示蹤導(dǎo)線法在非金屬管線探測中的應(yīng)用

徐長虹，朱宏斌，朱能發(fā)

(1.寧波市測繪設(shè)計研究院，浙江寧波 315041； 2.衢州市測繪院，浙江衢州 324000；3.天津市勘察院，天津 300191)

示蹤導(dǎo)線法在非金屬管線探測中的應(yīng)用

徐長虹1?，朱宏斌2，朱能發(fā)3

(1.寧波市測繪設(shè)計研究院，浙江寧波 315041； 2.衢州市測繪院，浙江衢州 324000；3.天津市勘察院，天津 300191)

主要通過多次試驗現(xiàn)場采集一些示蹤導(dǎo)線的斷面磁場響應(yīng)數(shù)據(jù)，分析一些無干擾的磁特性曲線，對比得出示蹤導(dǎo)線法在解決非金屬管線探測問題上的應(yīng)用。

示蹤導(dǎo)線法；非金屬管線探測；磁場響應(yīng)

1 引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下管線探測技術(shù)得到了長足的進步，尤其對于地下金屬管線探測，國內(nèi)外有關(guān)科研人員不斷鉆研實驗，已研制出多種地下金屬管線探測儀，總結(jié)出了一套成熟的技術(shù)方法，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，為城市建設(shè)做出了巨大的貢獻。但是，地下非金屬管線探測一直是管線探測中的一大技術(shù)難題，多年來物探研究人員運用各種物探方法，對非金屬管線的探測進行了研究，包括電阻率法、紅外線法、COD法、聽音法等。然而，這些探測方法均有它的特殊使用局限性。為了滿足管線探測成果使用的更高要求，寧波市測繪設(shè)計研究院針對一端出露并有開口的非金屬管線，使用硬質(zhì)推桿導(dǎo)引示蹤導(dǎo)線進入非金屬管線中，然后在示蹤導(dǎo)線上加載管線儀可以探測的信號，借由探測示蹤導(dǎo)線位置確定非金屬管線的位置的方法進行探測實驗，取得了較好的效果。

2 示蹤導(dǎo)線探測方法介紹

2.1 適用范圍

開放式管道:有開口端的電力或電信管線套管、重力流管線(排水管線)、帶有檢修井或是窨井的有開口其他管線。

2.2 使用儀器

管線探測儀(SUBSITE950、RD4000、LD500、PL960等)，硬質(zhì)推桿、金屬導(dǎo)線等。

2.3 方法依據(jù)

(1)示蹤線標(biāo)識法:

示蹤線的全稱是非金屬管線示蹤線。它是富士公司專為查找和定位地下非金屬管線而設(shè)計的產(chǎn)品，可有效地解決非金屬管線不能用金屬管線探測儀探查的問題。示蹤導(dǎo)線實際是一種特制的導(dǎo)線，可以在鋪設(shè)非金屬管線的同時，將其布設(shè)在管線上同時鋪設(shè)，以后在查找管線時就可用金屬管線探測儀及電纜測位器探測出其位置、方向和埋設(shè)深度。

(2)運用金屬管線的探測方法，其探測原理比較成熟，在此不多贅述。

3 示蹤導(dǎo)線定位、定深方法

3.1 定位方法

以地下金屬管線電性分布理論為依據(jù)，我們借助地下管線探測儀對示蹤導(dǎo)線進行定位，這里采用極大值法。即測定示蹤導(dǎo)線磁場水平分量梯度△Hx的極大值位置定位。要求是接收機的接收線圈平面位置與地面垂直，線圈在管線上方沿垂直管線方向平行移動，當(dāng)線圈處于管線正上方時，接收機測得的電磁場水平梯度分量△Hx最大，如圖1所示。

圖1 管線定位示意圖

3.2 定深方法

用管線儀定深的方法較多，主要有特征點法(△Hx百分比法，Hx特征點法)、直讀法及45°法。我們用得最多的是特征點法，它是利用垂直管線走向的剖面，測得的管線異常峰值兩側(cè)某一百分比值處兩點之間的距離與管線埋深之間的關(guān)系，來確定管線埋深的方法。根據(jù)外業(yè)探測經(jīng)驗，采用△Hx70%法比較易于操作，抗干擾效果好，在本項目的研究中我們主要采用△Hx70%法，同時也對比半極值法(Hx特征點法)的定深效果。參見圖2管線定深示意圖。

