管線儀探測(cè)盲區(qū)的解決方案探討

何 輝，曾 平

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

目前，管線探測(cè)儀是地下管線探測(cè)作業(yè)中最常用、最經(jīng)濟(jì)、效率最高且精度較高的儀器設(shè)備，其探測(cè)理論和技術(shù)方法已日益完善。管線儀的工作原理是通過(guò)管線儀的激發(fā)裝置加載數(shù)千赫茲的交頻電磁脈沖信號(hào)至地下目標(biāo)管線，并沿目標(biāo)管線傳播，而致目標(biāo)管線周圍產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)，管線儀的接收裝置通過(guò)撿拾其圓形磁場(chǎng)而判定管線的空間位置。從理論上說(shuō)，該類設(shè)備及其采用的方法僅針對(duì)導(dǎo)電且能在其周圍產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)的管道、纜線行之有效。對(duì)于不導(dǎo)電管線(即非金屬類，如塑膠類、混凝土類)就無(wú)能為力了，亦即管線儀在管線探測(cè)作業(yè)中存在一定的“探測(cè)盲區(qū)”。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，管線儀探測(cè)盲區(qū)是指針對(duì)現(xiàn)狀存在的某條地下管線或管線段，利用管線儀探測(cè)無(wú)效或無(wú)法獲取有效數(shù)據(jù)的情況。根據(jù)管線的特性，本文將管線儀探測(cè)盲區(qū)分為三類：第一類指利用管線儀無(wú)法直接進(jìn)行探測(cè)的情況，比如對(duì)塑膠管道、水泥管道等非金屬管線，這些由于管線材質(zhì)本身原因造成的探測(cè)盲區(qū)本文稱之為“直接性探測(cè)盲區(qū)”；第二類指表面上滿足管線探測(cè)儀工作條件，但在實(shí)際探測(cè)中接收機(jī)無(wú)法獲取有效信號(hào)或根本接收不到信號(hào)的情況，如有金屬絲但存在接頭(接頭內(nèi)金屬絲未連通)的光纜、外涂保護(hù)層(相當(dāng)于絕緣層)完好且管段兩端均未接地的金屬管道、未接通的備用高壓電纜等金屬類管道，此等情況造成的探測(cè)盲區(qū)并非由于管線材質(zhì)本身的原因，本文稱之為“假象性探測(cè)盲區(qū)”；第三類指深埋的地下金屬管線，由于加載的電磁脈沖信號(hào)使之周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)相對(duì)較弱，不易被接收機(jī)識(shí)別或易于被其它干擾信號(hào)串?dāng)_，從而無(wú)法獲取有效信號(hào)，本文稱之為“疑難性探測(cè)盲區(qū)”。

本文從理論出發(fā)，結(jié)合多年經(jīng)驗(yàn)和多件實(shí)例對(duì)利用管線儀探測(cè)地下管線的探測(cè)盲區(qū)進(jìn)行總結(jié)，并提出有效的解決方案進(jìn)行探討。

2 管線儀的工作原理

現(xiàn)階段使用的管線儀主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)以直接充電、電磁感應(yīng)或線圈耦合的方式加載高頻率的交流脈沖信號(hào)至埋設(shè)于地下的目標(biāo)管線，使之產(chǎn)生瞬變電流，該瞬變電流在目標(biāo)管線上傳播，并與遠(yuǎn)方大地連接而形成“回路”。目標(biāo)管線上傳播的瞬變電流在傳播過(guò)程中，在管道四周產(chǎn)生圓形的磁場(chǎng)，接收機(jī)在地面通過(guò)撿拾圓形磁場(chǎng)信號(hào)而推算出管線的走向、埋深等空間信息數(shù)據(jù)。根據(jù)電磁理論，傳播于目標(biāo)管線上的瞬變電流只有在有去有回時(shí)(即形成回路)，才能在管線周圍產(chǎn)生連續(xù)的磁場(chǎng)。接收到的磁場(chǎng)強(qiáng)度與管道上加載的電流強(qiáng)度、衰減程度及距離目標(biāo)管線的遠(yuǎn)近密切相關(guān)。

