(shí)度大致相同的情況下,隨著探測(cè)距離(探測(cè)點(diǎn)距發(fā)射機(jī)的距離)增加信號(hào)逐漸減弱,直至超出儀器探測(cè)范圍。在管道出現(xiàn)彎頭時(shí),探測(cè)信號(hào)沿管道走向在彎頭兩側(cè)變化不大。當(dāng)管道出現(xiàn)三通時(shí),沿主管道走向和分支管道走向的管道探測(cè)信號(hào)均有所減弱,有時(shí)甚至出現(xiàn)信號(hào)丟失的情況。直管段、彎頭及三通管道探測(cè)示例見圖5。圖5中,信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)距兩側(cè)信號(hào)點(diǎn)距離不超過(guò)0.3 m。圖5a中,管道直管段上探測(cè)點(diǎn)A、B、C探測(cè)距離分別為50、100、150 m。圖5b中,管道上探測(cè)點(diǎn)A—G各相鄰點(diǎn)間距約為3～5 m。圖5c中,主管道及分支管道上探測(cè)點(diǎn)A—E相鄰點(diǎn)間距及C1、C2間距為3～5 m。

圖5 管道探測(cè)示例

⑥ 探測(cè)注意事項(xiàng)

在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)過(guò)程中,由于PE管道抗壓性較差,過(guò)路管道常加裝套管,在遇到套管時(shí),聲波信號(hào)會(huì)突然消失,此時(shí)可沿管道走向,在路面另一側(cè)繼續(xù)尋找信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)。兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)相連,即可確定管道走向。

出現(xiàn)信號(hào)丟失時(shí),也可能是此處土壤太過(guò)疏松,地下填埋建筑垃圾夯土不實(shí),導(dǎo)致信號(hào)衰減很大?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí),可沿管道走向向前3～5 m繼續(xù)尋找信號(hào)強(qiáng)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。

當(dāng)管道埋設(shè)較淺時(shí),會(huì)造成信號(hào)逸散而無(wú)法確定信號(hào)強(qiáng)點(diǎn),此時(shí)可適當(dāng)?shù)亟档徒邮諜C(jī)信號(hào)放大倍數(shù)來(lái)獲得一個(gè)比較好的探測(cè)結(jié)果。

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)地收集管線資料,結(jié)合實(shí)際情況確定管道的走向和管道位置,這樣能減少工作量,提高工作效率。

3.4 管道測(cè)量及成果生成

① 管道測(cè)量[11-12]

由于PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x僅能確定管道的平面位置,不能探測(cè)管道的埋深,因此需要對(duì)管道進(jìn)行部分開挖,對(duì)其進(jìn)行管徑測(cè)量、位置測(cè)量、高程測(cè)量,進(jìn)而獲得燃?xì)夤艿廊S坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

② 成果生成

根據(jù)PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x探測(cè)數(shù)據(jù)及開挖數(shù)據(jù),繪制燃?xì)夤艿缊D。

4 探測(cè)成果分析

4.1 探測(cè)成果簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目共完成PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)30 km,開挖1 000處,其中970處挖到PE燃?xì)夤艿?其余30處未挖到燃?xì)夤艿?。未挖到燃?xì)夤艿赖奶綔y(cè)點(diǎn),基本為燃?xì)夤艿缆裆钶^大、管道埋設(shè)介質(zhì)復(fù)雜或定向鉆入(出)土點(diǎn)等探測(cè)困難處。PE燃?xì)夤艿捞綔y(cè)儀無(wú)法探測(cè)管道埋深,建議采用雷達(dá)[13-14]等探測(cè)方法或進(jìn)行實(shí)地開挖。

4.2 成果分析

通過(guò)對(duì)970處燃?xì)夤艿篱_挖數(shù)據(jù)與探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,可以得到PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粌x探測(cè)精度(以下簡(jiǎn)稱探測(cè)精度)。同時(shí),考慮探測(cè)距離、管道埋深、管道埋設(shè)介質(zhì)等影響因素,可得到各影響因素與管道探測(cè)精度之間的關(guān)系。

① 探測(cè)精度分析

依據(jù)項(xiàng)目中燃?xì)夤艿篱_挖位置與探測(cè)管道位置較差(在地面上管道開挖位置與探測(cè)位置的距離),將探測(cè)精度分為A、B、C、D共4個(gè)等級(jí)。970處燃?xì)夤艿篱_挖數(shù)據(jù)與探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析見表1。

表1 970處燃?xì)夤艿篱_挖數(shù)據(jù)與探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

② 探測(cè)距離對(duì)探測(cè)精度的影響

探測(cè)距離對(duì)探測(cè)精度的影響見表2。

表2 探測(cè)距離對(duì)探測(cè)精度的影響

③ 管道埋深對(duì)探測(cè)精度的影響

管道埋深對(duì)探測(cè)精度的影響見表3。

表3 管道埋深對(duì)探測(cè)精度的影響

④ 埋設(shè)介質(zhì)對(duì)探測(cè)精度的影響

埋設(shè)介質(zhì)對(duì)探測(cè)精度的影響見表4。

表4 埋設(shè)介質(zhì)對(duì)探測(cè)精度的影響

在表2～4中,以表2中A級(jí)占比83.7%為例,A級(jí)占比指當(dāng)探測(cè)距離小于等于100 m時(shí),探測(cè)精度A級(jí)數(shù)量占A、B、C、D共4個(gè)等級(jí)數(shù)量之和的比例為83.7%。

由表2～4可以看出,探測(cè)精度隨探測(cè)距離、管道埋深的增加而降低。疏松土壤探測(cè)精度低于密實(shí)土壤。

5 結(jié)論

① 探測(cè)精度隨探測(cè)距離、管道埋深增加而降低。

② 管道埋深大于2.0 m時(shí),對(duì)探測(cè)精度影響較大。管道埋深太大,會(huì)導(dǎo)致無(wú)法接收聲波信號(hào),無(wú)法探測(cè)到燃?xì)夤艿牢恢谩?/p>

③ 疏松土壤探測(cè)精度低于密實(shí)土壤。