城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測方法研究與實踐

姬　斌，夏 永，肖 婷

（1.成都華潤燃?xì)夤こ逃邢薰?四川 成都　610045；2.資中華潤燃?xì)庥邢薰荆拇?內(nèi)江　641200；

3.遂寧市明星自來水有限公司，四川 遂寧　629000）

城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測方法研究與實踐

姬斌1，夏 永2，肖 婷3

（1.成都華潤燃?xì)夤こ逃邢薰?四川 成都610045；2.資中華潤燃?xì)庥邢薰荆拇?內(nèi)江641200；

3.遂寧市明星自來水有限公司，四川 遂寧629000）

城市燃?xì)馐浅鞘心茉唇Y(jié)構(gòu)和城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，準(zhǔn)確的燃?xì)夤芫W(wǎng)三維坐標(biāo)、埋深等信息是城市規(guī)劃、燃?xì)夤具\(yùn)營管理的重點內(nèi)容之一.本文通過詳細(xì)闡述燃?xì)夤芫W(wǎng)探查原理與方法、燃?xì)夤芫W(wǎng)測繪技術(shù)與方法，以四川省彭州市為例，對燃?xì)夤芫W(wǎng)探測涉及的控制網(wǎng)設(shè)計及數(shù)據(jù)處理、管網(wǎng)探測及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等實證研究，就近距并行管線、深埋管線的探測方法等進(jìn)行了探討，其結(jié)果對提高管網(wǎng)探測理論與技術(shù)，確保城鎮(zhèn)燃?xì)獍踩\(yùn)營等具有重要意義.

燃?xì)夤芫W(wǎng)；管網(wǎng)探測；鋼質(zhì)管道；PE管道；地形測繪

城市燃?xì)馐侵赣糜谏a(chǎn)、生活的天然氣(Natural Gas)、人工煤氣(Manufactured Gas)、液化石油氣(l iquef ied Natural Gas)等氣體燃料的總稱.城市燃?xì)馐浅鞘心茉唇Y(jié)構(gòu)和城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分.它為城市工業(yè)、商業(yè)和居民生活提供優(yōu)質(zhì)氣體燃料.它的發(fā)展在城市現(xiàn)代化中起著極其重要的作用.燃?xì)夤芫W(wǎng)是城市燃?xì)廨斉涞闹匾A(chǔ)設(shè)施，隨著城市的不斷擴(kuò)張而逐步敷設(shè)，準(zhǔn)確的管道平面位置和埋深是燃?xì)夤具\(yùn)營管理、建立管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，可為燃?xì)馐┕ぃǜ慕?、新建）和地下管線敷設(shè)方式優(yōu)化，促進(jìn)地下管線的信息化動態(tài)管理等提供基礎(chǔ).由于燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，各種圖紙缺乏，因此，開展燃?xì)夤芫W(wǎng)的探測和定位的研究對整個燃?xì)夤艿老到y(tǒng)更有效、更安全地運(yùn)行有重要意義.本文系統(tǒng)分析了城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)類型及其探查、測繪方法，在此基礎(chǔ)上，以某城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測為實例，詳細(xì)介紹了城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測的技術(shù)流程，其結(jié)果對促進(jìn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測技術(shù)具有重要意義.

1　城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測方法

根據(jù)燃?xì)夤芫W(wǎng)的材質(zhì)，可分為金屬(鋼管、無縫鋼管、焊接鋼管、鑄鐵管、鍍鋅管)管線和非金屬（PE）管線兩大類.城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探查方法主要有電磁法（頻率域電磁法、時間域電磁法）和電磁波法（探地雷達(dá)法）、磁法、地震波法（反射波法和瑞雷波法）、直流電法和紅外輻射法.其中頻率域電磁法和電磁波法是地下管線定位定深的主要技術(shù)方法，一般而言探查非金屬管線主要采用電磁波法，探測金屬管線主要采用頻率域電磁法.

1.1頻率域電磁法

1.1.1探測原理

磁法是探測地下管線重要的一種物探方法，主要是根據(jù)地下管線與周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為基礎(chǔ).根據(jù)電磁感應(yīng)原理借助儀器觀測電磁場的變化，確定電磁場的空間與時間分布規(guī)律，從而達(dá)到探測地下金屬管線或解決其他地質(zhì)問題的目的。探測原理如圖1所示.

圖1　電磁法工作原理示意圖

圖2　管線探測儀示意圖

在金屬管道的出露處或正上方，放置管線探測儀的發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)發(fā)射頻率可根據(jù)工況予以調(diào)節(jié)，操作人員沿著垂直于管線走線方向?qū)ふ译姶挪ㄐ盘?，根?jù)信號峰值或谷值確定管線平面位置.