3 直接性探測(cè)盲區(qū)

對(duì)于不導(dǎo)電的非金屬管線，由于無(wú)法通過(guò)管線儀激發(fā)裝置對(duì)其進(jìn)行信號(hào)加載的手段使之周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而在理論上就成為管線儀的探測(cè)盲區(qū)。

3.1 直接性探測(cè)盲區(qū)總結(jié)

造成“直接性探測(cè)盲區(qū)”的原因是因?yàn)楣芫€的材質(zhì)不能作為電流的載體，常稱之為“非金屬管道”。非金屬管道主要包含塑膠管線(PVC、光纖、玻璃夾砂、塑鋼等)管道、混凝土質(zhì)(水泥、鋼筋混凝土等)管線、陶瓷類管線等。這類管線的一個(gè)共性即不導(dǎo)電，在市政管線中涵蓋了給水、雨水、污水、燃?xì)狻㈦娏?、電信及工業(yè)管道等各專業(yè)管線。正是因?yàn)槠渚哂胁粚?dǎo)電性，致使管線儀無(wú)法直接對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。

3.2 解決方案探討

針對(duì)非金屬管線，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、靈活多變、不拘一格的采用各種手段解決問(wèn)題，不要拘泥于定式思維。常用的咨詢權(quán)屬單位、輔以人工調(diào)查、分析推斷等的方式本文不再贅述，本文主要就如何創(chuàng)造條件變“非金屬管線”為“金屬管線”(變不能為可能)進(jìn)行探測(cè)的思維方式進(jìn)行論述。

要想“非金屬管線”變?yōu)椤敖饘俟芫€”，就要?jiǎng)?chuàng)造條件通過(guò)間接的方法來(lái)達(dá)到目的。譬如通過(guò)探測(cè)塑膠燃?xì)夤艿腊殡S敷設(shè)的示蹤線的方法、通過(guò)撿拾塑膠燃?xì)夤艿缆裨O(shè)的示蹤器芯片的方法、通過(guò)對(duì)電力電信空套管穿設(shè)電纜導(dǎo)線的方法、通過(guò)對(duì)混凝土質(zhì)排水管道拖放示蹤探頭的方法等等，均可通過(guò)“變換探測(cè)對(duì)象”的間接手段對(duì)目標(biāo)管線有效的進(jìn)行探測(cè)。

實(shí)例：在深圳南海大道與東濱路的交叉路口，業(yè)主擬頂管施工修建過(guò)路管群，但與同是頂管施工的過(guò)路深埋電信管群交叉。技術(shù)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)發(fā)現(xiàn)，由于電信管群為深埋且管孔內(nèi)敷設(shè)的光纜有接頭(接頭內(nèi)金屬絲為斷開(kāi)狀態(tài))而導(dǎo)致管線儀無(wú)法有效激發(fā)電磁信號(hào)，故而無(wú)法利用管線儀探測(cè)作業(yè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析，筆者發(fā)現(xiàn)電信管群尚有一條空管可利用，便采取在空管內(nèi)穿設(shè)電纜線、再將電纜線兩端均與管線儀發(fā)射機(jī)直連充電的方法進(jìn)行探測(cè)。這樣既避開(kāi)了電信管群塑膠材質(zhì)的“非金屬性”，又解決了深埋管線磁場(chǎng)信號(hào)較弱的難題(相當(dāng)于儀器激發(fā)信號(hào)直接在電纜內(nèi)傳輸，信號(hào)極強(qiáng))，有效的解決了這一深埋、非金屬管線的探測(cè)難題。

4 假象性探測(cè)盲區(qū)

