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听音法的现场实施:阀栓听音、地面听音与钻探验证

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-18 17:03:40 作者: 浏览次数:4732次 分类:技术文章

文章概述: 同一个听音法,在规程里是三种招式。本文以现行行业标准 CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》第7章为骨架,按现场推进的顺序拆开讲:第 7.1.1 条把阀栓听音、地面听音、钻孔听音并列为按条件选用的三条路径,三者的差别不在难易,而在输出结果是管段、极值点还是被验证的点。第 7.1.2 条给出 0.15 MPa 的压力门槛与 30 dB 的环境噪声门槛,前者决定声源端有没有足够声强,后者卡住接收端能否分辨。阀栓听音部分讲直接接触附属设施的必要性、明漏登记的五项记录,以及从声音强弱推断距离时那层跨不过去的推断。地面听音部分解释 2.0 m、1.0 m、0.2 m 三级步长如何构成收敛过程,深埋 2.0 m 这条线的物理来由,以及 S 形推进找回横向位置的原理。钻孔部分说明为何必须排在普查之后、两个孔如何把不确定性压到 0.5 m 量级。文中还给出设备选型时应向厂家核取的灵敏度指标,并结合北京康高特(KGT) PLD-11 与大海两款智能数字听漏仪说明带宽差异的适用场合。方法各有用处。

听音法在供水管网检漏里属于成熟较早的一类方法,也是现场用得很广的一类。它的门槛不高,一支听音杆便可开工,但要把拧在一起的三件事分开,并不容易。哪三件事?阀栓听音、地面听音、钻孔听音,规程把它们写在同一章里,看上去像同一种动作的三种姿势,实际上各自能吃下的活完全不同。分不清这一点,现场常出现的后果是拿普查的工具去干定位的活,测了一整天,得到一个方向模糊的结论。

行业标准 CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》第7章专门讲听音法,条文不长,却把三种方法的分工、适用条件、操作细节、质量检查都写死了。这一篇按现场推进的顺序,把条文拆开来看,顺便交代那些条文没写明、但决定了成败的细节。

一、三条路径不是三个难度等级

规程第7.1.1条开头给出的是方法论层面的要求:采用听音法进行管道漏水探测时,应根据探测条件选择阀栓听音法、地面听音法或钻孔听音法。这句常被读成“先易后难”的三档。

其实不然。

翻开7.2.1条,阀栓听音法的用途写的是漏水普查,探测漏水异常的区域、范围,并对漏水点进行预定位。第7.3.1条写地面听音法,用途是漏水普查和漏水异常点的精细定位。第7.4.1条写钻孔听音法,用途是漏水异常点的精细定位。三者的差别不在难易,而在输出的结果类型。

阀栓听音输出的是一段管段范围的结论,不是一个坐标。它能告诉你这一片有异常,范围大概落在哪几个阀栓之间,至于漏点在这一段里的哪个位置,它给不出。地面听音在这一步之上往下走了一层,可以在地面上把点缩到很小的范围。钻孔听音则是把结果往认定的方向上再钉一次。

看清这个分工,排工序便有了依据。先用阀栓听音把管网扫一遍,圈出可疑区域,再上地面听音缩小范围,遇到地面条件不支持时才考虑钻探。跳过前两步直接钻孔,等于在没有嫌疑对象的情况下取证。这条路径在7.4.2条里有硬约束,后面会讲。

二、进现场之前的两道门槛

7.1.2条规定了听音法的两个前置条件:管道供水压力不应小于0.15 MPa,环境噪声不宜大于30 dB。

这两条是对方法本身的定义。漏水声的来源,是承压水体从小孔里喷出时的湍流与空化,压力越低,喷射速度越低,声强跟着掉。压力低于0.15 MPa时,声源端已经弱到难以与背景区分,后面再怎么放大都是徒劳。这不是仪器的问题,是物理条件不成立。

环境噪声30 dB这一条,卡的是接收端。它旁边还有一条常被忽略的要求:所用仪器应当处在计量检定的有效期内。过期未检的设备,示值与灵敏度都可能漂移,读出来的强弱顺序未必可信。

两个门槛都不满足时,正确的处置不是硬测,是等。等到夜间低峰时段,车流与用水活动落下去,环境噪声自然降低,同时管网压力往往比白天高。这也是为什么听音作业多安排在夜间。第3.0.14条对夜间作业的安全配套有明确要求,反光背心、现场围栏、警示标志缺一不可,这一条属安全要求,与探测方法本身无关,执行时不要混为一谈。