1.1.2探測儀器

地下管線探測儀是由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)組成.如圖2所示，發(fā)射機(jī)由發(fā)射線圈及電子線路組成，通過感應(yīng)、直接、夾鉗等方式向管線施加一特殊頻率的信號電流.根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電流在沿著金屬管線傳播時，在管線周圍形成交變的磁場，其強(qiáng)度、導(dǎo)體周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性、導(dǎo)體的電阻率導(dǎo)體與一次場源的距離有關(guān).根據(jù)施加信號的方式不同，電磁感應(yīng)法分為直接法、夾鉗法、感應(yīng)法和示蹤法.接收機(jī)由接收線圈、相應(yīng)電子線路和信號指示器組成.項目用英國雷迪公司RD8000管線探測儀相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下：

①靈敏度：6E-15Tesla,5μA1米處?(33Hz)

②動態(tài)范圍：140dBrms/Hz

③選擇性：120dB/Hz

④深度準(zhǔn)確度：直連：0.1-3米誤差為±2.5%；探棒：0.1-7米誤差為2.5%

⑤最大深度*：管線為6米，探棒為18米

⑥定位精度：±2.5%

1.2電磁波法（探地雷達(dá)法）

電磁波法又稱探地雷達(dá)法（Ground Penet rating Radarmethod簡稱GPR法），是利用超高頻的電磁波探查地下介質(zhì)分布的一種地球物理探查方法.這種方法可以探查地下的金屬和非金屬目標(biāo).探地雷達(dá)法主要是利用介質(zhì)間的介電性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性差異進(jìn)行探查，常見介質(zhì)的物理參數(shù)見表1所示.

?

從表1中可以看出，金屬的相對介電常數(shù)非常強(qiáng)，電磁波穿透不了金屬就形成了全反射。而土壤的介電常數(shù)與塑料粒、PE顆粒、PP顆粒介質(zhì)不同，它們之間就會發(fā)生電磁波反射。利用這一特性，就可以通過雷達(dá)波形較好地確定出非金屬管線。探地雷達(dá)的工作原理如圖3所示.

圖3　地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖

在探測時，發(fā)射天線與接收天線非常接近，甚至將發(fā)射天線與接收天線合在一起.因此，發(fā)射天線的邊界到所測管線頂部的距離約等于管線與土層介質(zhì)邊界到地面接收天線的距離.從天線到地下目標(biāo)的距離隨著天線的移動，不斷地變化.如圖3所示，XN,…，X0,…，X,N,為目標(biāo)正上方位置到天線的水平距離，dN,…，d0,…，dN是對應(yīng)位置探測的管線深度.雷達(dá)是通過測量信號從發(fā)射天線發(fā)出至信號到達(dá)目標(biāo)的傳輸時間，再利用電磁波在介質(zhì)中的傳播速率即可計算出天線至目標(biāo)的距離。雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的導(dǎo)電率和天線頻率。導(dǎo)電率越高，穿透深度越小，天線頻率越高，

穿透深度越小，分辨率越高，反之亦然。

2　城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)測繪方法

管網(wǎng)測繪分為控制測量和碎部測量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三大部分。

2.1控制測量

平面控制測量是在城市等級控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，其方法主要有GPS控制測量、三角測量、導(dǎo)線網(wǎng)測量和交會測量等方法。

高程控制測量是在城市高程控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，常用的方法主要有水準(zhǔn)測量、三角高程測量、GPS高程測量等。

2.2碎部測量

通過碎部測量采集探查出來的管線及其附屬設(shè)施三維坐標(biāo)及其埋設(shè)等信息，根據(jù)項目需要，有時還需測量出管線周圍帶狀地形圖或重要參照物，其常用的方法有全站儀數(shù)字地形測繪、GPS-RTK法等。GPS-RTK（實時動態(tài)測量系統(tǒng)）是GPS實時差分測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。其思想是在基準(zhǔn)站上設(shè)置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見的導(dǎo)航衛(wèi)星（GPS衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星、GLOMSS衛(wèi)星、Gal i leo衛(wèi)星）進(jìn)行連續(xù)觀測，并實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電設(shè)備或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸給移動站.移動站通過接收基準(zhǔn)站所發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和移動站基線向量(△x,△y,△z)；基線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到移動站每個點的WGS-84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換得出移動站每個點的三維坐標(biāo)并計算出其單點精度.