在實(shí)際工作中，管線探測(cè)技術(shù)人員常會(huì)遇到金屬管道、儀器連接正常、工作電流顯示正常，但接收機(jī)就是無(wú)法接收到電磁信號(hào)的情況。這種情況通常表明管線激發(fā)裝置未能成功的在目標(biāo)管線上加載交頻電流，從而導(dǎo)致目標(biāo)管線周圍未能形成圓形磁場(chǎng)。這就是表面上滿足管線探測(cè)儀的工作條件，但實(shí)際上存在著一定的假象性。

4.1 假象性探測(cè)盲區(qū)總結(jié)

在管線探測(cè)作業(yè)中，假象性探測(cè)盲區(qū)多出現(xiàn)在帶有金屬芯光纖的追蹤探測(cè)、外涂保護(hù)層(相當(dāng)于絕緣層)完好且管段兩端均未接地的金屬管道、未啟用的備用高壓電纜的追蹤探測(cè)等情況。究其原因，主要是因?yàn)閿M探測(cè)的帶金屬芯光纜存在接頭(接頭內(nèi)金屬芯為斷開(kāi)狀態(tài))、外涂保護(hù)層的金屬管道與大地絕緣隔離且接頭處有橡膠圈密封隔離、備用高壓電纜一端未接電而另一端未接通用戶，致使加載在目標(biāo)管線上的交頻電流不能形成回路所導(dǎo)致，從而表面上管線探測(cè)儀發(fā)射機(jī)工作正常，但接收機(jī)接收不到激發(fā)的磁場(chǎng)信號(hào)。

4.2 解決方案探討

對(duì)于假象性探測(cè)盲區(qū)，除了人工開(kāi)挖、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震等解決思路外，想辦法滿足管線儀的探測(cè)條件無(wú)疑是省時(shí)省力的好辦法。比如采用更換目標(biāo)光纖進(jìn)行追蹤、在套管中另外穿纜進(jìn)行探測(cè)、對(duì)防腐完好的新埋設(shè)鋼管進(jìn)行雙端充電、未啟用的備用電纜雙端接地等手段，人為創(chuàng)造條件去滿足管線儀的工作需求，既省力又可有效解決這一難題。

實(shí)例：在深圳寶安自來(lái)水廠，有兩條專用供電電纜(一主一備用，直埋地段約為1公里)，當(dāng)時(shí)主供電電纜出現(xiàn)故障，準(zhǔn)備啟用備用電纜，卻發(fā)現(xiàn)備用電纜在直埋地段不知何時(shí)何處被損出現(xiàn)短路故障，無(wú)法合閘。急需查清電纜的精確走向和故障點(diǎn)，以便及時(shí)修復(fù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、分析，我們采用了管線儀配合電纜破損檢測(cè)儀進(jìn)行工作。但當(dāng)加載了激發(fā)信號(hào)至目標(biāo)電纜時(shí)，指標(biāo)、狀態(tài)顯示一切正常，就是接收不到信號(hào)。正當(dāng)業(yè)主無(wú)奈準(zhǔn)備更換檢測(cè)單位和探測(cè)設(shè)備時(shí)，筆者經(jīng)仔細(xì)詢問(wèn)業(yè)主工作人員，卻發(fā)現(xiàn)目標(biāo)電纜在檢修時(shí)遠(yuǎn)端已斷開(kāi)，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)激發(fā)電流無(wú)法形成回路。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)連接接地線，順利的避開(kāi)了這一假象，完成了檢測(cè)任務(wù)。

5 疑難性探測(cè)盲區(qū)

隨著施工工藝的發(fā)展，目前在城市管網(wǎng)的施工中頂管施工非常普遍，而且為了避開(kāi)其它管線，頂管深度越來(lái)越大。這就使管線探測(cè)工作越來(lái)越困難。根據(jù)電磁理論，目標(biāo)管線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度和管道上加載的電流強(qiáng)度、接收機(jī)距離目標(biāo)管線的遠(yuǎn)近密切相關(guān)，即同等條件下目標(biāo)管線的埋深越大，則在地面接收到的磁場(chǎng)強(qiáng)度越弱。當(dāng)管線埋設(shè)超過(guò)一定深度時(shí)，地面幾乎就無(wú)法分辨接收到的磁場(chǎng)信號(hào)，形成“疑難性探測(cè)盲區(qū)”。

