地下管線數(shù)字測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

賈寶 鄧學(xué)鋒 張濤 蔣達(dá) 李小娟

（河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003）

地下管線探測(cè)是國家實(shí)施地下綜合管網(wǎng)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，地下管線探測(cè)資料是建立城市地下管網(wǎng)智能管理系統(tǒng)，順應(yīng)國家政策和“互聯(lián)網(wǎng)+ ”、大數(shù)據(jù)、三維可視化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)資料，對(duì)推動(dòng)整個(gè)城市安全、高效、和諧、健康發(fā)展有著重要意義[1]。

本文結(jié)合鄭州軌道交通11號(hào)線地下管線探測(cè)任務(wù)，針對(duì)不同類型的管線選用適當(dāng)?shù)奈锾椒椒ê蛢x器，分析出適合特定類型管線的物探方法，為日后的管線探測(cè)工作提供參考。始點(diǎn)等，需要儀器探測(cè)，點(diǎn)的位置和埋深探測(cè)至關(guān)重要。

管線探測(cè)的作業(yè)步驟包括：資料收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、編寫技術(shù)設(shè)計(jì)書、儀器校驗(yàn)和方法試驗(yàn)、實(shí)地調(diào)查與儀器探查、控制測(cè)量、管線點(diǎn)測(cè)量、管線數(shù)據(jù)處理與管線圖編繪、建立管線數(shù)據(jù)庫、編寫技術(shù)總結(jié)、探測(cè)成果資料提交驗(yàn)收。作業(yè)流程如圖1所示。

1 地下管線探測(cè)原理與方法

1.1 工作原理與方法

地下管線探測(cè)應(yīng)遵循從已知到未知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，復(fù)雜條件下采用綜合方法相互驗(yàn)證等原則。

地下金屬管線探測(cè)依據(jù)電磁場(chǎng)原理，利用管線探測(cè)儀的發(fā)射機(jī)發(fā)射電磁信號(hào)，使地下金屬管線產(chǎn)生交變微電流，在其周圍產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)，然后使用管線探測(cè)儀的接收裝置分析其電磁場(chǎng)分布特征，從而探測(cè)到地下金屬管線的空間位置[2]。地下管線探測(cè)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇合適的方法，特別是在管線較復(fù)雜的地段，要靈活使用充電法、選擇激發(fā)法、壓線法（包括水平壓線、垂直壓線和傾斜壓線等）等方法。

非金屬管線與周圍介質(zhì)存在一定差異，主城區(qū)內(nèi)的排水管線材質(zhì)以砼為主，部分給水、燃?xì)夤艿啦馁|(zhì)為PE管。探查這類管線要使用探地雷達(dá)進(jìn)行波譜分析，結(jié)合權(quán)屬單位資料，綜合分析確定其走向、位置和埋深[3]。

1.2 地下管線作業(yè)過程

地下管線探測(cè)，分明顯點(diǎn)探測(cè)和隱蔽點(diǎn)探測(cè)。明顯點(diǎn)如消防栓、檢查井、管線出入點(diǎn)等，肉眼可見；隱蔽點(diǎn)是指管線分布在地下的轉(zhuǎn)角 點(diǎn)、變徑點(diǎn)、分支點(diǎn)、起

圖1 作業(yè)流程

1.3 管線成果精度要求

（1）管線點(diǎn)的探查精度。隱蔽管線點(diǎn)的探測(cè)精度是：平面位置限差tsδ為0.1h，埋深限差thδ為0.15h（h為管線的中心埋深，單位為cm，當(dāng)h＜100cm時(shí)以100cm計(jì)算）。明顯管線點(diǎn)埋深量測(cè)精度是：當(dāng)中心埋深＜2m時(shí)，其量測(cè)埋深限差為±5cm；當(dāng)2m≤埋深＜4m時(shí)，埋深限差為±8cm；當(dāng)埋深≥4m時(shí)，埋深限差為±10cm。

（2）管線點(diǎn)的測(cè)量精度。平面位置中誤差 sm 的絕對(duì)值不得大于5cm（相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)），高程測(cè)量中誤差 hm 的絕對(duì)值不得大于3cm（相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)）[4]。

2 地下管線探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 明顯點(diǎn)探測(cè)

探測(cè)地下管線明顯點(diǎn)要打開檢修井井蓋，對(duì)明顯管線點(diǎn)及其附屬設(shè)施（包括接線箱、電信人孔、電信手孔、儀表井、檢修井、閥門、消火栓等）做詳細(xì)的調(diào)查、量測(cè)和記錄；查清管線的類型、管徑、材質(zhì)、埋深、走向及連接關(guān)系。其中消防栓、電話亭、接線箱、配電箱、出入地、上桿埋深取0值，排水類管線埋深值取管底埋深。

管線點(diǎn)的地面投影位置設(shè)在井蓋中心，當(dāng)管偏（即管線點(diǎn)地面投影與檢修井中心偏距）≥0.2m時(shí)，需量測(cè)管偏，并記錄管偏方向和距離；當(dāng)管偏＞0.5m時(shí)，實(shí)測(cè)其管線點(diǎn)地面投影點(diǎn)位，以檢修井為地物點(diǎn)。對(duì)于排水管線，一般采用量桿來量測(cè)深度、判斷各分支方向，量測(cè)深度時(shí)要多次量測(cè)，取平均值來確定。