2.3管線測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

管網(wǎng)圖是管線探測的主要成果資料，通過野外采集數(shù)據(jù)借助南方CASS軟件平臺和金迪管線處理系統(tǒng)可以清晰明了地將管網(wǎng)呈現(xiàn)在電子地圖中，便于長期保存和檢查更新，同時也會生成Access數(shù)據(jù)庫文件和標(biāo)準(zhǔn)管線探測成果表.管網(wǎng)圖主要包括管線的空間坐標(biāo)信息和相對管線周邊的地類地物信息作為參考.為了方便統(tǒng)一管理，管網(wǎng)圖的繪制需要使用統(tǒng)一的符號系統(tǒng)和比例尺系統(tǒng).

一般規(guī)定，管網(wǎng)圖主要包括以下內(nèi)容：管線、管線上的附屬物和建（構(gòu)）筑物、鐵路，道路，河流，橋梁、測量控制點和圖廓、圖飾.地下管線圖內(nèi)應(yīng)注記管線的規(guī)格、材質(zhì)、壓力等屬性.

3　工程實踐

3.1研究區(qū)概況

彭州市隸屬四川省成都市21個區(qū)（市）縣之一，位于龍門山脈以南，成都平原北部，介于東經(jīng)103°10ˊ～103°40ˊ、北緯30°54ˊ～31°26ˊ之間，全市幅員面積1421平方公里，下轄天彭鎮(zhèn)、龍門山鎮(zhèn)等18個鎮(zhèn)，各個鎮(zhèn)均有燃?xì)夤芫W(wǎng)分布.境內(nèi)地貌類型大體屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)的“盆地北部區(qū)”，純平原區(qū)423平方公里，平原丘陵混合334平方公里，丘陵山地混合664平方公里.區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，省道105、省道106、成彭高速、彭郫路、石化大道、牡丹大道、湔江路、彭溫路、彭白路等高等級快速路，以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路、村級公路可為燃?xì)夤芫W(wǎng)探測提供交通便利，研究區(qū)內(nèi)已有高等級GPS控制點4個，水準(zhǔn)點6個，可作為燃?xì)夤芫W(wǎng)測繪平面、高程控制網(wǎng)的起算點.

3.2技術(shù)流程

通過分析研究區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)分布，以及已有控制點情況，主要研究內(nèi)容包括控制網(wǎng)建立、外業(yè)管網(wǎng)探查及數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、探測質(zhì)量檢查等四個方面，其主要技術(shù)流程如圖4所示.

圖4　燃?xì)夤芫W(wǎng)探測技術(shù)流程圖

①已有基礎(chǔ)資料收集.收集研究區(qū)已有平面控制點、高程控制點坐標(biāo)，已有管網(wǎng)竣工資料等基礎(chǔ)圖件，地形圖、交通圖等基礎(chǔ)資料，供野外踏勘、控制網(wǎng)設(shè)計、管網(wǎng)探測時作為參考資料.

②平面及高程控制網(wǎng)設(shè)計.根據(jù)項目平面精度、高程精度要求和已有控制點分布情況，分別設(shè)計GPS控制網(wǎng)，高程控制網(wǎng).

③外業(yè)踏勘及控制網(wǎng)選點.外業(yè)踏勘、檢查已有控制點的完好情況，并根據(jù)設(shè)計點位略圖，選好控制點位置，并造標(biāo)埋石、編號，供控制網(wǎng)觀測時使用。

④控制網(wǎng)測量及數(shù)據(jù)處理.按照D級GPS控制網(wǎng)進(jìn)行布網(wǎng)，四等水準(zhǔn)測量進(jìn)行高程控制網(wǎng)布設(shè)，觀測后，分別用HDS2010及平差易軟件進(jìn)行控制點解算及平差處理。

⑤燃?xì)夤芫W(wǎng)探查.根據(jù)已有管網(wǎng)竣工圖、管網(wǎng)巡線員帶線和調(diào)壓器、伐井的分布情況，通過直連、感應(yīng)等方式查明地下管線平面位置及埋深，并做好標(biāo)記、繪制好草圖.

⑥燃?xì)夤芫W(wǎng)及附屬設(shè)施測繪.根據(jù)管網(wǎng)探查確定的點位標(biāo)記，采集管線點，特征點及附屬設(shè)施（閥門、調(diào)壓箱、調(diào)壓柜、三通、彎頭、變徑點、變材點等）的三維坐標(biāo).

⑦燃?xì)夤芫W(wǎng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理.根據(jù)外業(yè)測量數(shù)據(jù)，繪制燃?xì)夤芫W(wǎng)圖，并制作燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)表，包括管點表、管段表、閥門信息表等.

⑧內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)精度檢查.根據(jù)內(nèi)業(yè)繪制成的圖，在圖、表上進(jìn)行管線連接邏輯關(guān)系檢查、高程、平面坐標(biāo)等標(biāo)注檢查，在此基礎(chǔ)上，外業(yè)開挖，對管網(wǎng)埋深、平面位置精度予以驗檢查.

