论声学定位仪器与可探测警示带定位对燃气埋地PE管道定位的异同

张亚虎 刘松 王敬淇

【关键词】声学定位仪器;可探测警示带;燃气埋地PE管道;方法;原理

一、引言

本文通过列举传统的燃气管道可探测警示带定位方法与Gas Tracker声学定位仪器定位方法，从两者的原理、使用方法、优缺点等方面综合对比，探讨埋地PE管道定位的相关问题，同时，列举一例现场定位检测实验，测试GasTracker声学定位仪的可靠性及实操性，并进行操作性、准确性分析。

二、可探测警示带定位方法

（一）可探测警示带

夹金属可探测警示带，是以PE聚乙烯薄膜和金属铝箔为基材，通常被使用在于各种直埋式燃气管道、输油管道、电力电缆、通讯光缆等运输体系及信息传输系统的警示防护，起到警示作用以及对日常维护起到可跟踪探测其位置的作用（如图1所示）。（二）探测原理

由上式可见：警示带产生的磁场强度大小B与信号电流强度I成正比，与远离可探测警示带中心位置的距离r成反比。当选用的材料确定后，影响探测信号强度的因素就是信号电流的大小和探测距离。以Y轴为警示带垂直位置，X轴为地面，产生的感应磁场分布可以图表形式表现（如下图2所示）。

（三）探测方法

1、直接法

直接法也称为充电法，利用可探测警示带的出露点直接向警示带充电。此方法信号强，定位、定深精度高，易区分相邻管道，但警示带必须要有出露点和良好的接地条件。

2、感应法

该方法不要求可探测警示带有出漏点，根据实地条件又可分为直接感应法和压线法两种情况。

（1）直接感应法：把发射机直接放到可探测警示带的正上方施加信号，该方法优点是探测效率高、不需要有出露点，但易受临近管道的干扰。

（2）压线法：利用发射机发射线圈正交于干扰管道，不向干扰管道施加信号的特性，灵活改变发射机的放置位置，抑制非可探测警示带的信号，达到加强可探测警示带信号的方法。该方法对与多条管道交叉以及近距离平行等疑难管道探测具有较好的效果，同时，根据管道的埋设特点又可分为水平压线法、倾斜压线法和垂直压线法三种方法。

三、Gas Tracker声学定位仪器的定位方法

Gas Tracker地下PE管线声学定位仪基于声波传播原理，应用特定传感器及信号分析软件跟踪燃气用PE埋地管道，确定管道位置及走向。

（一）产品组成：包括发射装置及接收装置两大基础系统设备（如图3所示）：

其中，发射装置包含控制器、内部电池、用于连接发射器和共振箱的橙色线缆、充电插頭、充电线缆及共振箱;接收装置包含手持型接收器、地面监听器、手持杆及充电器。

（二）工作原理

设备共振箱连接管道，以管道内气体为介质在管道中传输声波信号，共振箱内的共振膜产生一个带有特殊标识的声波信号，声波带动其附近的气体粒子振动，振动粒子间相互传播形成共振，声波信号在管道内向前传输，最终通过管道经土壤传播至地表，通过接收装置截获型号。由于是通过声波震动形成信号数据，对于传输介质有一定要求，例如土壤条件越好，越能测得准确数值，若横向对比，则夯实土壤较松软土壤检测效果好、传输距离远。

（三）操作方法

1、声波发射环节

第一步：选择管道连接口，如调压箱放散阀、闸井放散阀、入户管道等;第二步：使用转接头将共振箱与管道连接，并确保接头位置密封无泄漏;第三步：打开共振箱阀门，缓慢打开管道阀门约5秒，排出共振箱中空气后关闭共振箱阀门，再完全打开管道阀门;第四步：使用橙色连接线连接共振箱与发射器，按下绿色按钮开机，开始发射声波（如图4-a所示）。

2、信号接收环节

第一步：使用连接器插头将手持接收机与监听装置连接;第二步：按下绿色按钮、打开手持接收器，进入待机状态;第三步：使用prelocate模式，快速确认管道探测区域;第四步：测得管道大致位置后，打开Pinpoint精确定位模式，找到管道并在地面上进行标记（如图4-b所示）。

（四）定位方法

1、初步定位

以接入点为圆心做一个圆（半径大约3-5米）确定管线的大致走向，打开接收器，切换到预定位模式，沿曲线盲找，寻找到信号值最大的点，将其作为第一个管道上的点。找出的这个点位于管道正上方，将接入点与第一个点连接，这个方向就是管道的大致走向。

2、精确定位

以图5为例，参照47%的点，在与管线走向垂直的方向上，至少定位3个点，如：22%、47%、31%，找出相对最高点47%，就是管线所在位置。依次类推找出更多点，通过找到的点画一个平均线，所得到的平均线就是管线的走向和位置。如果在直线方向没有找到下一个有效信号点，可判断管线截止或拐弯。以61%的点为圆心，作一条圆弧曲线，沿着圆弧曲线方向进行检测，出现图中的情况，再次找到信号较强的点，图示为71%这个点，则证明管线在这个地方存在弯曲。如果仍旧检测不到信号，就可以简单的判断管线在该位置为终点。

