埋地非金屬(PE)管線探測(cè)新技術(shù)

肖良武，賈向煒，李英杰

(武漢安耐捷科技工程有限公司，湖北武漢430070)

一、前 言

近幾年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及城市化進(jìn)程的不斷加快，地下管線的建設(shè)也突飛猛進(jìn)，地下管線管理的重要性也日益被各級(jí)政府部門(mén)重視。后期的地下管線維護(hù)都需要及時(shí)、準(zhǔn)確和完整的地下管線信息，從目前國(guó)內(nèi)管線探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，金屬管線的探測(cè)技術(shù)已趨于成熟，但非金屬管線的探測(cè)卻存在著諸多問(wèn)題。目前迫切需要一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)非金屬管線探測(cè)的儀器，具備抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)很多城市中，非金屬管線占全部管線的40%。因此，對(duì)非金屬管線的普查探測(cè)將是近年整個(gè)管線普查工作的重點(diǎn)。

二、非金屬管線探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及問(wèn)題

隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，地下管線由過(guò)去的大量使用金屬類(lèi)材質(zhì)，逐漸向非金屬材質(zhì)過(guò)渡。當(dāng)前城市地下管線種類(lèi)繁多，主要由金屬管線和非金屬管線組成，目前金屬管線的探測(cè)基本上都有比較成熟的技術(shù)和設(shè)備。非金屬管線主要包括類(lèi)似玻璃鋼、工程塑料或復(fù)合塑料(PVC、PE、PPR等)管等，這些管材的特點(diǎn)為耐腐蝕、抗老化、便于施工、成本低，但導(dǎo)電性能差，基本絕緣。這也給后期的探測(cè)定位造成了很大的不便。也有一些非金屬管線前期埋設(shè)時(shí)為了后期的定位，也同步布設(shè)有示蹤線，但由于布設(shè)時(shí)施工原因，存在示蹤線斷開(kāi)的問(wèn)題，難已探測(cè)。隨著非金屬管線的大量應(yīng)用，市場(chǎng)上已有一些方法用來(lái)探測(cè)非金屬管線，但都存在著不夠準(zhǔn)確、操作不便利、抗干擾能力差等問(wèn)題。目前對(duì)于非金屬管線的探測(cè)的主要方法如下。

1.固定信標(biāo)探測(cè)法

信標(biāo)探測(cè)器通過(guò)發(fā)送可使地下信標(biāo)感應(yīng)的特定低頻脈沖信號(hào)，定位預(yù)埋于地下管道上方的信標(biāo)的分布;該儀器把這種感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l報(bào)警信號(hào)從而確定管道位置。信標(biāo)探測(cè)儀可探測(cè)圓柱形或環(huán)狀的地下信標(biāo)。不同埋設(shè)深度的信標(biāo)對(duì)應(yīng)不同的頻率。埋地信標(biāo)探測(cè)法只適合于在管道施工時(shí)及管道搶修后，在管道重要的位置(如三通，拐點(diǎn)，盲端)的上方布設(shè)信標(biāo)，對(duì)管線的前期有要求，對(duì)于在前期埋設(shè)時(shí)大多沒(méi)有布設(shè)的管線是沒(méi)有辦法探測(cè)的。

2.移動(dòng)信標(biāo)探測(cè)法

利用信標(biāo)探測(cè)儀定位管道，其基本的工作原理是通過(guò)追蹤“信標(biāo)”在管道中的移動(dòng)從而定位管道的路徑。信標(biāo)可以作為一個(gè)小發(fā)射機(jī)來(lái)使用，使用時(shí)利用玻璃鋼穿孔器和連接繩，或利用剛性和半剛性電纜推進(jìn)裝置，還可利用CCTV管道爬行器將信標(biāo)置入管道內(nèi)部，利用信標(biāo)探測(cè)器接收機(jī)在路面上接收信標(biāo)發(fā)射的磁場(chǎng)信號(hào)，從而對(duì)管道定位和定深。從使用方法上來(lái)看，信標(biāo)法探測(cè)的前提是只能應(yīng)用于開(kāi)放式的管道，即非壓力管道、重力管道、帶有檢修井或窨井等設(shè)施。從這一層面來(lái)說(shuō)該方法只適用于排水管道，在探測(cè)范圍上有很大的局限。

3.探地雷達(dá)法探測(cè)

