地下管線探測方法技術(shù)與探測隊伍施工組織

李鳳之

(沈陽地球物理勘察院，遼寧 沈陽110121)

近年來隨著地下管線普查探測在我國的全面鋪開，投入到地下管線探測中的單位和人員越來越多，地下管線的探測設(shè)備、方法技術(shù)越來越豐富，探測精度和技術(shù)要求也越來越高。但各探測施工單位在快速發(fā)展的同時，探測人員的業(yè)務(wù)能力、知識水平參差不齊。如何提高地下管線普查探測項目的組織管理能力，加強(qiáng)各單位作業(yè)人員的技能培訓(xùn)，使他們熟練掌握地下管線探測方法和技術(shù)，無疑對工程的順利進(jìn)行和提高工作效率具有重要的意義。

一、地下管線探測對象和任務(wù)

地下管線是指埋設(shè)于地下的管道(包括給水、排水、燃?xì)狻崃案鞣N工業(yè)管道)和地下電纜(包括供電電纜和通信電纜)。地下管線探查是指對上述管線采用實地調(diào)查或儀器探查的方法，查明地下管線的敷設(shè)狀況、在地面上的投影位置、埋深、管線的相關(guān)位置及走向，以及地下管線性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、建設(shè)時間和所屬單位等，并測繪地下管線圖、通過計算機(jī)對上述地下管線信息進(jìn)行編輯和處理，為管線信息管理系統(tǒng)提供管線基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)庫。

二、地下管線的探測方法

地下管線的探測方法分為實地調(diào)查和儀器探查。實地調(diào)查是指到現(xiàn)場對地下管線的明顯點(如各種窨井、閥門、接線箱和變壓箱等)作實地調(diào)查或開井量測，并記錄地下管線的各種屬性、標(biāo)記其位置。地下管線儀器探查的基本原理是管線的存在能引起物理異常，通過測量各種物理場分布的特征來確定地下管線的存在和位置。可供選擇的物探方法有頻率域電磁法、時域電磁法、電磁波法(探地雷達(dá))、淺層地震法、磁法、電阻率法、紅外輻射法、遙感法等，而其中最常用的方法是頻率域電磁法和電磁波法。

1.頻率域電磁法

(1)基本原理

一般在實際工作時，地下管線的長度要遠(yuǎn)大于埋深的5倍，因此被測地下管線可視為無限長直導(dǎo)線。這樣就可以繪出單一管線上各種電磁響應(yīng)及其參數(shù)含義，如圖1所示。

圖1 水平無限長單管線電磁異常曲線

從曲線圖上可以看出各曲線的特征:Hx曲線峰值最大且在管線正上方，其半極值點寬度正好是管線埋深的2倍，0.8倍極值點的寬度正好等于管線的埋深;Hz曲線的最小點(啞點)在管線的正上方，其兩極值間的寬度也等于2倍管線的埋深。因此，電磁法的工作原理就是用Hx分量、Hz分量確定管線平面位置，利用Hx半極值點間距等于2 h確定管線點埋深。

根據(jù)場源激發(fā)方式的不同，地下金屬管線的探測方法可分為被動源法和主動源法。利用工頻(50～60 Hz)或空間存在的其他電磁波信號在金屬管線中所激發(fā)的電磁信號而進(jìn)行探測的方法稱為被動源法，如工頻法、甚低頻法等。主動源法的探測儀器由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，發(fā)射機(jī)在發(fā)射線圈中供諧變電流，在空間建立諧變電場;地下管線在諧變磁場的激勵下產(chǎn)生二次電流，在地面上通過接收機(jī)測定二次電流所產(chǎn)生的諧變場來推求管線的存在及具體位置。主動源法工作方式又根據(jù)激發(fā)方法的不同分為直接法、感應(yīng)法、夾鉗法。主動源法一般信號強(qiáng)且穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、定位深精度高。

(2)管線點定位方法

根據(jù)接收線圈位置的不同，地下管線定位方法可分為極大值法和極小值法。

當(dāng)接收線圈與地面垂直時，接收機(jī)接收的電磁異常的水平分量Hx，根據(jù)圖1可知，當(dāng)x=0即接收線圈在管線正上方時，曲線有極大值。當(dāng)接收線圈與地面平行時，接收機(jī)接收的是電磁異常的垂直分量Hz，根據(jù)圖1可知，當(dāng)x=0即線圈在管線正上方時，曲線有極小值。不管哪種場源激發(fā)方式，通常采用極小值法進(jìn)行管線追蹤，用極大值法精確定位管線點。

(3)管線點定深法

利用金屬管線探測儀探測地下管線常用的定深方法有直讀法、比值法。

①直讀法

一般的管線探測儀如RD系列、LD系列、PL系列等儀器均有直接測深功能，直讀埋深的計算公式為

此法測量地下管線的埋深操作簡單、快速，但當(dāng)周圍存在干擾時，由于受干擾的程度不一樣，直讀埋深往往誤差較大，因此在實際探測工作中，直讀埋深一般只能作為參考。