四、检测实例

（一）试用地点一：A区两条城区主干道交叉口西南角（如图6所示）

信号源接入点：前进东路南侧人行道上一处闸井

如下图所示，红线为埋地PE管道位置和走向，即本次定位管道。此次定位以验证管位为主，整个检测过程持续约40分钟、非常迅速，准确定位了约200米管道。

（二）试用地点二：A区西铁兴盛小区

如下图所示，使用Gas Tracker声学定位仪之前，施工单位参照竣工图纸，为寻找碰口点，经过2天的挖掘已开挖出一处3米长、1米宽、1.5米深的作业坑，但由于图纸绘制粗糙、原有参照物拆除、可探测警示带未接电等原因，一直未找到原有埋地PE管道，给正常的碰口通气工作造成困难。

信号源接入点：小区大门前约20米处一座中压阀井

通过使用Gas Tracker声学定位仪对埋地PE管道走向具体定位后，施工人员按照指示位置，继续向下开挖了约0 5米，即挖出碰口作业寻找的管道（该管道于2014年前后建成、DE160口径、SDR11规格，埋深约2米，可探测警示带已破损），验证了Gas Tracker定位的准确性（如图7所示）。

（三）试用地点三：B县安置小区内

信号源接入点：楼栋旁调压箱

该小区庭院中压管道上一处阀井在调压箱下方，阀井附近一段长约2米的埋地PE管道，计划與新建的一段中压管道碰口，为安置小区内剩余用户供气。现场已开挖出5米长、0 8米宽、1，5米深的作业坑寻找碰口点，耗时两天、仍未挖出管道，由于庭院中压管道走向图绘制简易、无参照物、无可探测警示带，施工单位暂停了开挖工作，正在寻找其他解决方案。通过使用Gas Tracker声学定位仪对埋地PE管道走向具体定位后，施工人员按照定位仪指示位置进行开挖，但挖至1.5米深处时仍未发现管道，再次进行走向校准后，向调压箱相反方向平移约0.5米，扩大开挖范围及深度继续挖掘，挖至2米深时发现了碰口作业寻找的管道（该管道于2011年前后建成、DE110口径、SDR11规格，埋深约2米，无可探测警示带），验证了Gas Tracker定位的准确性（如图8所示）。

误差原因分析：通过开挖现场照片可以发现，管道正上方约0.4米处（红色圆圈标记），有一个厚度约8公分的水泥板夹层。此夹层走向与管道基本相同，覆盖在管道正上方，受此影响导致声波信号自管道内向地表传输过程中发生了偏移。

五、结语

可探测警示带定位法与Gas Tracker声学定位仪定位法工作原理均为：信号源发射信号，通过传播介质传递管线位置信号，由接收装置分析接收到的信息，最终通过信号强度大小来判断管位。区别点如下：

（一）Gas Tracker声学定位仪器

连接共振箱及发射器发出声音信号，通过打开的放散阀等管道接口进入管道天然气中，由操作人员进行工艺连接。

（二）可探测警示带

5.2.1直接法—一将可探测警示带与电信号发射器连接;

5.2.1间接法——将感应装置放于可探测警示带上方产生率，L：材料的长度，S：可探测警示带横截面积）。无论是直接法还是间接法，对可探测警示带完好性、接地性都有较高要求，如因可探测警示带接地性差，造成感应电流过小，则无法达到检测仪器的最小识别程度，出现识别失败。相反的，若可探测警示带接地良好、外围绝缘性能优良则不会产生电流衰减，全程产生均等磁场，可以根据测试仪器检测出可探测警示带具体埋深位置。

两相比较，可以看出：Gas Tracker声学定位仪器具有定位准确性较高、声音衰减不可避免、一次测量长度有限、遏管道上方地质环境突变易产生测量误差需修正参数的特点。可探测警示带对完好性、接地性要求较高，若因前期施工不规范断裂、偏移、绝缘层损坏、接地不良等情况则无法测量，如使用间接法还会因临近金属管道产生感应磁场干涉而无法确定管位，综合对比，Gas Tracker声学定位法更便于定位和准确度更高。

各城市燃气公司可结合自身运营情况、管网体量及城区环境复杂程度，综合考虑使用两种定位方法，若使用GasTracker声学定位仪器则需要一次性投入设备购置费用，培训员工熟练掌握测量方法，并结合竣工图绘制详细的管网走向图，同时，定期复测、更新数据、实现与SCADA等控制系统的信息互用;若沿用传统的可探测警示带定位法，则须加强施工现场管理，从敷设、下沟、回填等施工环节进行全面管控，确保可探测警示带与埋地管道走向吻合，且不断裂、偏移、损毁，日常巡检对接地预留口进行保养维护，同时密切关注第三方施工、占压等对可探测警示带的破坏，及时修补、更换。