三、阀栓听音:直接接触才有信号

7.2.3条写得直白:采用阀栓听音法探测时,听音杆或传感器应直接接触地下管道或管道的附属设施。

这一句里的关键词是“直接接触”。附属设施指的是阀门、消火栓、水表这一类物件,它们与管道刚性连通,是漏声从地下走出来的天然通道。管壁的振动沿金属件向上传到地面,衰减小,信号强。若在旁边的土层或路面上取点,高频成分先被吸收,剩下的一点低频既弱又糊。

接触状态决定了一切。阀栓表面有浮土、有锈层、有积水,听音杆压上去得到的可能是晃动声而不是管壁振动。现场要先把接触面清理干净,再把听音杆或拾音器压实,必要时借助阀体本身的螺栓、阀杆这类刚性部位。松垮的接触会让信号时有时无,判读人员往往误以为是漏点不在附近。

7.2.2条规定阀栓听音法可采用听音杆或电子听漏仪。这两种工具的差别,在于能不能量化。听音杆靠机械传导,结构简单,不用电,适合快速筛查。电子听漏仪把振动转成电信号,能看读数、能滤波、能记录,适合需要留下数据的场合,同一点的量值在不同人手里是相同的,也便于回去复现。反过来,听音杆听到的强弱全凭耳朵,换一个人便是另一套标准,碰到需要反复比对的可疑区段,这种不确定性会成为负担。现场常见的做法是两者搭配:普查阶段点多面广,用听音杆快速过一遍。一旦锁定可疑区段,要连续几天复现同一处的读数,应换成电子仪器。接触状态还要再查一遍,阀体锈蚀、螺栓松动、井盖压住听音杆,都会让信号断断续续,这类现象常被误读成漏点忽远忽近。接触先于判读。

四、先看明漏,再去听声

7.2.4条插进来一条容易被跳过的动作:采用阀栓听音法探测时,应首先观察裸露地下管道或附属设施是否有明漏。发现明漏点时,应准确记录相关信息,记录内容包括阀栓类型、明漏点的位置、漏水部位、管道材质及规格、估计漏水量五项。

这条看上去琐碎,作用却很实在。明漏本身构成一个强声源,它发出的声音会沿着管道传播很远,掩盖掉沿线其他漏点的声音。不先把它登记并处理掉,后面的听测结果里会混进它的成分,甚至把人引到错误的位置上去。

五项记录内容也不是形式。阀栓类型决定了后续能不能复测到同一个点,材质与规格关系到管壁传声的特性,估计漏水量则给出了量级参照。这些信息合起来,构成后面判断“这段到底有几个漏点”的基础资料。现场把这五项记全,后面回来的每一次复测都有坐标可依。资料先行。

五、从声音强弱到距离判断,隔着一层推断

7.2.5条写的是阀栓听音的判读逻辑:应根据听测到的漏水声音确认漏水异常管段,然后根据漏水声音的强弱和特征,并结合已有资料,推断漏水异常点。

条文说明把这个逻辑讲得更透:根据漏水声音的大小,推测可能漏水点距离听测点的远近。

这里要分清,这是一次推断,不是一次测量。声音沿管壁传播时会衰减,衰减量取决于管材、管径、接口形式、水压高低。同一份音量,在钢管上传出去的距离,和在塑料管上完全不同。不知道这些参数,声音强弱只能排出先后顺序,换不成米数。

所以把几个相邻阀栓的听测结果排个队,音量大的那两个之间,即为异常管段。这个结论是可靠的。至于漏点落在这一段内的哪个位置,阀栓听音给不出,需要交给下一步。推断到此为止。

六、地面听音多出来的那一档

同样是听声,地面听音法为什么能往精细定位再走一步?答案藏在它与阀栓听音的差别里。

阀栓听音的取点受限于阀栓位置,消火栓间距常常几十米甚至上百米,中间没有可接触的金属件,声信号在这几十米里缺少可靠的通道,到不了手上。地面听音不受这个限制,它是沿管道走向在管道上方逐点听测,只要地面能站人、能放稳拾音器,任意位置都能取点。

7.3.4条把步长规定得很具体。漏水普查时,应沿供水管道走向在管道上方逐点听测,金属管道的测点间距不宜大于2.0 m,非金属管道的测点间距不宜大于1.0 m。漏水异常点附近应加密测点,加密测点间距不宜大于0.2 m。

