軌道交通管線詳查方法研究

陳恒，施立群

(寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315041)

1 概述

隨著城市化的快速推進(jìn)，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也在快速發(fā)展。軌道交通作為城市公共交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，號(hào)稱“城市交通的主動(dòng)脈”，與其他公共交通相比，具有用地省，運(yùn)能大(軌道線路的輸送能力是公路交通輸送能力的近10倍)，每一單位運(yùn)輸量能源消耗少，環(huán)境污染小等特點(diǎn)。因此發(fā)展軌道交通是寧波解決城市交通問題的主要措施，在確保功能的前提下，如何有效地進(jìn)行安全施工和控制建設(shè)投資，特別是地下管線的敷設(shè)和搬遷，一直是軌道交通建設(shè)管理者關(guān)心的課題，也已越來越引起軌道交通建設(shè)部門及其他相關(guān)單位的高度重視。因此，掌握所有地下管線現(xiàn)狀資料顯得尤為重要。而管線詳查作為摸清地下空間各類管線現(xiàn)狀的唯一手段，必須解決各類管線的探測難題。

2 管線詳查必要性

寧波市在2005年～2007年曾開展過管線普查工作，根據(jù)普查成果可知:軌道設(shè)計(jì)線路地下管線種類繁多，敷設(shè)密集，縱橫交錯(cuò)，相當(dāng)復(fù)雜，雖然已有管線普查成果，但管線普查與詳查存在著明顯區(qū)別，主要表現(xiàn)為:

(1)探測區(qū)域不同。普查范圍是具備城市功能的道路和街巷沿線的各類地下管線，沒有包括附屬臨街第一排建筑物、保密級(jí)別很高的部隊(duì)和河道水域的各種管線。而軌道設(shè)計(jì)施工需要的是設(shè)計(jì)范圍內(nèi)及周邊所有地下管線的資料，特別是車站、車場部分沒有完全普查到，故普查成果不夠完整。

(2)管線取舍不同。普查時(shí)對(duì)于電壓小于380 V的電力、管徑小于100 mm的給水、管徑小于200 mm的排水進(jìn)行了取舍，故普查成果不夠完整，不能完全滿足軌道設(shè)計(jì)，特別是管線遷移施工的需要。

(3)探測方法不同。普查時(shí)主要以明顯管線點(diǎn)為線索進(jìn)行追蹤探測的，對(duì)于沒有任何明顯點(diǎn)的未知管線容易遺漏，如當(dāng)時(shí)無法探測的管線，也是以疑難問題進(jìn)行留存;而詳查時(shí)要應(yīng)用盲測掃描的方法對(duì)整個(gè)測區(qū)進(jìn)行搜索探測，避免遺漏管線，且要求必須進(jìn)行精確定位定深。

(4)成果現(xiàn)勢性不同。由于普查面積大，耗時(shí)達(dá)兩年之久，期間新建、改造管線較多，管線成果難以準(zhǔn)確反映管線現(xiàn)狀，而管線詳查是局部探測，詳查完馬上使用，故成果的現(xiàn)勢性較好。

(5)成果用途不同。普查成果是為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理和施工而建立的宏觀管線數(shù)據(jù)，如電纜類(包括電力和電信)探測時(shí)只調(diào)查了管線的孔數(shù)，而涉及搬遷管線費(fèi)用還需要探測管線的根數(shù)和材質(zhì)，故需要補(bǔ)充探測。

如果不能具體掌握地下各種管線的詳細(xì)信息，就會(huì)給軌道交通設(shè)計(jì)和施工帶來諸多不便，甚至造成嚴(yán)重事故，因此在軌道交通設(shè)計(jì)施工之前對(duì)規(guī)劃區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行地下管線的詳查工作，是軌道線施工的地下管線進(jìn)行合理搬遷，確保軌道順利施工的根本保證。基于以上情況，管線普查不能完全代替管線詳查。寧波市管線普查時(shí)，受時(shí)間和經(jīng)費(fèi)條件限制，未能在全市范圍內(nèi)大面積開展管線詳查，因而在軌道一號(hào)線沿線沒有詳細(xì)管線資料。為確保工程安全、有序、高效推進(jìn)，開展管線的詳查工作是必要的。