圖2 管線定深示意圖

(1)△Hx70%法:△Hx百分比與管線埋深具有一定的對應(yīng)關(guān)系，利用管線△Hx異常曲線上某一百分比兩點之間的距離與管線埋深之間的關(guān)系即可得出管線的埋深，一般采用△Hx70%法，其70%屬于理論計算參數(shù)，如圖2(a)所示。

(2)半極值法(Hx特征點法):利用管線Hx異常曲線在峰值50%極大值處兩點之間的距離為管線埋深的兩倍，如圖2(b)所示。

4 示蹤導(dǎo)線探測的相關(guān)要求

4.1 管線探測的精度

國標(biāo)CJJ－2003中規(guī)定隱蔽管線的探測精度為:

平面位置限差δts:0.1h埋深限差δth:0.15h。

其中h為地下管線埋深(cm)，當(dāng)h＜100 cm時以100 cm代入計算。

4.2 保證精度的措施

誤差是難以避免的，但是我們應(yīng)該采取相應(yīng)的措施減小誤差。

(1)搜集整理資料

施工前應(yīng)該充分收集已有的地下管線設(shè)計、施工、竣工圖及以前的舊管線圖，同時調(diào)閱相應(yīng)的地形圖，通過現(xiàn)有資料對工區(qū)有一個宏觀認(rèn)識。

(2)實地踏勘

對照已經(jīng)收集到的資料實地了解工區(qū)環(huán)境，地形變化，附近的物理場環(huán)境，以及房屋和房屋用途，因為通常特定的單位會有特定的管線。

(3)方法的有效性

方法正確有效是施工的前提。根據(jù)收集到的工區(qū)資料和歷史數(shù)據(jù)在工區(qū)選擇可行方法進行實驗性探測，根據(jù)探測結(jié)果選擇有效的方法。

(4)深度修正

進行深度測量時儀器的規(guī)律性誤差是一定存在的，這個誤差是可以修正的，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)選擇一個合理的誤差修正系數(shù)，對探測深度進行修正。

5 數(shù)據(jù)整理及分析

5.1 數(shù)據(jù)甄選及處理

(1)原始數(shù)據(jù)的采集

對于示蹤導(dǎo)線，利用地下管線探測儀，采用電磁感應(yīng)的激發(fā)方式，利用接收機接收二次場的磁場水平分量。通過識別水平分量的空間變化，綜合利用管線的定位方法，先確定管線平面位置并準(zhǔn)確確定管線的走向，然后在垂直管線走向的直線上布設(shè)測線，利用管線儀接收機，分別選擇接收磁場水平分量和磁場水平分量梯度功能，在管線正上方選擇適當(dāng)?shù)脑鲆妫箖x器接收的信號峰值趨于一穩(wěn)定的較大值，并記錄在《管線儀磁特性響應(yīng)試驗記錄表》中，在固定增益不變的情況下，沿著測線向兩側(cè)每間隔20 cm記錄一相應(yīng)磁場水平分量和磁場水平分量梯度值并記錄在《管線儀磁特性響應(yīng)試驗記錄表》中，如圖3所示。

圖3 某有干擾頂管示蹤線磁場特性曲線

本實驗共采集了27組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包括垂直管線走向的斷面上一系列磁場水平分量數(shù)據(jù)和一系列磁場水平梯度分量數(shù)據(jù)。各組數(shù)據(jù)的理論埋深獲取方法是:窨井部分埋深采用開井量測，非開挖管線埋深主要依據(jù)管線施工時的基礎(chǔ)資料推斷所得(為了使推斷數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，均采用深度斷面的擬合檢驗)。

(2)數(shù)據(jù)處理

①歸一化

采集數(shù)據(jù)全部以管線為中心對稱，由于操作及儀器靈敏度的問題數(shù)據(jù)的中心起始數(shù)值不同，無法進行橫向?qū)Ρ?，故對?shù)據(jù)進行歸一化處理。將中心數(shù)據(jù)值賦為100，其他數(shù)據(jù)根據(jù)中心數(shù)據(jù)增益倍數(shù)進行歸一。