三个数字构成了一个收敛的过程。金属管传声好,2.0 m一个点足以保持连续性。非金属管阻尼大,峰值两侧跌落更陡,按金属管那样的间距布点很容易跨过极值点,所以把步长缩到1.0 m。到了异常点附近,要找的是音量极值所在的位置,0.2 m的步长才能把极值“夹”出来。加密步长相对普查步长缩小了5倍到10倍,这一步压缩,正是精细定位的本质。

步长之外还有一个容易被跳过的细节:测点应当落在管道正上方。漏声穿过土层到达地面时,能量集中的位置落在管顶投影处,偏离越多,接收越弱。管线走向不明时,S形推进能把这个横向位置找回来,这一点在下一节讲。

七、埋深2.0 m这条线的来由

7.3.2条规定:采用地面听音法探测时,地下供水管道埋深不宜大于2.0 m。条文说明给了理由,管道顶部埋深大于2.0 m时,听音效果较差,不宜采用听音法探测。

这条线的物理原因,是土层对高频的吸收。漏声从管体出发,先穿过回填土与路面结构,才到达地面与拾音器的接触面。这一段路程里,土质、含水率、压实度、路面材质都在改变频谱,其中高频成分衰减得更多。埋深翻倍,到达地面的信号能量不止掉一半,能带出来的细节也跟着减少。

路面材质在这条链路上的作用同样不能忽略。沥青与混凝土面板对高频成分衰减明显,同一条管线在裸土路面上听得到的细节,铺装路面上往往只剩一团钝响。碰到这种情形,加密步长比提高增益更管用,条件允许时把测点落到路侧裸土或绿化带上,让拾音器避开面板。

遇到深埋管线,现场的判断应该是换方法,而不是加天线把增益拧上去。增高倍数把信号与噪声同等放大,比值不变,换来的是更响的一片糊声。这一点和干扰控制的道理相通。放大不是解药。

八、把单点5 s摊到整条管线上

7.1.4条规定:采用听音法进行管道漏水探测时,每个测点的听音时间不应少于5 s。对怀疑有漏水异常的测点,重复听测和对比的次数不应少于2次。

5 s这个下限,是为了避开瞬时的干扰。车过、关门、远处施工,都是几秒以内的事件,听音时间太短,读到的可能只是一次偶发。守住5 s,读到的是这一点的稳定状态。

把这条和步长合起来,能算出一条1000 m长的非金属管线要花多少时间。按1.0 m的步长,全程是1000个测点。每点5 s,纯听音时间达到5000 s,约83 min。金属管按2.0 m步长则是500个点,约42 min。

83 min只是理想值。真实作业要加上挪动、放稳拾音器、记录读数、戴脱耳机的开销,每点摊到20 s到30 s是常态。一条1 km的非金属管线,实际工时往往在6 h到8 h,一夜能干完的量有限。这正是必须先用普查手段圈定范围的原因,要把有限的工时花在可疑的地方,而不是全线平推。

九、S形推进解决的是横向丢失

7.3.5条规定:采用地面听音法进行漏水点精细定位或对管径大于300 mm的非金属管道进行漏水探测时,宜沿管道走向成S形推进听测,但偏离管道中心线的距离不应超过管径的1/2。

为什么要走S形?因为管线的实际走向与竣工图常常对不上。垂直地听一条直线,如果中心线判断偏了,峰值位置会整体偏移,听到的峰值点未必在管道正上方。左右摆动着推进,等于在横向做了一个扫描,峰值的横向坐标也能确定下来。偏离不超过管径的1/2,是为了保证始终在有效接收范围内,摆得太远,等于离开了传声通道。

大口径非金属管尤其需要这一步。口径越大、材质越软,偏离中心时的信号跌落越平缓,单靠直进很难分辨到底偏左还是偏右。横向也要扫。

十、钻孔排在普查之后,是硬约束

7.4.1条写钻孔听音法可用于漏水异常点的精细定位。现场常说的钻探验证,规程里的称呼是钻孔听音法,两者指同一件事。7.4.2条紧接着加了两道限制:钻孔听音法应在供水管道漏水普查发现漏水异常后进行。钻孔前应准确掌握漏水异常点附近其他管线的资料。

第二句是安全底线,也是容易被压缩的环节。城市地下的空间里挤着电力、通信、燃气、光缆,钻下去之前不把这些的分布与埋高清查一遍,风险不可控。稳妥的做法是在钻孔前用管线探测仪复核一遍,确认没有障碍物再动手。这一层顺序不能倒,钻孔不可逆,错了没法撤。