3 管線詳查作業(yè)流程

圖1 管線詳查作業(yè)流程圖

4 管線詳查方法

軌道建設(shè)一般處于城市繁華區(qū)域，線路長、基礎(chǔ)深、管線密、探測精度要求高。采用傳統(tǒng)、單一的探測方法難以解決各種復(fù)雜環(huán)境下的管線探測，根據(jù)具體情況，因地制宜，靈活選擇一種或幾種方法聯(lián)合使用，是解決管線探測的有效手段。

(1)電磁法——管線探測儀探測

電磁法是利用電磁感應(yīng)原理，探測出被測管線的位置和埋深。目前電磁法探測常用的探測設(shè)備為管線探測儀，如英國的RD系列、美國的Subsite系列等。

(2)電磁波法——地質(zhì)雷達(dá)探測

電磁波法探測管線常用的儀器設(shè)備是地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar)，目前常用的管線探測雷達(dá)有日本的GEORADAR系列、瑞典的RAMAC系列等:地質(zhì)雷達(dá)一般以剖面法或網(wǎng)格法作業(yè)。探測前，必須根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)、地球物理特點(diǎn)進(jìn)行已知管線的現(xiàn)場試驗(yàn)，以選定最佳的測量參數(shù)。

(3)地震波法——瞬態(tài)瑞雷波探測

地震波法是利用地下各種介質(zhì)的彈性差異，由人工震源產(chǎn)生地震波的方法探測地下管線。一般采用瞬態(tài)瑞雷波法探測。

在管線探測方面，電磁法以其經(jīng)濟(jì)性、高效率和準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，是目前最常采用的探測金屬管線的方法，電磁波法和地震波法由于其作業(yè)效率較低，一般用于解決非金屬管線和管線探測儀無法探明的疑難管線，如并排管線、深度較深的管線等。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 傳感器探測法

傳感器探測法實(shí)際上是將非開挖管線施工領(lǐng)域中導(dǎo)向鉆探方法引入到管線探測，其工作原理詳如圖2所示。該法(又稱導(dǎo)向儀法)主要適應(yīng)于通信、電力、雨水、污水等非封閉式埋設(shè)的管線，標(biāo)準(zhǔn)精度平面和高程為5h%(h為管線埋深)，有效探測深度24 m。寧波市軌道交通1號(hào)線福明路站電力管線(埋深2.8 m～7.8 m)27個(gè)點(diǎn)位開挖驗(yàn)證(借助軌道車站明挖施工進(jìn)行)，結(jié)果為平面中誤差為 0.186 m(限差為0.265 m)，高程中誤差為0.277 m(限差為0.398 m)，滿足《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》要求。

圖2 傳感器探測法工作原理圖

5.2 磁梯度法

在均勻無鐵磁性物質(zhì)的土層中，地球磁場強(qiáng)度理論上應(yīng)是均勻場，如果在其中有鐵磁性物質(zhì)存在，將會(huì)在其周圍分布有較強(qiáng)的感應(yīng)磁場，從而產(chǎn)生磁異常，且磁異常強(qiáng)度由近及遠(yuǎn)逐漸衰減。因此，可以通過觀測其磁異常的變化，尤其是垂直分量Za的梯度值的分布來判定異常物的平面位置及埋深。如圖3所示，通過鉆孔的手段將磁力梯度儀下到鉆孔內(nèi)，由上而下測量鐵磁物質(zhì)在垂直方向上的Za曲線變化，可以得到較理想的效果。由圖3可知，在接近金屬管的鉆孔內(nèi)，Za梯度值隨深度的變化非常明顯，在接近鐵磁物質(zhì)的深度位置，梯度值變化強(qiáng)烈，猶如一個(gè)“S”型。在稍微遠(yuǎn)離鐵磁物質(zhì)的鉆孔內(nèi)，梯度值的變化幅度相應(yīng)減小，當(dāng)水平間距大于1.0 m時(shí)，幾乎無任何變化了。

