城市地下管線探測(cè)方法探討

城市地下管線探測(cè)方法探討王正玲

（蘭州市勘察測(cè)繪研究院，甘肅蘭州730000）

近年來，伴隨著城市快節(jié)奏的發(fā)展速度，地下管線如雨后春筍般地涌現(xiàn)，而舊的地下管線因?yàn)楦鞣N原因又無法拆除，新舊地下管線交替分布，給城市地下管線管理造成了很大的不便，又因?yàn)楣芫€建設(shè)時(shí)路面開挖、施工不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致管線泄露爆炸、路面坍塌、電力電纜裸露使行人觸電等事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了很大的影響。

為提高城市地下管線的日常建設(shè)和管理水平，減少事故發(fā)生的概率，全面查清各類地下管線現(xiàn)狀，獲取各類地下管線的數(shù)據(jù)，掌握地下管線的基礎(chǔ)信息情況和存在的事故隱患，明確管線責(zé)任單位，整合各行業(yè)和權(quán)屬單位的管線信息數(shù)據(jù)，建立綜合管理信息系統(tǒng)，各管線行業(yè)主管部門和權(quán)屬單位建立完善專業(yè)管線信息系統(tǒng)，必須細(xì)致梳理城市地下管線。城市地下管線探測(cè)工作的重要性則不言而喻。而掌握有效的探測(cè)方法不僅能加快探測(cè)時(shí)間，大大縮短工期，并可以減少人力、物力以及財(cái)力的損耗。

1物探方法的選定

1.1物探方法選定的依據(jù)

物探方法的選定必須依據(jù)下列幾個(gè)方面的條件：（1）城市地下管線探測(cè)任務(wù)要求；（2）探測(cè)的對(duì)象；（3）測(cè)區(qū)地球物理?xiàng)l件；（4）測(cè)區(qū)的實(shí)際情況；（5）地下管線與其周圍環(huán)境介質(zhì)之間的物性差異；（6）保證地下管線能被管線探測(cè)儀探測(cè)到；（7）所使用的儀器能清楚地分辨出目標(biāo)管線，從而排除差異，準(zhǔn)確到所找到要探測(cè)的管線；（8）管線探測(cè)儀探測(cè)精度滿足要求，當(dāng)上述條件確定之后，才可通過探測(cè)方法試驗(yàn)來確定具體的物探方法，不同類型、不同材質(zhì)的地下管線可能用到不同的物探方法。

1.2城市地下管線探測(cè)的方法及原理

（1）電磁法：利用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)不同的地下管線的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的不同，來對(duì)管線進(jìn)行探測(cè)的方法；（2）電磁波（地質(zhì)雷達(dá)）法：利用不同地下管線對(duì)電磁波吸收系數(shù)的不同，而產(chǎn)生不同的衰減系數(shù)的原理探測(cè)地下管線；（3）直流電法：利用地下管線的電阻率差異和極化率差異的電性差異得出直流電場(chǎng)的分布特點(diǎn)和規(guī)律來進(jìn)行探測(cè)；（4）磁測(cè)充電法：將一般充電法中的電場(chǎng)觀測(cè)改為磁場(chǎng)觀測(cè)的探測(cè)方法；（5）反射地震波法：利用地震波在彈性介質(zhì)傳播的理論,通過人工在地面激發(fā)地震波向地下深處傳播,遇彈性不同的介質(zhì),就會(huì)產(chǎn)生波的反射，用檢波器接收其反波信號(hào),通過淺層地震儀接收返回的反射地震波,進(jìn)行時(shí)頻特征和振幅特征分析,便能獲得地下地質(zhì)體的特征信息,從而達(dá)到地下管線探測(cè)的目的；（6）紅外輻射法：根據(jù)不同類型、不同層面的地下管線輻射出不同的紅外能量，從而得到地下管線平面位置和埋深的方法[1]。

2不同類型管線探測(cè)方法的選定

地下管線探測(cè)主要分為金屬管線探測(cè)、非金屬管線探測(cè)、線纜類管線探測(cè)以及嚴(yán)重干擾和復(fù)雜地段管線探測(cè)。一般而言，上述幾類地下管線都可以用電磁法進(jìn)行探測(cè)，非金屬管線探測(cè)也可以用電磁波法進(jìn)行探測(cè)，線纜類電力管線還可采用50Hz的被動(dòng)源法進(jìn)行探測(cè)，遇到地磁干擾比較嚴(yán)重和地下管線分布復(fù)雜的地方可以綜合其他幾種探物探方法進(jìn)行探測(cè)。

管線探測(cè)儀是探測(cè)地下管線的最簡(jiǎn)單、探測(cè)效果最佳、最有效、最便捷的儀器，利用電磁感應(yīng)的原理，在收發(fā)距離滿足要求的情況下，使管線和探測(cè)儀之間的信息傳送的耦合狀態(tài)處于最佳，從而使地下管線探測(cè)定位和定深的精度得到提高。

