摘　要：闡述埋地PE管道探測的示蹤線探測法、地質(zhì)雷達(dá)探測法，分析聲學(xué)定位探測法的原理、APL定位探測儀及應(yīng)用實(shí)例。聲學(xué)定位探測法不需要與管道連接即可進(jìn)行準(zhǔn)確定位，探測結(jié)果受周圍環(huán)境因素影響小，適用于地下復(fù)雜管線的探測。

關(guān)鍵詞：PE管道；??聲學(xué)定位；??聲學(xué)探測；??地質(zhì)雷達(dá)

Abstract：The tracer line detection method and geologic radar detection method for detecting buried PE pipes are elaborated．The principle of acoustic location and detection method，acoustic pipe locator(APL)and application examples are analyzed．The acoustic location and detection method can achieve accurate location，which does not need to connect to the pipe．The detection results are slightly affected by the surrounding environmental factors．This method is suitable for detection of the complex underground pipeline．

Keywords：PE pipe；acoustic location；acoustic detection；geologic radar

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PE管道具有施工方便、耐腐蝕、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，在管道工程中應(yīng)用越來越廣，但其不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁造成定位難度大，且PE管道本身強(qiáng)度小，一定程度上增加了第三方施工損害管道的可能性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深圳2013年上半年發(fā)生11起燃?xì)夤艿赖谌狡茐氖鹿?，造成?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。2013年11個月內(nèi)惠州市燃?xì)夤艿辣煌谄?3次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失逾200×10⁴元。因此，對地下PE管道的準(zhǔn)確定位進(jìn)行深入研究十分必要。

目前，常用示蹤線探測法是在PE管敷設(shè)施工時一起埋入一條導(dǎo)電線(稱為示蹤線)，并在閥門等明顯處設(shè)出露點(diǎn)，用于給示蹤線加電流信號。該方法探測時給示蹤線加上一定強(qiáng)度的電流，通過探測示蹤線電流產(chǎn)生的電磁場確定示蹤線的空間位置，從而確定埋地PE管道的位置^[1]。在PE管非開挖頂管施工中，經(jīng)常發(fā)生綁在PE管上的示蹤線在隨管拖動過程中被拉斷，造成無法探測^[2-3]。

地質(zhì)雷達(dá)是一種使用高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布的非破壞性地球物理探測方法，其工作原理是：發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波信號，在電磁波向地下傳播的過程中，當(dāng)遇到電性差異的目標(biāo)體(如空洞、裂隙等)時，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收反射波。地質(zhì)雷達(dá)工作原理見圖1^[4-5]。

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在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場強(qiáng)度、振幅和雙程用時等參數(shù)可推斷地下的地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)雷達(dá)探測具有高效率、無損害、高精度、抗干擾、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)^[6]，能較好地應(yīng)用于埋地PE管道定位探測，但地質(zhì)雷達(dá)對直徑較小的管道和位于鹽堿地、頁巖層或粘土下的管道探測均存在局限性，且圖像具有多解性，只有經(jīng)過專門訓(xùn)練的人員才能正確判讀管線屬性，探測費(fèi)用也較高。

目前，聲學(xué)定位技術(shù)應(yīng)用于埋地管道定位探測屬于一種新型技術(shù)，該技術(shù)主要是利用聲波在介質(zhì)中的傳播特性探測和定位目標(biāo)，其原理如下。

通常，聲壓波可表示為時間與位置的關(guān)系，見式(1)。

?²p/?x²=r0m(?²p/?t²)　　????(1)

式中p——聲壓，Pa

x——聲波發(fā)射點(diǎn)位置，m

r0——介質(zhì)平均密度，kg／m³

m——壓縮系數(shù)

t——時間，s

一般聲壓p表現(xiàn)形式為連續(xù)平面波，可分解成式(2)的形式。

p(x，t)=Pacos(2pft+kd)　　　????(2)

k=2p·(f/c)

式中Pa——平面波振幅，m

f——頻率，Hz

k——波數(shù)

d——波的傳播距離，m

c——聲波的傳播速度，m／s

管道聲學(xué)定位探測時，發(fā)射器發(fā)射一束短聲波脈沖到地面(見圖2a)，從任何不連續(xù)或帶有不匹配聲波阻抗的界面反射回聲波，其中管道光滑內(nèi)表面和氣體的接觸面反射系數(shù)為100％，土壤或巖石與管道外表面的接觸面的反射系數(shù)均較低，接收器接收到地表表面波和管道反射波，其探測波振幅見圖2b。一般情況下，增大聲波頻率能提高其辨識小管道和附近管道的能力，但是隨著頻率的增加，土壤的衰減能力也增大。對不同埋深的管道，基于土壤衰減特性應(yīng)設(shè)置最大使用頻率，根據(jù)土壤類型、濕度和夯實(shí)情況的不同，其衰減值的范圍為0.1～0.9dB／(kHz·cm)，衰減系數(shù)取決于地面條件。

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目前，市場上基于聲學(xué)定位系統(tǒng)開發(fā)的管道探測儀以APL聲學(xué)管道定位儀(簡稱APL)為代表。20世紀(jì)90年代后期，美國燃?xì)庋芯吭?GTI)開始研究船管道聲學(xué)探測技術(shù)，后來將該技術(shù)授權(quán)給美國杰恩公司，并于2011年基于聲學(xué)探測技術(shù)的APL開始商業(yè)化，其發(fā)展歷程見圖3。該儀器由操作面板、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、手柄等組成，其工作流程如下：儀器操作時要平放在地面上，以便與地面形成較好的耦合，按動按鍵發(fā)射一束聲波脈沖，該束脈沖會持續(xù)約2s，這個過程稱為一個點(diǎn)探測。操作者繼續(xù)向左或向右平行移動15～30cm再做一個點(diǎn)探測，如此反復(fù)完成一個截面多個點(diǎn)探測(至少做5個點(diǎn))，最終顯示界面把該截面內(nèi)所有點(diǎn)探測結(jié)果綜合為一個管道位置點(diǎn)顯示出來。

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