PE燃气管道定位仪在PE燃气管道探测的应用

2023-09-27王东

煤气与热力 2023年8期

王东

(北京市煤气热力工程设计院有限公司,北京100032)

1 概述

根据住建部《2021年城市建设统计年鉴》,2021年我国城市天然气管道长度为929 087.71 km。在中低压城市天然气管道中,PE天然气管道占比最高。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[1],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。

2 PE燃气管道定位仪组成及工作原理[4]

① 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。

② 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,其管道直径为110～315 mm,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GB 50026—2020《工程测量标准》、CJJ 61—2017《城市地下管线探测技术规程》及相关企业标准。

3.3 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]。

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

① 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。

② 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、入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,3～5 m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。

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。

图2 不同土壤管道探测示例

③ 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、1 m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。

图3 弯头探测

④ 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。

图4 三通探测

⑤ 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5a中,管道直管段上探测点A、B、C探测距离分别为50、100、150 m。图5b中,管道上探测点A—G各相邻点间距约为3～5 m。图5c中,主管道及分支管道上探测点A—E相邻点间距及C1、C2间距为3～5 m。

图5 管道探测示例

⑥ 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。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 管道测量及成果生成

① 管道测量[11-12]

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。

② 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。

4 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30 km,开挖1 000处,其中970处挖到PE燃气管道,其余30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[13-14]等探测方法或进行实地开挖。