7.4.2条把钻孔定位在时间线的末端,理由也很清楚。钻孔远比做地面测点费周折,把它放在末位的一步,是用省事的手段把范围收窄之后,再用更重的动作做确认。

十一、两孔间距50 cm的收敛逻辑

7.4.3条规定:采用钻孔听音法探测时,每个漏水异常点的钻孔不宜少于2个,两钻孔间距不宜大于50 cm。7.4.4条补充:采用钻孔听音法听音时,听音杆应直接接触管体。

为什么是2个孔?一个孔只能给“这里有”,两个孔才能给“在这里”。声音强度随距离衰减,把两个相邻孔位的读数放在一起比较,漏点必定落在读数较大的那一侧。沿着这个方向继续收窄,不确定性夹在两个孔之间的那一段里。

规程把间距卡在50 cm,换算一下便知它的用意。两个孔的间距是50 cm,漏点落在两孔之间的区间宽度为0.5 m,这个量与第3.0.11条对定位误差不宜大于1 m的要求是配套的:即使不进一步优化,单靠两孔的强度对比,也已经把不确定性压到了验收线以内。间距再放大,收敛的起点便宽了,达不到这个效果。

值得一提的是,规程的修订征求意见稿曾把这个数字改成不宜少于3个。现行版本仍是2011版,引用时以2个为准,不要把征求意见稿的数值当成现行要求写进文章里。这类版本差异常被忽略,写出来会是一处硬伤。

7.4.4条要求听音杆直接接触管体,这是钻孔这一方法的价值所在。地面听音要经过土层的过滤,钻孔听音跳过了这一层,把拾音器直接送到管壁上,接收到的信号贴近源头。孔底常积水或有泥浆,设备在这一步要能短暂浸水,防护能力不足会在临门一步掉链子。北京康高特(KGT)PLD-11智能数字听漏仪的拾音器按IP67设计,指标为水深1 m、30 min,正是为这类工况准备的。拾音器直径78 mm、高50 mm、重580 g,尺寸小,便于放进孔口,贴近管体时也不容易被孔壁卡住。

十二、设备要过的三条硬件门槛

7.1.3条对听音法所用仪器提出了明确要求:听音杆宜具有机械放大功能,电子听漏仪还应具有滤波功能、多级放大功能,使用加速度传感器作为拾音器时,其电压灵敏度应优于10 mV/(m·s^-2)。

三条要求,前两条是功能性的,第三条是量化指标。这也给了现场选型一份清单:滤波能力决定能不能把频带对准漏水声的主频,多级放大决定能不能把弱信号抬到可读区间,拾音器灵敏度则决定了这套链路输入的起点。

需要提醒的是,第三条里的灵敏度指标属于需要在厂家资料上核对的项目。选型时应向厂家索取拾音器电压灵敏度的标定值,拿它和规程的10 mV/(m·s^-2)比一比,而不是默认只要叫“电子听漏仪”便自动达标。指标要核对。

北京康高特(KGT)PLD-11智能数字听漏仪在这一环节给出的配置可以作为参照。它的频率范围是0 ~ 6000 Hz,滤波采用数字加模拟双模式:数字滤波的高通拐点、低通拐点各24档,高通自0 Hz起到3150 Hz,低通从20 Hz起到4000 Hz。模拟滤波另有低通100 Hz、200 Hz、400 Hz三档,高通600 Hz、800 Hz、1200 Hz三档。增益46 dB,信号强度显示0到100。档位给得细,好处在现场很直接。地面听音时先用宽带扫描,找到量值抬头的区段,再把拐点向内收到主频附近,读数的对比度立刻不同。

北京康高特(KGT)的大海智能数字听漏仪,频率范围为0 ~ 4000 Hz,滤波方式与上面介绍的模拟加数字结构相同,模拟滤波同样是低通三档与高通三档。两款的区别在带宽:6000 Hz的一端覆盖到了更多高频成分,适合管径较小、漏声主频偏高的场合。4000 Hz的一端在中低压管网上同样够用。两者的信号强度显示范围同为0到100,存储同为64 GB,显示屏同为5英寸TFT,控制单元防护等级同为IP54,工作环境温度同为-15 ℃到50 ℃。选型时按被测管网的主频范围挑带宽,比按型号高低挑更有意义。

PLD-11还有一项设计值得一提:自动滤波功能可以根据获取声音信号频谱自动调整滤波范围,操作人员不必手动选频。配合频谱分析功能,在一个新测区先跑一遍频谱,看能量集中在哪一段,再回头设置滤波范围,比凭经验试要快。设备还可通过蓝牙连接手机软件,把位置、漏水声音、测试数据一并传输并在地图上标记点位,长时间的普查作业下来,资料整理的工作量能省掉一大块。