圖3 金屬管線在垂直剖面上的Za梯度值理論曲線

5.3 綜合法

綜合法就是綜合利用各種物探方法對(duì)管線進(jìn)行定位定深的過程。寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院于2010年運(yùn)用綜合法成功探測了一條埋深約16 m的天然氣管道，精度為±0.15 m(精度要求近乎苛刻)。其具體思路為首先根據(jù)收集的大埋深管道設(shè)計(jì)或施工資料，運(yùn)用PCM檢測儀探測出管道的大概位置、走向及埋深，然后根據(jù)工程范圍按一定的距離布置多個(gè)垂直于管道走向的斷面，通過鉆孔配合孔中磁梯度法對(duì)管線進(jìn)行粗略定位(水平和垂直方向上定位精度均在1 m左右)，再根據(jù)粗略定位結(jié)果，通過鉆孔(高壓水槍鉆探儀配合全站儀，其中2臺(tái)全站儀在互相垂直于測點(diǎn)方向上架設(shè)，確保鉆孔的垂直度)并實(shí)量鉆桿長，根據(jù)測點(diǎn)高程、管徑大小進(jìn)行擬合后，確定管道位置、埋深及精度。

5.4 數(shù)據(jù)處理方法

(1)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化保存

在數(shù)據(jù)處理過程中，充分考慮了設(shè)計(jì)單位對(duì)信息化現(xiàn)狀的需求，我們將管線所有信息(如權(quán)屬單位、起點(diǎn)高程、終點(diǎn)高程、埋深等)通過屬性的方式全部存儲(chǔ)在AutoCAD中，當(dāng)設(shè)計(jì)單位需查詢相關(guān)信息時(shí)，無須再去尋找海量紙質(zhì)資料，可以直接借助CAD擴(kuò)展屬性查詢命令，查詢到與數(shù)據(jù)庫中等同的信息。如圖4所示為查詢YS609點(diǎn)信息的查詢界面。

(2)實(shí)現(xiàn)了圖、庫一致性

在探測過程中，一般做法是通過圖紙對(duì)詳查成果進(jìn)行質(zhì)量檢查(包括各級(jí)檢查)，按檢查結(jié)果對(duì)圖紙進(jìn)行整改，之后再生成數(shù)據(jù)庫;對(duì)數(shù)據(jù)庫中存在的問題則通過修改數(shù)據(jù)庫完成。因此有可能出現(xiàn)圖紙與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)不一致，而我院則按數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新方式進(jìn)行編輯，即在CAD中進(jìn)行保存時(shí)，后臺(tái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫保存，從而確保了數(shù)據(jù)的一致性。

圖4 CAD屬性查詢界面

(3)綜合管溝的技術(shù)處理

綜合管溝常見的處理方法為每家權(quán)屬單位的管線分別繪制一次，這樣圖面負(fù)載大，管線長度統(tǒng)計(jì)重復(fù)次數(shù)多，當(dāng)管溝新增用戶單位時(shí)，數(shù)據(jù)不易維護(hù)。在這次詳查時(shí)，綜合管溝為一種管線類型，雖然有多家權(quán)屬單位的管線，但只用一種線型表示，該線型除一般屬性外，還有管線權(quán)屬和管溝權(quán)屬，管線權(quán)屬值為所有管溝使用單位，不同單位之間用“;”分隔;管溝權(quán)屬值則為管溝所有權(quán)單位。當(dāng)提供專業(yè)管線圖和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，只需對(duì)該字段設(shè)置條件即可，和重復(fù)繪制各單位管線相比，不但圖面清晰美觀，而且成圖工作量和圖面負(fù)載明顯減少。