雷達(dá)法探測(cè)是利用探地雷達(dá)電磁波，對(duì)所覆蓋區(qū)域地下結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性進(jìn)行探測(cè)，利用不同物質(zhì)的電介常數(shù)(導(dǎo)電性)的差異，從而區(qū)分出地下管道。雷達(dá)波的特性是:頻率越高，所探測(cè)物的分辨率越高，同時(shí)衰減越快，探測(cè)深度越小;頻率越低，分辯率越低，衰減慢，探測(cè)深度大。影響雷達(dá)對(duì)管道探測(cè)的因素有:管道材質(zhì)與周?chē)靥钗锏膶?dǎo)電差異，相應(yīng)的是管道導(dǎo)電性越好，導(dǎo)電差異越大，雷達(dá)反應(yīng)也越明顯;管道回填土的含水率，濕度越高越不利于雷達(dá)的分辨。探地雷達(dá)對(duì)人員操作的要求非常高，需要非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)雷達(dá)法探測(cè)不需要地面上有管道的相關(guān)構(gòu)筑物或井等，但是只能作剖面探測(cè)，不能對(duì)管道進(jìn)行追蹤。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，由 GRI/GTI、OTD、PHMSA(管道危險(xiǎn)材料安全局)提供資金，美國(guó)燃?xì)庋芯吭?GTI)于20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始研發(fā)，針對(duì)一些定位無(wú)標(biāo)識(shí)管線系統(tǒng)、無(wú)需接入管線系統(tǒng)，一鍵操作、數(shù)據(jù)直觀說(shuō)明，可在一般土壤、草地、混凝土和瀝青等覆蓋土質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的APL聲學(xué)管線定位儀(如圖1所示)，并將技術(shù)授權(quán)給美國(guó)杰恩公司，并于2011年中期開(kāi)始商業(yè)化。

圖1

三、APL聲學(xué)管線定位儀

1.工作原理介紹

將APL放置在地面，并與地面進(jìn)行良好接觸(耦合)，發(fā)射機(jī)發(fā)射一組“聲脈沖”，接收機(jī)接收并發(fā)射聲波，監(jiān)控反射波的強(qiáng)度、速度和間隔時(shí)間。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的每次發(fā)射和接收是一個(gè)“斷面”，一組“斷面”是一個(gè)“掃描”(如圖2所示)。

圖2

2.APL的使用

確定工作區(qū)域，并按一定距離將之劃分為網(wǎng)格狀(如圖3所示)，使用APL進(jìn)行一列一列的掃描。掃描完一列根據(jù)儀器的提示將管線用標(biāo)志漆/粉筆在地面標(biāo)記測(cè)量設(shè)備的參考位置，將整個(gè)工作區(qū)域掃描完，最后將標(biāo)志點(diǎn)連接起來(lái)形成管線走向圖。圖3中單一的(白色標(biāo)志)標(biāo)志點(diǎn)為異常點(diǎn)，可視為無(wú)效點(diǎn)，不予考慮。

圖3

3.APL的應(yīng)用實(shí)例

1)筆者針對(duì)不同材質(zhì)的管線分別進(jìn)行了探測(cè)并開(kāi)挖驗(yàn)證(如圖4所示)。實(shí)踐證明，針對(duì)城市中各種非金屬管線的探測(cè)，APL是一種非常有效及操作簡(jiǎn)單的解決方案，能解決目前面臨的各種因圖紙不清楚、沒(méi)有布設(shè)信標(biāo)及示蹤線的管線。

2)2013年8月在西南某燃?xì)夤窘M織進(jìn)行APL對(duì)地下PE管線探測(cè)技術(shù)的研討，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)此技術(shù)的應(yīng)用高度重視，還進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操觀摩。實(shí)操演示定點(diǎn)在某醫(yī)院門(mén)口，筆者所在單位工作人員采用APL地下PE管線探測(cè)設(shè)備對(duì)PE160中壓燃?xì)夤芫€進(jìn)行示范操作。演示結(jié)果顯示出與PE管走向及位置的較好一致性。檢測(cè)結(jié)果表明除PE管外，在其附近還有另一條管道。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)目前APL在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，針對(duì)非金屬管線的探測(cè)存在的諸多問(wèn)題，筆者進(jìn)行了大量的工作，并結(jié)合實(shí)地進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的驗(yàn)證。事實(shí)證明，APL在國(guó)內(nèi)針對(duì)非金屬管線的探測(cè)解決了一些以前存在的問(wèn)題，能很好地解決城市埋地非金屬管線探測(cè)不夠準(zhǔn)確、操作不便利、抗干擾能力差等問(wèn)題。在實(shí)踐過(guò)程中筆者也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)非金屬管線探測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)地管線特點(diǎn)，選用相應(yīng)的探測(cè)方法，挖掘現(xiàn)有探測(cè)設(shè)備的潛力，多種設(shè)備同時(shí)結(jié)合使用。通過(guò)對(duì)探測(cè)方法的不斷摸索總結(jié)，筆者相信今后非金屬管線探測(cè)的方式、方法將會(huì)更加準(zhǔn)確完善。

圖4

［1］區(qū)福邦.城市地下管線普查技術(shù)研究與應(yīng)用［M］.南京:東南大學(xué)出版社，1998.

［2］趙永峰，鞠春華，伊商鵬.探地雷達(dá)在非金屬管線探測(cè)中的應(yīng)用［J］.城市勘測(cè)，2009(3):131-133.