浅谈 GPPL 在燃气 PE 管道定位中的应用

作者：王龙   任卫卫     单位：西安管畅环保科技有限公司

摘 要：城市地下管线，种类繁多，埋设环境复杂，且一些年久的管线没有图纸 资料，无法确定其准确位置，而燃气管线投运后的维修、改造等情况下又需要及时准 确的找到管道位置,这成为燃气企业头疼的难题。在各种材质的管线中 PE 管道本身具 有重量轻、造价低、易于埋设和维修等优点，在管道工程上越来越广泛的被应用。但 是由于 PE 管道不导电、不导磁，基本绝缘，因此常规的探测手段无法对其精准定位。 本文主要阐述了，目前 PE 管道探测方面各种探测方法的使用情况，重点介绍了 GPPL 燃气 PE 管线定位仪在 PE 管道探测中的应用方法及实际应用，分析对比了各种方 法的应用特点，和在不通情况下各种探测方式的可行性。

关键词：PE 管道定位 声波探测 地质雷达 示踪法 燃气 PE 管道定位 GPPL

Abstract: the urban underground pipeline, a wide range of embedded environment is complex, and some years of line drawings, unable to determine its exact location, and the gas pipeline commissioning after maintenance, reconstruction and so on situation and need to find pipeline position accurately and in time, it became gas companies have a headache problem.PE pipe itself in all kinds of pipeline with light weight, low cost, easy to bury and maintenance etc, and widely used in pipeline engineering.But because the PE pipe conductivity, permeability, basic insulation, so the conventional detection method can not accurately positioning.This article mainly expounds the, at present the usage of PE pipeline detection, detection methods, mainly introduced GPPL gas PE pipe locator in the application of PE pipeline detection methods and actual application case, analyzed the application characteristics of various methods, and the feasibility of various detection methods in each case.

Keywords: PE pipeline locat   Sound waves to detect    Ground penetrating radar Tracer method  Gas pipeline positioning  GPPL

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。

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，找出信号强度值的点标记为管线个位置点，将接入点与个点连接起来，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。

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点，则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。

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。

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。

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

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，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20cm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，定位介于±30cm，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，介于±30cm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。

参考文献：

[1]高爱斌 宋彩朝 地下燃气管线的探测定位方法的探讨阜新市煤气工程公司 [2]陈友谊 周亚军 浅谈燃气管线的探测定位方法 工程物理探测学报

[3]王勇 城市地下管线探测技术方法研究与应用 博士论文

[4]熊俊楠 基于探地雷达的城镇燃气 PE 管道探测方法