6 軌道交通管線詳查實(shí)例

寧波市軌道交通1號(hào)線一期工程為寧波市線網(wǎng)規(guī)劃中的東西向主干線。線路全長22.56 km，其中地下線16.10 km，地面線 0.51 km，高架線 5.40 km，U形槽0.55 km。管線詳查分2個(gè)標(biāo)段實(shí)施，Ⅰ標(biāo)段管線長度249.567 km，管線點(diǎn)17 627個(gè);Ⅱ標(biāo)段管線長度206.404 km，管線點(diǎn)數(shù)13 751個(gè)。涉及供電、路燈、交通信號(hào)、電信、給水、污水、雨水、雨污、天然氣、蒸汽、廢水、人防等管線種類13種。各標(biāo)段院級(jí)檢驗(yàn)精度統(tǒng)計(jì)如下:

(1)地下管線探查數(shù)學(xué)精度

Ⅰ標(biāo)段管線點(diǎn)探查精度檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表1

Ⅱ標(biāo)段管線點(diǎn)探查精度檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表2

(2)地下管線測量數(shù)學(xué)精度

Ⅰ標(biāo)段管線點(diǎn)測量精度檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表3

Ⅱ標(biāo)段管線點(diǎn)測量精度檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表4

從以上數(shù)據(jù)分析可知，本次管線詳查成果符合《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》(CJJ 61－2003)等有關(guān)要求。

7 結(jié)語

軌道交通管線詳查不同于一般工程的管線探測。為確保管線探測精度，我們認(rèn)為應(yīng)該注意幾點(diǎn):

(1)多種探測技術(shù)方法靈活運(yùn)用。復(fù)雜情況下，幾種方法聯(lián)合探測，互相檢核和驗(yàn)證，由于地鐵線路狹長，施工開挖較深，因此，對(duì)金屬管線的探測應(yīng)以管線探測儀為主;對(duì)于非金屬管線或埋深較大的管線主要以雷達(dá)或地震波法探測;對(duì)于測區(qū)內(nèi)無出露點(diǎn)的管線，應(yīng)拓寬測區(qū)范圍，盡可能找到出露點(diǎn)加以驗(yàn)證。

(2)現(xiàn)場條件不具備或不滿足探測方法實(shí)施時(shí)，通過輔助手段創(chuàng)造探測條件，以優(yōu)化探測環(huán)境，滿足探測要求。如對(duì)于疑難的排水管線，向管線中置入金屬導(dǎo)線，通過金屬導(dǎo)線來進(jìn)行探測。

(3)對(duì)深埋電力、電信管線可采用傳感器探測法(導(dǎo)向儀)進(jìn)行探測。

(4)對(duì)深埋金屬管線可使用磁梯度法或輔以打樣洞進(jìn)行定位定深。

(5)對(duì)疑難地段，在判斷不準(zhǔn)的情況下，可輔以釬探或開挖。

［1］徐長虹，梁希福.對(duì)地下管線探測精度及成果可靠性有關(guān)問題的探討［A］.李國泮.城市地下管線管理與應(yīng)用技術(shù)——建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)地下管線管理技術(shù)專業(yè)委員會(huì)2004年年會(huì)論文集［C］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004，42 ～49

［2］梁希福，霍濤.地鐵建設(shè)項(xiàng)目的管線探測.城市勘測，2009(1);95～98

［3］黃水強(qiáng)，黃永進(jìn)等.磁梯度法探測非開挖金屬管線的研究.工程地球物理學(xué)報(bào)，2005，2(5):353～357

［4］陳恒，曹學(xué)禮.寧波市地下管線探測技術(shù)的特點(diǎn).寧波測繪，2006(18)，26 ～28

［5］曹學(xué)禮，陳恒.寧波市地下管線探測技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn).工程勘察，2006(7)，43 ～45