管線探測(cè)儀最佳發(fā)射頻率為32.8kHz，最佳收發(fā)距為20m，管線定深方法采用70%法（通過測(cè)區(qū)實(shí)地核查和探測(cè)儀一致性檢驗(yàn)的方法確定的數(shù)據(jù)），在有干擾或遮擋而不能用上述方法探測(cè)的情況下也可用感應(yīng)法來確定管線位置，用直讀法定深，一般情況下，感應(yīng)法只能作為參考，不能直接采用其所探測(cè)的數(shù)據(jù)。

2.1金屬管線探測(cè)方法

2.1.1導(dǎo)電性能好的金屬管線探測(cè)

對(duì)導(dǎo)電性能好的金屬管線采用直接法探測(cè)，探測(cè)時(shí)先從明顯點(diǎn)處開始，用直接法連接管線和接地，逐步向四周追蹤，探測(cè)出管線走向。當(dāng)?shù)叵鹿芫€的隱蔽點(diǎn)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)或三通等情況時(shí)，先在所探測(cè)出的每個(gè)方向上探測(cè)兩個(gè)以上管線點(diǎn)的位置和埋深，并用記號(hào)筆做臨時(shí)標(biāo)記，通過線繩或鋼尺直線交匯出管線點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，取其各個(gè)方向的埋深中間值作為管線點(diǎn)的埋深。在地下管線周圍多處定位，排除遺漏其他管線分支、定錯(cuò)管線連接關(guān)系等錯(cuò)誤，確保管線點(diǎn)的準(zhǔn)確性[2]。

2.1.2導(dǎo)電性能差的鑄鐵管線的探查

許多地方在敷設(shè)地下管線時(shí)慣用灰口鑄鐵管或球墨鑄鐵管，其連接處多用橡膠墊圈或水泥密封，此種連接方式導(dǎo)致它的電流不流通、電磁信號(hào)傳輸距離短，且此種類型管線多用于給水、排水等與居民生活息息相關(guān)的管線，探測(cè)難度大，特別是一些無明顯管線點(diǎn)的地域，給管線探測(cè)造成了很大的不便。

探測(cè)時(shí)，先從明顯管線點(diǎn)處開始探測(cè)，用直接法將發(fā)射機(jī)連接到目標(biāo)管線上，調(diào)整發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率，選擇最佳頻率，左右調(diào)整接收機(jī)的位置，準(zhǔn)確探測(cè)出地下管線平面位置和埋深；也可用釬探法，即使用細(xì)鋼釬，在不破壞管線的前提下向下砸到管線上，并保證鋼釬與管線接觸，用直接法探測(cè)。當(dāng)直接法難以見效時(shí)，可采用感應(yīng)法探測(cè)，探測(cè)結(jié)果經(jīng)多次驗(yàn)證后方可使用[3]。

2.2非金屬管線探測(cè)方法

非金屬管線主要涉及砼管、PVC管、玻璃鋼管以及PE管等幾種材質(zhì)的管線，目前許多城市在鋪設(shè)管線時(shí)多采用這些管線布設(shè)管道，而其接管處多充填膨脹水泥及橡膠墊絕緣物，因此造成管線通道的電性連接不良而導(dǎo)致電磁波信號(hào)傳播距離較近，特別是一些無出露點(diǎn)地段，探查難度更大。

選擇已知部位追蹤探查，將發(fā)射機(jī)置于管線上方，選擇合適頻率，并使發(fā)射機(jī)線圈方向稍稍偏離目標(biāo)管線方向，并左右調(diào)整，探查出管線位置及埋深。當(dāng)感應(yīng)法難以見效時(shí)，通常采用細(xì)鋼釬砸至目標(biāo)管線上，利用直接法探查，簡(jiǎn)稱為釬探充電法，當(dāng)在水泥或?yàn)r青路面無法釬入時(shí)，則采用長(zhǎng)導(dǎo)線法，利用管線兩端出露部位連接進(jìn)行充電探測(cè)，以便準(zhǔn)確判斷管線的位置和埋深。利用管線權(quán)屬單位所提供的管線資料，根據(jù)其臨近管線點(diǎn)的走向、埋深等信息進(jìn)行判斷，對(duì)實(shí)在無法查清的管線，與權(quán)屬單位進(jìn)行溝通指認(rèn)，查缺補(bǔ)漏，確保管線數(shù)據(jù)的完整性。

