地下綜合管線探測技術分析應用與研究

劉 濤 陳青松

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

引 言

地下管線是城市的重要基礎設施，它擔負著傳輸信息、輸送能量及排放廢液的工作，被稱為城市的“血管”和“生命線”。隨著國內(nèi)城市快速發(fā)展，各類工程施工開挖對城市地下管線的定位提出了更高要求。地下管線受損，往往會給城市正常運轉(zhuǎn)帶來極大的影響，如高壓電纜、燃氣等管線受損時，極易引起人員財產(chǎn)損失?，F(xiàn)階段，地下管線探測行業(yè)已經(jīng)取得一定發(fā)展，探測方法多樣，特別是在探測儀器及處理軟件上有了較大程度的提高，為提高管線探測效率及探測質(zhì)量提供了很大的便利。但是，城市地下管線探測工作中，仍然存在著許多未解決的問題，給管線探測工作帶來了困擾，嚴重阻礙了管線探測事業(yè)的進一步發(fā)展。

1 地下管線的現(xiàn)狀特征

近年來國內(nèi)城市高速發(fā)展，城市面積不斷擴張，結(jié)合道路改建擴建，不斷加大地下管線設施建設力度。但國內(nèi)絕大部分城市都還未建設地下綜合管廊進行綜合管理，各類管線均以平鋪直埋的方式埋設，管線雜亂無序呈蜘蛛網(wǎng)狀遍布整個城市。缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，導致道路出現(xiàn)屢次開挖修復等工程，而由于各類管線資料未統(tǒng)籌管理、野蠻施工等原因，地下管線受損事故頻頻發(fā)生。

地下管線主要分為給水管道、排水管道、燃氣管道、電力、通訊管線幾大類。

（1）給水管道：城市的給水管網(wǎng)都是由輸水管線和配水管線組成的網(wǎng)絡，埋深一般在（0.5～3）m之間。組成網(wǎng)絡的管道直徑小則Φ20mm，大則Φ2000～3 000 mm，材質(zhì)有鋼、混凝土、鑄鐵、球墨鑄鐵、玻璃鋼、PVC管等。一般大口徑如Φ1 200 mm 以上的輸水管道材質(zhì)為鋼或混凝土，Φ1 000 mm～600 mm 的混凝土管居多，Φ400～100 mm的鑄鐵居多。

（2）排水管道：排水管道主要為混凝土管、螺紋塑鋼管、PVC管以及漿砌石箱涵等材料。管徑從Φ100 mm圓管到幾米寬箱涵不等，埋深（0.5～5）m之間。

（3）燃氣管道：燃氣管線分高壓管、中壓管和低壓管。燃氣管直徑小則Φ10 mm，大則幾百毫米，材質(zhì)有鋼、鑄鐵、球磨鑄鐵、PE等。一般埋深在1.5 m左右，部分頂管埋深可超過5 m。

（4）電力管線及通訊管線：電力及通訊管線一般埋設在慢車道或人行道內(nèi)，深度范圍一般在（1～3）m之間，埋設方式一般以管溝和管塊為主。

2 地下管線探測方法

隨著探測技術飛速發(fā)展，地下管線探測方法也越來越多，針對不同類型的管線管道，則有不同方法進行探測。

（1）電力通訊管線探測。

電力管線一般埋深較淺，且對管線探測儀電磁信號響應較為強烈，一般在管線普查中容易被發(fā)現(xiàn)。因此在電力管線探測中，一般使用管線探測儀無源模式法直接追蹤電力管線，結(jié)合工區(qū)地面附屬物情況確認電力管線走向。對于信號不強，而又被其他管線信號影響的弱點管線，可考慮使用夾鉗法增強信號。當管線彎曲時，在圓弧起點和中點上設置管線點，圓弧較大時，增加管線點密度，正確表達了管線的彎曲特征；遇到管線轉(zhuǎn)折時，首先在管線延伸線上找出信號消失位置，然后在管線兩側(cè)追蹤信號并確定其準確位置，用兩個方向的相交點定為轉(zhuǎn)折點，經(jīng)驗證后準確定點。

通訊管線與電力管線一樣，一般埋深較淺，但通訊管線較電力管線更為復雜，一般在城市中通訊管線包含電信、聯(lián)通、移動、網(wǎng)通、交通信號線、公安監(jiān)控線等多種管線。管線多以管塊形式埋設，且常有共溝現(xiàn)象發(fā)生，這給管線探測分辨帶來了很大的難度。通訊管線一般對管線儀電磁信號響應較弱。因此在探測通訊管線時，一般應先找到檢測井等附屬物，在通訊管線上直接使用夾鉗法增強管線信號來進行探測。見圖1。