②插值取數(shù)

為了方便依據(jù)特征點百分比法測深選取對應(yīng)管線埋深寬度的百分比系數(shù)，先對歸一化后的數(shù)據(jù)進行插值。插值取數(shù)采用Matlab中“interp1”命令進行，分別選取磁場水平分量和磁場水平梯度分量的對應(yīng)系數(shù)，每組數(shù)據(jù)取中心對稱位置的兩個值。

③數(shù)據(jù)甄選

數(shù)據(jù)中不可避免地存在誤差，綜合考慮異常曲線的對稱性、異常合理性等，剔除有干擾的異常數(shù)據(jù)和采集條件有變化的異常數(shù)據(jù)，如地面的起伏變化。最終篩選出具有代表性的磁特性數(shù)據(jù)16組。

5.2 數(shù)據(jù)分析

(1)磁場響應(yīng)特性曲線的特征

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出磁場響度水平分量曲線圖，其中圖3為示蹤線左側(cè)2 m處有一深度為1 m的電纜干擾的磁場響度水平分量曲線圖；圖4為示蹤線兩側(cè)均無任何干擾的磁場響度水平分量曲線圖；圖5為不同深度示蹤導(dǎo)線磁場特性對比曲線。從各曲線圖中可以看出，磁場強度水平分量曲線(Hx)與磁場強度水平分量梯度(△Hx)曲線相比，前者峰值要寬，變化較緩，后者峰值區(qū)間較窄，后者比前者更易于對管線準(zhǔn)確定位；埋深大的磁場強度水平分量梯度曲線(△Hx)與埋深小的磁場強度水平分量梯度曲線(△Hx)相比(如圖5)，前者峰值要寬，變化較緩，后者峰值區(qū)間較窄，后者比前者更易于對管線準(zhǔn)確定位。

圖4 某有干擾頂管示蹤線磁場特性曲線2

圖5 不同深度示蹤導(dǎo)線磁場特性對比曲線

(2)用特征點百分比法測深分析

測深百分比系數(shù)分析主要對采用SUBSITE950探測儀接收的數(shù)據(jù)進行分析。

不同的Hx百分比定深結(jié)果(示蹤導(dǎo)線) 表1

表1為示蹤導(dǎo)線剖面數(shù)據(jù)采用不同的Hx百分比定深試驗結(jié)果。表中的斜體數(shù)據(jù)為誤差值超過限差的數(shù)據(jù)。從表1中可以看出，采用50%測深法時，16組數(shù)據(jù)有12組數(shù)據(jù)的誤差值超過最大限差，與理論埋深相比，多數(shù)是偏淺。采用30%測深法時，16組數(shù)據(jù)有4組數(shù)據(jù)的誤差值超過最大限差，與理論埋深相比，多數(shù)是偏深。采用33%測深法時，16組數(shù)據(jù)有3組數(shù)據(jù)的誤差值超過最大限差，與理論埋深相比，多數(shù)是偏深。

由此說明，對于示蹤導(dǎo)線，利用Hx百分比定深時，50%測深法測得的數(shù)據(jù)誤差較大，需要調(diào)整比例系數(shù)為33%(外業(yè)操作時便于計算)較為合適。

②△Hx特征點百分比定深

表2為示蹤導(dǎo)線剖面數(shù)據(jù)采用不同的△Hx百分比定深試驗結(jié)果。表中的斜體數(shù)據(jù)為誤差值超過限差的數(shù)據(jù)。從表2中可以看出，采用70%測深法時，17組數(shù)據(jù)有14組數(shù)據(jù)的誤差值超過最大限差，與理論埋深相比，全部是偏淺。然后分別采用50%、55%、60%三種百分比的特征點定深，其中，百分比為55%的17組數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)誤差值均在限差范圍內(nèi)。對于示蹤導(dǎo)線，利用△Hx百分比定深時，調(diào)整比例系數(shù)為55%(便于外業(yè)操作時計算)較為合適。