2.3線纜類管線探測(cè)方法

對(duì)電力電纜、通訊線纜等線纜類管線進(jìn)行探測(cè)時(shí)，盡量采用電磁法探測(cè)，管線探測(cè)儀使用夾鉗法，在無條件采用夾鉗法的情況下可以采用感應(yīng)法探測(cè)，探測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)多次驗(yàn)證后方可使用。探測(cè)時(shí)，對(duì)于斷面尺寸較小的管塊，取其中心位置的管線施加信號(hào)，探測(cè)其埋深和平面位置；對(duì)于較大斷面尺寸的管塊，分別取其兩側(cè)上端管線施加信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，各自探測(cè)其埋深和平面位置，由此兩點(diǎn)確定一中心位置作為此處管線的平面定位點(diǎn)，此兩點(diǎn)埋深的平均值即為此處管線的埋深。當(dāng)管線遇到弧線彎曲時(shí)，增設(shè)管線點(diǎn)以確保真實(shí)反映地下管線的走向。

2.4嚴(yán)重干擾和復(fù)雜地段管線探測(cè)

因城市某些區(qū)域十字路口較多，管線密集，部分管線穿插分布、重疊交替情況時(shí)有遇到，對(duì)探測(cè)有一定的干擾。探測(cè)時(shí)，先對(duì)已有管線資料進(jìn)行分析，再根據(jù)明顯管線點(diǎn)的走向、線纜類管線的根數(shù)等信息進(jìn)行判斷，從簡(jiǎn)單處入手探測(cè)，根據(jù)明顯管線探測(cè)未知管線，從外圍管線復(fù)雜處延伸探測(cè)，綜合多種探測(cè)方法，盡量從接收信號(hào)較強(qiáng)的管類開始探測(cè)，逐步探測(cè)出所有管線的走向。盡量使用受外界干擾小，且信號(hào)施加容易，被探測(cè)管線接收信號(hào)較強(qiáng)的探測(cè)方法，如直接法和夾鉗法。管線探測(cè)時(shí)，沿管線走向連續(xù)探測(cè)，在所定位管線點(diǎn)處用探測(cè)儀正、反兩次讀數(shù)，當(dāng)儀器的轉(zhuǎn)向差小于3cm時(shí)，開始管線探測(cè)及讀數(shù)，并確定其平面位置。轉(zhuǎn)折點(diǎn)和多通點(diǎn)處在各個(gè)方向探測(cè)至少兩個(gè)點(diǎn)，采用線繩或鋼尺直線交匯法確定管線平面位置。管線弧線轉(zhuǎn)彎處應(yīng)增設(shè)管線點(diǎn)，以保證能真實(shí)反映管線的平面位置。

2.5多條并行管線探查

在一些密集分布著幾條并行排列的管線上，通過直接法、感應(yīng)法，有時(shí)能判斷出組合異常中存在幾條管線，但無法準(zhǔn)確有效地確定其位置及埋深，此時(shí)應(yīng)根據(jù)管線埋設(shè)的不同物點(diǎn)，選擇合適的激發(fā)方式使目標(biāo)管線上產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，并使鄰近的非目標(biāo)管線上的電流相對(duì)于目標(biāo)管線而言可以忽略，來準(zhǔn)確區(qū)分出目標(biāo)管線。

首先，可在出露點(diǎn)處利用直接法分別進(jìn)行探測(cè)、定位，根據(jù)每條管線所探查結(jié)果進(jìn)行比較；其次，利用感應(yīng)法，在距離發(fā)射源不太遠(yuǎn)（15～20m）的部位進(jìn)行探查定位，同時(shí)盡量調(diào)低發(fā)射頻率，以避免附近管線的感應(yīng)影響；再次，利用并行管線中目標(biāo)管線的分支拐點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)，使干擾管線上不產(chǎn)生太強(qiáng)的感電流。另外，采用壓線法對(duì)于近距離并行管線探查效果也比較明顯，但有時(shí)受條件限制。如水平壓線法適用于間距稍大的并行管線，當(dāng)間距較小時(shí)，水平壓線雖可壓制干擾信號(hào)，但目標(biāo)信號(hào)亦較弱；傾斜壓線法，適用于近間距的并行管線，但上下并行太近的管線不宜使用，而垂直壓線法，適用于上下平等的管線探查。

3定深方法的選定

地下管線定深也是管線探測(cè)很重要的一步，準(zhǔn)確探測(cè)出管線的埋深不僅能分析出各管線的垂直分布情況，也為以后管線開挖、敷設(shè)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，避免各種事故的發(fā)生。