②比值法

a.特征比值法:特征比值法是指用極大值兩側(cè)某點其值與極大值之比為一確定比值的兩點之間的寬度或半寬度等于所測地下管線中心埋深這一特征來確定地下管線深度。對于水平分量Hx，這一比值分別為0.8、0.5，0.8 的寬度和 0.5 的半寬度均等于地下管線的中心埋深。其理論證明是非常簡單的，根據(jù)電磁理論，有垂直管線方向上，二次場水平分量Hx可表示為

式中，K為常數(shù);x為探測點與管線地面投影的距離;h為地下管線的中心埋深。

將 x 分別設(shè)置為0、h/2、h，即有

用此方法探測，由于受旁側(cè)管線的干擾較大，其值可能偏深，使用時要注意修正。

b.70%定深法:對于RD系列類型儀器，通常使用70%進(jìn)行定深測量，即ΔHx極大值兩側(cè)的0.7比值點的寬度即為地下管線的中心埋深。大量實踐證明，用此法測深具有較高的精度，但在使用此法時，要注意所使用的儀器類別和型號。

2.電磁波法(探地雷達(dá))

自上世紀(jì)末期國內(nèi)引進(jìn)探地雷達(dá)以來，探地雷達(dá)在工程勘察領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。由于其儀器輕便、工作效率高和無破壞性的特點，在城市地下管線普查中成為非金屬管線探查的主要手段。

在探地雷達(dá)的工作點上，地下目標(biāo)管線與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率之間是否存在足夠的差異，是探地雷達(dá)工作是否有效的前提。發(fā)射天線向地下發(fā)射寬頻短脈沖電磁波，電磁波在地下傳播過程中遇物性差異界面發(fā)生反射，反射波被接收天線所接受，并以圖像的形式反映出來，通過分析研究反射信號的形態(tài)、位置等特征而達(dá)到探測的目的。管線在雷達(dá)圖像上呈雙曲線強(qiáng)反射特征。

三、地下管線數(shù)據(jù)處理

每天的外業(yè)探測結(jié)束后，作業(yè)人員必須把每天的記錄(包括隱蔽管線點探測手簿和明顯管線點調(diào)查表)整理出來，并繪制地下管線草圖，以供內(nèi)業(yè)人員數(shù)據(jù)錄入(或?qū)胗嬎銠C(jī))中使用。

管線屬性數(shù)據(jù)采用手工錄入方式時，為了保證數(shù)據(jù)錄入規(guī)范、快速，一般采用專門的地下管線數(shù)據(jù)處理程序，該程序應(yīng)具有管線數(shù)據(jù)錄入、編輯修改、檢查、查詢、接邊，以及生成管線圖形、圖形編繪各輸出成果數(shù)據(jù)等功能。

四、探測施工組織

1.施工作業(yè)組織作業(yè)流程

地下管線的實地調(diào)查、儀器探查、測量與建立地下管線數(shù)據(jù)庫、編繪地下管線圖、成果輸出等均由施工單位內(nèi)外業(yè)一體化完成，因此必須使作業(yè)組織、人員素質(zhì)與專業(yè)結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式等做到管理的一體化，以適應(yīng)多專業(yè)、多工序相結(jié)合的要求，便于工序銜接，充分配合，有效利用工時，避免重復(fù)作業(yè)和保證質(zhì)量。應(yīng)根據(jù)單位作業(yè)技術(shù)力量情況選擇最優(yōu)的配置和組織形式。根據(jù)多年施工的經(jīng)驗總結(jié)，采用的施工組織結(jié)構(gòu)和施工作業(yè)流程如圖2和圖3所示。

圖2 地下管線普查探測項目部組織機(jī)構(gòu)圖

圖3 內(nèi)外業(yè)一體化操作流程圖

2.質(zhì)量保證體系

作業(yè)單位應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行三級檢查制度，即作業(yè)組自檢、分隊檢查、單位質(zhì)檢部門檢查。各級檢查應(yīng)按工序分別進(jìn)行，避免將上道工序的問題帶入下道工序，各級檢查的比例一般應(yīng)為自檢100%，互檢不得少于50%，質(zhì)檢不低于30%。對于探查作業(yè)的開挖檢查，開挖點不得少于測區(qū)隱蔽管線點總數(shù)的2%，開挖點應(yīng)均勻分布在不同種類的管線上和有代表性的地段，對超差點應(yīng)分析查明原因然后改正，嚴(yán)格執(zhí)行獎懲制度。

五、結(jié)束語

實際工作中，地下管線的敷設(shè)方式及其周圍介質(zhì)都可能較復(fù)雜，因此，每個管線點的定位定深都是多種探測方法綜合應(yīng)用的結(jié)果。地下管線探測技術(shù)是一項新興的應(yīng)用技術(shù)，因為理論和探測儀器等方面的原因，還存在許多難點問題:①小口徑非金屬管線的探測;②近間距平行管線的探測;③多層管線的探測;④超深管線的探測。因此，還需大力進(jìn)行新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和利用，為管線探測服務(wù)。

［1］李啟明.城市地下管線探測與非開挖施工新技術(shù)實用大全［M］.北京:科學(xué)技術(shù)出版社，2006:161-164.