另一项约束容易被漏算,那便是续航。夜间作业从晚高峰结束干到凌晨,连着五六个小时是常事,中途回驻地充电等于打断整晚的安排。PLD-11配一块8 Ah聚合物可充电电池,官方参数表给出的应用时间在16 h到20 h之间,充电时间不超过4 h。一块电池覆盖一整夜还有余量。

十三、过程质量检查:三个数字兜底

7.1.5条规定:应采用复测与对比方式进行过程质量检查,检查时应随机抽取复测管段,且抽取管段长度不宜少于探测管道总长度的20%,并应重点复测漏水异常管段和漏水异常点。

这条是给听音法加的一道内部控制。听音的结果依赖判读者的经验,同一个量的音量,不同的人可能给出不同的排队顺序。复测与对比是把这件事外部化:换人、换时段,重新测一遍,看结论是否复现。

20%这个比例是抽样的下限。同样一件需要注意的事在于,抽查管段的选取应当是随机的,而不是专挑好测的那几段。随机抽还要重点覆盖异常管段与异常点,双重重点叠在一起,等于给结论上了两道保险。

把7.1.4条的5 s、2次,连同7.1.5条的20%放在一起看,会发现规程管的是三件事:单点要有足够的观测时长,异常点要有重复的观测次数,整条管线要有足够比例的复测。三者兜的是同一件事。听音法的结论是判读出来的,不是量出来的,所以要靠工序来压住误差。

把这套控制放到工作量里算也很划算。20%的复测比例意味着每投入5 km的普查量,还要再投1 km的复查量,表面看多出两成工时,换回的是结论站得住。开挖一次远比多听一个晚上费事,两者不在同一个量级上,这笔账在现场很好算。

十四、常见问题

1、阀栓听音能直接给出漏点位置吗

不能。7.2.1条给阀栓听音的定位能力是预定位,它能确定异常管段与大致范围,米级的位置要靠地面听音或钻孔听音往下做。把这一步的结果直接写进报告,误差往往超出第3.0.11条不大于1 m的要求。

2、环境噪声超过30 dB还能听吗

7.1.2条把环境噪声不大于30 dB写成听音法的作业条件之一。超过了,等于条件不成立,继续测下去得到的强弱顺序未必可信。合理的处置是换到夜间低峰时段,或先用抗干扰能力更强的相关分析法在这一段做。条件先满足。

3、加密测点为什么要用0.2 m的步长

2.0 m与1.0 m的步长是用来发现异常区段的,0.2 m是用来找极值的。音量沿管线是连续变化的,间距越窄,越能把峰值夹在中间。加密步长相对普查步长缩小了5倍到10倍,这一步压缩正是精细定位的核心动作。

4、钻孔前必须做哪些准备

7.4.2条要求钻孔前准确掌握漏水异常点附近其他管线的资料,包括电力、通信、燃气、光缆各自的分布、埋深。稳妥的做法是用管线探测仪在孔位上复核一遍,确认无障碍物再钻。钻孔不可逆,这一步省不得。

5、电子听漏仪的滤波该怎么设

先用宽频带听,看谱线集中在哪一段,再把高通与低通拐点往内收到主频附近。金属管的漏水声主频偏高,塑料管偏低,柏油路面还会进一步削掉高频成分。若实在拿不准,可借助设备的自动滤波功能由系统自行收敛。

6、已经有相关仪了,还需要做地面听音吗

需要。相关分析法靠时延求解,在两个传感器之间的那一段上效率高,但它一次只能夹住一段,换段要重新布设。听音法靠强度排队,起步门槛低、覆盖面广,适合先把长管线过一遍,圈出值得用相关仪细查的段落。两者把手的位置不同,不是替代关系。规程第3.0.2条建议复杂条件下采用多种方法综合探测,正是这个道理。

听音法一路走下来,是一条逐步收窄的路径:阀栓听音把范围从整个管网收到一段管线,地面听音从一段管线收到一个极值点,钻孔听音把这个点钉实在管体上。每一步都有自己的门槛与边界,跳过其中任何一步,后面的努力都会落空。三者还共享同一套判读基础,那是漏声的强弱。正因为都靠强弱排队,它们也共享同样的门槛:压力要够、噪声要低、单点要停得住、异常点要复查。把这四道关口守住,三种方法的接力才接得稳。规程第7章写的正是这条路径,条文不多,但把每一步能做什么、不能做什么都划了线。

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