圖1 管線探測夾鉗法

（2）供水燃氣等金屬管線。

金屬管線對電磁信號有較好的反應，當金屬管道埋深較淺時，可采用管線儀直接法進行探測。將發(fā)射機專用輸出電纜的一端與被探測的金屬管線相連接，另一端接地或接到金屬管線的另一端，利用接收機搜索被探測金屬管線產(chǎn)生的電磁信號，對管線進行追蹤定位。當金屬管線埋深較深，或是無出露點時，直接法探測信號較弱，無法準確定位，這時可采用感應法，利用發(fā)射機發(fā)射諧變電磁場，使被探測的地下管線產(chǎn)生感應電流而形成電磁場，通過接收機在地面接收地下管線所形成的電磁場，達到對被探測管線進行搜索、追蹤、定位之目的。見圖2、圖3。

圖2 管線探測直接法

圖3 管線探測感應法

（3）非金屬管線探測。

非金屬管線一般為混凝土排水管道、PE燃氣管道以及PE供水管道，非金屬管道無法利用電磁感應法進行探測，在管線探測工作中，非金屬管道往往是難度最大的一類管道。

探測非金屬排水管道時可選擇的方法較多，一般在探測過程中，對排水管道附屬物調(diào)查非常重要，在簡單的直線排水管道探測時，檢查井位置可示意管線走向。當排水管道在地下連接錯綜復雜，無法明確其走向時，可以利用管道爬行機器人（CCTV）及管線儀示蹤探頭相結(jié)合的方法進行探測。將管線儀示蹤探頭固定在管道爬行機器人上，在檢查井位置將爬行機器人放入管道內(nèi)，遙控控制爬行機器人進入地下待測排水管道中，此時利用管線儀在地面定位示蹤探頭位置，從而定位排水管道平面位置及埋設深度。見圖4。

圖4 利用爬行機器人（CCTV）探測排水管道

當?shù)叵屡潘艿罏榇笮拖浜瓡r，可采用人工下渠的形式，直接在暗化渠道內(nèi)測量。但測量人員必須配備好全套防護措施，避免因吸入有毒氣體而造成安全事故。

探測非金屬燃氣、給水等PE管道時，該類管道往往管徑較小，最小可達到100 mm，而PE材料無電磁感應信號，故管線儀的無源探測模式對該類管道無效。當PE燃氣管有示蹤線時，可用管線儀直接法探測。這里主要討論無示蹤線的PE管道探測方法。

無示蹤線PE管是管線探測中最難探測的一類管線。尤其對于燃氣頂管，不但管徑小，而且埋深大，最大可達 （6～8）m，這給管線探測帶來的很大的難度，在探測時一般選用地質(zhì)雷達法或地震映像法進行探測。在城市中信號干擾源很多，例如當利用地質(zhì)雷達對某燃氣PE管進行追蹤時，應時刻注意避免在電力管線較多地區(qū)布置測線，注意天線周圍金屬圍擋及停放車輛對信號影響等。

3 綜合管線探測存在的問題分析及方法應用實例

3.1 存在問題分析

（1）施工單位施工不當導致管線埋設受損。

部分施工單位在鋪設地下管線時，沒有制定詳盡的管線保護方案，或是制定方案后執(zhí)行不到位，導致管線在埋設時就受到了損壞。例如燃氣管道埋設時意外將示蹤線破壞，致使在管線探測時無法探測到示蹤線信號；排水管道鋪設時，下伏土層未壓實，排水管道鋪設完畢后管道下方出現(xiàn)空洞而破裂，致使在管線探測時電磁波反射信號雜亂，管道內(nèi)窺時視線受阻，影響管線探測精度及效果。

（2）地下管線圖紙與實際不符。

國內(nèi)不少城市已經(jīng)開展數(shù)字城市建設，許多管道在埋設初期便已采集管線坐標、埋深、材質(zhì)等信息。但許多老舊城區(qū)在管線埋設時并未收集資料，導致無法找到完整的管線資料。老城區(qū)由于歷史原因或城市拆遷改建，導致城建檔案與現(xiàn)場施工圖紙不符，致使在管線探測過程中容易給探測人員帶來誤導，最終影響探測工作進行，導致探測管線位置出現(xiàn)偏差。

在管線探測過程中，為避免地下管線圖紙不符情況，應盡量收集年代較近的管線資料。發(fā)現(xiàn)探測實際情況與收集管線圖紙不符的情況時，應先仔細對比圖紙上地物與實地地物，觀察是否存在地物變化，導致管線相對位置變化。重新探測管線信號，排除干擾信號，確認探測結(jié)果正確。當確認探測信號正確，應堅信實際探測結(jié)果，避免被錯誤圖紙誤導，導致探測結(jié)果錯誤。

（3）管線種類繁多分支復雜。

地下管線種類較多，市政、電力、電信、移動、聯(lián)通、網(wǎng)通、燃氣、供水、交通信號等十幾種管線，各單位自行管理運營，埋設初期也“各自為政”，雜亂無章。這就導致在管線探測時會探測到多個信號，加之在城市中有許多其他干擾源信號存在，因此在管線定位中有一定的困難。