不同的△Hx百分比定深結(jié)果(示蹤導(dǎo)線) 表2

5.3 示蹤導(dǎo)線探測工程驗證

(1)中山西路電力頂管探測工程中，先用硬質(zhì)推桿導(dǎo)入示蹤導(dǎo)線93 m，使用SUBSITE 950儀器，采用單端直連法加載電流，通過測讀磁場水平分量梯度法(△Hx)探測示蹤導(dǎo)線，用特征點法測某一點的管線埋深，采用百分比為55%對應(yīng)的點間寬度作為該示蹤導(dǎo)線的埋深，其值為6.8 m。利用甲方提供的拉管報告確定同一位置的管線深度為7.1 m，其差值為0.3 m，小于其限差1.06 m。平面位置相差0.16 m，小于其限差0.71 m。

(2)中山路與解放路交口頂管探測中，用硬質(zhì)推桿導(dǎo)入示蹤導(dǎo)線62 m，使用SUBSITE 950儀器，采用單端直連法加載電流，通過測讀水平分量梯度法(△Hx)探測示蹤導(dǎo)線，用特征點法探測某點的管線深度，采用百分比為55%對應(yīng)的點間寬度作為該示蹤導(dǎo)線的埋深，其值為5.45 m。利用甲方提供的拉管報告確定同一位置的深度為5.3 m，其差值為0.15 m，小于其限差0.79 m。平面位置相差0.21 m，小于其限差0.53 m。

6 結(jié) 論

(1)示蹤導(dǎo)線的載體是導(dǎo)線，其更加符合管線探測原理中的線電流假設(shè)，具有探測信號強，信噪比高，異常信號易于識別等優(yōu)點，更易于實現(xiàn)對管線進行精確定位、定深。

(2)斷面的水平分量磁特性曲線(Hx)和水平梯度磁特性曲線(△Hx)相比，前者比后者曲線寬，后者更易于確定管線的平面位置，外業(yè)操作時更易于識別管線異常，所以通常建議采用測讀磁場水平梯度分量(△Hx)方法探測地下管線。

(3)示蹤導(dǎo)線與金屬管線(直徑大于100 mm)的磁特性曲線相比，前者比后者曲線形狀尖，更易于確定管線的平面位置。使用特征點法測深時，前者的百分比參數(shù)要小于后者。

(4)在使用測讀磁場水平分量法(Hx)探測地下管線過程中，金屬管線(直徑大于100 mm)的測深百分比參數(shù)為65%，其對應(yīng)點連線距離的一半為該管線的埋深；示蹤導(dǎo)線的測深百分比參數(shù)為33%，其對應(yīng)點連線距離的一半為該管線的埋深。

(5)管線的埋深越大，其磁特性曲線的形態(tài)峰值越寬，平面定位誤差也就越大。

[1] CJJ61－2003.城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 鄧仰嶺，韓新芳，趙地紅等.非金屬地下管線探測問題的探討[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2007

[3] 袁厚明.地下管線檢測技術(shù)[M].北京:中國石化出版社，2006

[4] 錢榮毅，王正成，孔祥春等.探地雷達在非金屬管線探測中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2004

[5] 王萬順，王爭明，張殿江.高分辨率地下管線探測技術(shù)研究與信息系統(tǒng)[M].北京:中國大地出版社，2005

[6] 張正祿，司少先，李學(xué)軍等.地下管線探測和管網(wǎng)信息系統(tǒng)[M].北京:測繪出版社，2007

TracerWire in Non－metallic Pipeline Detection

Xu ChangHong1，Zhu HongBin2，Zhu NengFa3
(1.Ningbo Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315041，China；2.Quzhou Institute of Surveying and Mapping，Quzhou 324000 China；3.Tianjin Investigation Institute，Tianjin 300191，China)

This paper mainly collected through several test site，a number of field tracer response data section of the wire，the magnetic interference of some non－characteristic curve，contrast derived tracer wire metallic pipe and cable detection in solving problems on.

Tracer wire law；non－metallic pipe and cable detection；magnetic response

1672－8262(2011)01－159－05

P631.2

B

2010—07—19

徐長虹(1972—)，男，工程師，主要從事地下管線探測、規(guī)劃測量等相關(guān)工作。