利用管線探測(cè)儀對(duì)地下管線探測(cè)定深的方法主要有以下幾種。（1）雙線圈直讀法：當(dāng)探測(cè)儀頻率在最大值時(shí)，直接讀取探測(cè)儀上的埋深數(shù)值，即為此處管線的埋深；（2）雙線圈70%法：用探測(cè)儀探測(cè)出某處管線的最大頻率數(shù)a，再乘以70%得出b，探測(cè)儀分別向管線左右移動(dòng)，直到頻率數(shù)變成b，用卷尺量測(cè)這兩點(diǎn)的距離，得出的數(shù)即為此處管線的埋深；（3）單線圈45°法：在探測(cè)儀所探測(cè)出管線的正確位置上，讓接收機(jī)與地面成45°角，并同地下管線走向成90°角的方向平行移動(dòng)接收機(jī)，當(dāng)接收機(jī)屏幕數(shù)值為0時(shí)，標(biāo)記出接收機(jī)底部投影到地面的位置，量測(cè)接收機(jī)與管線走向的距離即為地下管線的埋深；（4）單線圈80%法：管線HX異常曲線在峰值兩側(cè)80%極大值處兩點(diǎn)之間的距離即為管線的埋深；（5）單線圈50%法：用探測(cè)儀探測(cè)出某處管線的最大頻率數(shù)，探測(cè)儀分別向管線左右移動(dòng)，直到頻率數(shù)變成最大頻率數(shù)的一半為止，用卷尺量測(cè)這兩點(diǎn)的距離，得出的數(shù)即為此處管線的埋深的2倍。

除上述探測(cè)幾種方法外，還有極值法、比值法等其他探測(cè)方法，探測(cè)方法的選擇可根據(jù)管線探測(cè)儀的類型及探測(cè)方法試驗(yàn)的結(jié)果確定[4]。為保證定深精度，管線定深點(diǎn)的平面位置必須準(zhǔn)確，且符合《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》的限差要求。

4定位方法的選定

城市地下管線探測(cè)，對(duì)定位有著嚴(yán)格的要求。在管線探測(cè)過程中經(jīng)常遇到地下管線分布情況復(fù)雜，由于受附近管線的感應(yīng)電磁場(chǎng)信號(hào)影響以及管線自身因素的存在，儀器所反映的管線位置與目標(biāo)管線的實(shí)際位置會(huì)有很大差異，所以針對(duì)不同情況，尋找能滿足精度要求的定位方法，是城市地下管線隱蔽點(diǎn)探測(cè)階段的核心技術(shù)。一般應(yīng)遵循從已知到未知、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，采用有效和快捷的方法。

地下管線定位方法主要有磁電充電法、夾鉗法、感應(yīng)法、固定頻率法、充電法等，針對(duì)不同類型的管線，采用不同的方法進(jìn)行探測(cè)。

4.1磁電充電法

此方法又稱直連法，主要用于金屬管線的探測(cè)。將探測(cè)儀一端連接管線另一端接地，接通電源，將交變電流直接注入金屬管線，管線通電，并與地線形成回路，觀測(cè)管線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。由于管線產(chǎn)生的信號(hào)很強(qiáng)，故信噪比和分辨率均較高，可以提供很高的定位精度。在各種方法中探測(cè)效果是最好的，缺點(diǎn)是必須要有金屬管線出露點(diǎn)，用于連接電路。

4.2夾鉗法

用夾鉗套在金屬管線或線纜類管線上，使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，觀測(cè)該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，以此定位管線。此方法信號(hào)強(qiáng)、探測(cè)精度高、易區(qū)分于相鄰管線，缺點(diǎn)是管線必須要有出露點(diǎn)，用于連接電路，如果是金屬管線，管徑必須小于夾鉗直徑。

4.3感應(yīng)法

感應(yīng)法分為電偶感應(yīng)法和磁偶感應(yīng)法。電偶感應(yīng)法是將探測(cè)儀置于地下管線的上方地面上，兩端均接地，使管線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，觀察電流激發(fā)的磁場(chǎng)強(qiáng)度來定位管線。磁偶感應(yīng)法將探測(cè)儀發(fā)射線圈置于管線內(nèi)部，以此觀察其在地面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度來定位管線。此方法適用于非金屬管線的探測(cè)，探測(cè)深度大，效果好，但操作復(fù)雜，成本較高。

4.4固定頻率法

電纜和特殊金屬管線會(huì)產(chǎn)生50Hz的感應(yīng)電流，此電流會(huì)激發(fā)磁場(chǎng)，能被探測(cè)儀探測(cè)到。此方法成本低，效率高，操作簡(jiǎn)單，但容易受其他管線的干擾，當(dāng)其他方法無法探測(cè)管線時(shí)，可用此方法輔助探測(cè)。

4.5探地雷達(dá)法

由發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻短脈沖電磁波，接收天線接收來自目標(biāo)管線反射至地面的電磁波來定位管線。此方法對(duì)金屬管線和非金屬管線均可探測(cè)，分辨率也高于其他方法，但其價(jià)格昂貴。

4.6其他方