5.1 探測(cè)盲區(qū)總結(jié)

由于地下管線的復(fù)雜性，疑難性探測(cè)盲區(qū)包含甚廣，概括而言，主要包括儀器接收不到或人工分辨不出接收到的磁場(chǎng)信號(hào)、接收到的磁場(chǎng)信號(hào)是干擾的假信號(hào)等情況。本文主要總結(jié)和探討儀器接收不到或人工分辨不出接收到的磁場(chǎng)信號(hào)的情況。此類情況主要是由于接收到的磁場(chǎng)信號(hào)較弱而導(dǎo)致的，多出現(xiàn)于采用頂管施工的深埋過(guò)路金屬管線，常見(jiàn)的有跨市政道路頂管施工的電力、電信、給水、燃?xì)獾冉饘俟艿?、纜線等。

5.2 解決方案探討

對(duì)于由于接收到的磁場(chǎng)信號(hào)較弱所導(dǎo)致的疑難性探測(cè)盲區(qū)，其解決思路就是如何想辦法增強(qiáng)激發(fā)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。而要增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，就要加大管道上的交頻電流強(qiáng)度。由于發(fā)射機(jī)施加電壓有限、功率有限，但待測(cè)管道的電阻是固定的，故采用常規(guī)的手段是無(wú)法達(dá)到這一目的的。另辟思路，比如可通過(guò)增加激發(fā)發(fā)射機(jī)的數(shù)量(當(dāng)然激發(fā)頻率要一致)來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度、通過(guò)利用長(zhǎng)導(dǎo)線進(jìn)行雙端充電的方法來(lái)增加電流強(qiáng)度、通過(guò)套管內(nèi)穿設(shè)電纜導(dǎo)線然后雙端充電的方法來(lái)增大電流強(qiáng)度等。

實(shí)例：在深圳深南大道，有一過(guò)路的給水鋼管，道路中間埋設(shè)深度超過(guò)7m，由于地鐵施工需精確探測(cè)其走向和埋深，但常規(guī)方法均因接收到的磁場(chǎng)信號(hào)太弱無(wú)法精確定位、定深。經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)搜尋，發(fā)現(xiàn)市政道路兩側(cè)相距500m各有一個(gè)閥門井露頭，我們就購(gòu)買了一條700m的普通電線作為導(dǎo)線，采用雙端充電法對(duì)其兩個(gè)露頭同時(shí)加載激發(fā)電流，由于相對(duì)管道長(zhǎng)度(相比理論上的遠(yuǎn)方接地)變小，而使管道電阻值變小、電流強(qiáng)度增強(qiáng)，隨之管道周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度大大提升，完全達(dá)到了探測(cè)條件，順利解決了這一疑難問(wèn)題。

6 結(jié)論

利用管線儀進(jìn)行管線探測(cè)作業(yè)，由于受到場(chǎng)地復(fù)雜條件的限制，使用儀器和探測(cè)技術(shù)水平發(fā)展的制約，遇到探測(cè)盲區(qū)將不可避免。而作為從業(yè)者，只要不拘泥于定式思維，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采取靈活多變的思路，輔以多種手段，很多情況下的探測(cè)盲區(qū)完全可以得到有效的解決。

[1] 高德恒, 王小剛, 鄧?yán)? 探地雷達(dá)與管線探測(cè)儀聯(lián)合探測(cè)技術(shù)分析 [J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2009(01).

[2] 封崇德, 史保連. 地下管線探測(cè)的基本原理及解釋方法研究 [J]. 物探與化探, 1994(06).

[3] 鄧仰嶺, 韓新芳, 趙地紅, 等. 非金屬地下管線探測(cè)問(wèn)題的探討 [J]. 勘察科學(xué)技術(shù), 2007(02).