當面臨多個干擾信號源時，利用管線探測儀定位應仔細分析信號特征，利用不同頻率區(qū)分信號源，確認信號幅值最大位置。當管線分支較多，無法確定管線走向時，探測順序應遵守從支線到主線的原則，逐條查清不同信號所代表的地下管線，再統(tǒng)一匯總，查明地下管網(wǎng)。以70%法為主,反復確認所探測信號源正確深度。70%測深法是與接收機天線高度相關的1個擬合值，即接收機在管線正上方時，能接收到電磁信號的最大值，該值的70%在管線兩側(cè)分別有1個等值點，這兩個等值點間的距離即為目標管線在測定位置處的中心埋深。

（4）地下管道隱蔽性強。

管線均埋設于地下，埋深大多超過0.5 m。部分排水管道埋深甚至可以達到10 m。而許多管道，例如混凝土雨水管、污水管，燃氣PE管，供水PE管等非金屬管道對管線探測儀并無信號響應。在綜合管線普查時，對這類管道主要靠地面檢查井及其他附屬物來進行標識，之后再利用地質(zhì)雷達等其他儀器進行詳查。但給水，燃氣等管道往往檢查井間隔非常大，尤其燃氣管道一般很難看到檢查井，而部分施工方在埋設該類管道時因責任心不強等原因未鋪設管道警示標志，還有部分道路施工中，為省事未將排水管道檢測井等其他管線井蓋升井，而是直接將其埋在新鋪設道路瀝青下，這就導致了這類管道在綜合管線探測普查中被遺漏。

而這類管道如若沒有在收集資料時體現(xiàn)出來，則在接下來的管線詳查中往往會無法查明。為避免這類管道在探測中遺漏，這就要求探測人員在探測過程中做到以下幾點：

（1）探測初期將各類管線資料從運營單位收集完善，做到不遺漏，為隱蔽管線探測做好準備。

（2）在管線普查時，仔細觀察管線地面附屬物，部分被埋檢查井往往會在瀝青表面形成裂紋，可通過裂紋辨別管線位置。

（3）加大普查探測范圍。為防止因檢查井稀疏而造成管線遺漏，應加大實際探測范圍，通過工區(qū)外發(fā)現(xiàn)管線附屬物再沿線追蹤，最終將工區(qū)內(nèi)隱蔽管線探測出來。

（4）走訪詢問附近居民，了解社區(qū)是否開通燃氣管道，了解年代久遠的河道、渠道因城市發(fā)展而轉(zhuǎn)變成的隱蔽覆蓋河道等情況。

3.2 應用實例

深圳某廣場宗地范圍內(nèi)地下箱涵進行定位。根據(jù)項目技術要求及城市探測條件對探測方法進行選擇，箱涵定位采用管線儀及地質(zhì)雷達兩種方法進行及互相驗證。首先利用管線探測儀配備的發(fā)射源放入箱涵內(nèi)，利用管線探測儀從地面進行找尋，定位放射源位置，初步確定箱涵的走向。再利用100 M地質(zhì)雷達布置垂直于箱涵走向的測線，測線垂直切割箱涵頂部，通過地質(zhì)雷達進一步確定箱涵的邊界及埋深。

根據(jù)現(xiàn)場觀測箱涵走向及箱涵設計圖紙，為確定萬科龍城廣場宗地范圍內(nèi)箱涵具體走向、邊界，共布置了雷達測線20條，采用點測模式，測線長5 m，點距5 cm，共計2 000個勘測點；管道定位測量點270個。測點具體布置如圖5。

由圖5可看到，箱涵右側(cè)邊緣布置雷達測線15條，左側(cè)邊緣由于場地限制，布置測線5條；地下管線探測儀特點，在各箱涵孔中央布置測點共270個，在地面選取箱涵孔口變化處及箱涵走向控制點進行標識。

圖5 工作布置示意圖

由各雷達測線圖中可以看出，在測線某位置附近，某深度出現(xiàn)雷達信號強反射區(qū)域，結(jié)合地下管線探測儀探測結(jié)果，推測為箱涵邊界。最后將各箱涵邊界線相連圈定箱涵的位置。

4 結(jié) 語

隨著城市的發(fā)展建設，工程開挖對管線探測的要求越來越高，為保障城市建設的順利進行，管線探測的責任重大。但是受多方面影響，現(xiàn)階段管線探測工作仍然存在著很多問題，探測難度較大。為保證管線探測質(zhì)量，在探測過程中應仔細分析現(xiàn)場情況，采取有效的措施，真正解決所遇到的探測問題，為城市建設提供便利，推動管線探測行業(yè)發(fā)展。