⑨數(shù)據(jù)資料檢查驗收.根據(jù)合同要求，整理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)資料、自檢資料等，提交驗收.

3.3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求

一般采用同精度重復(fù)測量管線點坐標(biāo)和高程的檢查方式，統(tǒng)計管線點的點位中誤差和高程中誤差.地下管線圖測繪精度的檢查：地下管線與鄰近的建筑物、相鄰管線以及規(guī)劃道路中心線的間距較差不得大于圖上±0.5mm.

①地下管線圖的質(zhì)量檢驗應(yīng)符合下列規(guī)定：

a.管線無遺漏，管線連接無錯誤；

b.各種圖例符號、有關(guān)注記和注記格式無錯誤；

c.圖幅接邊無遺漏、無錯誤，圖廓整飾符合要求.

②探測精度要求

a.地下隱蔽管線點的探查精度：水平位置限差δts=0.10h；

b.埋深限差δth=0.15h。當(dāng)h<100cm時，則以100cm代入計算.

c.地下管線點的測量精度：平面位置中誤差ms (相對于鄰近控制點)不得大于±5cm；

d.高程測量中誤差mh(相對于鄰近高程控制點)不得大于±3cm.

3.4主要成果及精度評定

按照上述工程技術(shù)流程，通過外業(yè)測繪、內(nèi)業(yè)成圖，得到研究區(qū)管網(wǎng)探測成果1000余公里，部分成果圖如圖5所示.

圖5　管網(wǎng)探測成果圖

表2　管線點成果表

②精度評定

通過外業(yè)開挖，量取管線中心到固定參照物的距離，與圖上距離予以比對后，計算相對精度.通過儀器現(xiàn)場測量管線點坐標(biāo)，與前期測量坐標(biāo)予以比對，計算絕對坐標(biāo)，開挖后量取管頂距離地表的距離即為實際埋深，和儀器探查的埋深予以比對即可得到埋深誤差.

根據(jù)誤差傳播規(guī)律，管線點位水平中誤差為：

式中：n為探測點數(shù)，為探測點位的水平距離和實際開挖的管線水平距離之差,為差值的平方和.已探測350組數(shù)據(jù)，計算得為8.35cm.埋深中誤差為8.48cm，滿足規(guī)范要求.

4　結(jié)論與討論

本文在探討城市燃?xì)夤芫W(wǎng)探查、測繪技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，以四川省彭州市為例，探討了城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)探測的技術(shù)流程、外業(yè)探查測繪、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、檢查與精度驗證的方法，得到結(jié)論如下：

（1）根據(jù)頻率域電磁法，可較好地實現(xiàn)城鎮(zhèn)金屬管線的平面、埋深定位，而直接法、夾鉗法、感應(yīng)法和示蹤法的選擇，需根據(jù)探測條件予以確定.

（2）由于頻率域電磁法需要探測管道具有導(dǎo)電、導(dǎo)磁性，城市燃?xì)釶E管道由于其不導(dǎo)電、不到磁，通過地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)合圖像處理技術(shù)，可實現(xiàn)PE管的探測.

（3）城市燃?xì)夤芫€僅是城市管網(wǎng)的一部分，城鎮(zhèn)管網(wǎng)探測面臨的情況復(fù)雜，在以儀器設(shè)備探測為主的同時，也需要探測人員的經(jīng)驗、巡線人員等予以輔助，從而提高管網(wǎng)探測的精度.管網(wǎng)探測圖的繪制需要使用統(tǒng)一規(guī)范的符號系統(tǒng)和比例尺.

[1]張正祿,司少先,李學(xué)軍,張昆等.《地下管線探測和管網(wǎng)信息系統(tǒng)》出版[J].測繪通報,2008(1):15-15.

[2]杜良法.地下管線探測中的物探方法試驗和探測儀器一致性校驗[J].城市勘測,2012(1):146-148.

[3]陳穗生.管線探測四大難題的探測要點[J].工程勘察, 2007(7):62-67.

[4]何偉,于鵬,張羅磊,等.高密度電法在探測地下金屬與非金屬組合管線中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報,2008, 5(1):95-98.

[5]曹震峰,張漢春,葛如冰.城市新型地下管線的探測方法及其應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2009(4):58-60.

[6]張漢春.長距離近間距平行管線的電磁場特征——以珠三角成品油管道探測為例[J].工程勘察,2008(2):66-71.

責(zé)任編輯：張隆輝

TU996.9

A

1672-2094（2016）04-0180-04

2016-06-12

姬斌（1981-），男，河南信陽人，成都華潤燃?xì)夤こ逃邢薰竟こ處?研究方向：燃?xì)夤こ碳凹夹g(shù)管理工作.