采集地下管線外業(yè)數(shù)據(jù)，要繪制地下管線預(yù)編點(diǎn)號(hào)調(diào)查草圖，草圖上標(biāo)注管線點(diǎn)連接關(guān)系、點(diǎn)號(hào)，以便物探點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

2.2 隱蔽點(diǎn)探測(cè)

管線隱蔽點(diǎn)主要分為線纜類管線和直埋類管線。

（1）線纜類管線隱蔽點(diǎn)探測(cè)：電信、電力等線纜類管線隱蔽點(diǎn)的探查，一般采用夾鉗法或感應(yīng)法。對(duì)于單根埋設(shè)的，采用極大值定位就可滿足精度要求，本項(xiàng)目探測(cè)使用的是RD系列儀器，采用70%的異常寬度定深；對(duì)于管塊埋設(shè)的，采用等效中心修正法校正。

（2）直埋類管線隱蔽點(diǎn)探測(cè)：給水、燃?xì)?、工業(yè)管線等直埋類管線的材質(zhì)為金屬，有明顯點(diǎn)、具備接地條件的地段，可采用直連法探測(cè)，不具備接地條件的地段采用感應(yīng)法探測(cè)；部分給水及燃?xì)夤芫€為非金屬材質(zhì)，用常規(guī)探測(cè)儀無法定位定深，可通過給水和燃?xì)夤咎峁┑膱D紙現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)，并結(jié)合地面明顯附屬物信息，適時(shí)進(jìn)行部分開挖或釬探。

2.3 特殊管線探測(cè)

在進(jìn)行地下管線探測(cè)時(shí)，常在道路交叉口遇到斷面上下埋設(shè)了多種材質(zhì)的管線，存在管線密集、強(qiáng)電磁干擾等問題。在這樣復(fù)雜的探測(cè)環(huán)境下，探測(cè)者要利用多種管線探測(cè)儀，采取不同的探測(cè)方法，結(jié)合文字資料來查明管線的分布情況。

同一條管線直線段相鄰管線點(diǎn)間距＞75m時(shí)，在管線中間加點(diǎn)，控制管線走向；管線彎曲時(shí)，在圓弧起訖點(diǎn)和中點(diǎn)設(shè)置管線點(diǎn)，圓弧較大時(shí)，增加管線點(diǎn)密度，以正確表達(dá)管線的彎曲特征；遇到彎頭時(shí)，首先在管線延伸線上找出信號(hào)消失位置，然后在管線兩側(cè)追蹤信號(hào)并確定其準(zhǔn)確位置，將兩個(gè)方向的相交點(diǎn)定為彎頭點(diǎn)，經(jīng)驗(yàn)證后準(zhǔn)確定點(diǎn)。

3 工程實(shí)例

3.1 測(cè)區(qū)概況和技術(shù)方案

鄭州市軌道交通11號(hào)線沿線地下管線現(xiàn)狀調(diào)查（補(bǔ)測(cè)）項(xiàng)目，探測(cè)線路全長(zhǎng)約7.5km，探測(cè)面積約為200萬平方米。測(cè)區(qū)西起海峰路延長(zhǎng)線與107國道附近，經(jīng)海峰路、南八路，至經(jīng)開第十八大街附近向南約3.2公里。測(cè)區(qū)主要有給水、排水、燃?xì)獾裙艿溃约半娏Γê窡簦?、通信等電纜類管線，以金屬管線為主，部分為非金屬管線，大部分區(qū)域管線密集，較為復(fù)雜。

項(xiàng)目采用全數(shù)字化、內(nèi)外業(yè)一體化的普查模式，明顯管線點(diǎn)實(shí)地調(diào)查與隱蔽管線點(diǎn)儀器探查相結(jié)合、全解析法測(cè)繪與機(jī)助成圖相結(jié)合，同步建立地下管線數(shù)據(jù)庫。內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程圖

3.2 實(shí)施過程及探測(cè)結(jié)果

地下管線探測(cè)專業(yè)性較強(qiáng)，涉及物探、測(cè)量和內(nèi)業(yè)成圖等工序，各工序必須緊密協(xié)作，環(huán)環(huán)相扣。根據(jù)既定方案和設(shè)計(jì)書要求，首先進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，劃分作業(yè)片區(qū)，然后運(yùn)用各種技術(shù)解決疑難管線的探測(cè)，采用先進(jìn)的測(cè)量手段采集數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行內(nèi)業(yè)資料處理。

項(xiàng)目共計(jì)探查管線點(diǎn)總數(shù)3496個(gè)，其中明顯點(diǎn)2518個(gè)，隱蔽點(diǎn)978個(gè)，探查管線總長(zhǎng)度61.1km。

3.3 數(shù)據(jù)處理入庫及地下管線圖編繪

需錄入計(jì)算機(jī)的地下管線信息包括空間信息和屬性信息。地下管線屬性數(shù)據(jù)由地下管線探查所得數(shù)據(jù)以表格形式表示；空間數(shù)據(jù)由管線點(diǎn)測(cè)量采集而來，由全站儀測(cè)量后自動(dòng)記錄，經(jīng)檢查處理后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。管線探查原始數(shù)據(jù)的錄入利用自主研發(fā)的地下管線屬性處理系統(tǒng)進(jìn)行，并對(duì)入庫數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢查。

管線數(shù)據(jù)入庫檢查完畢后，利用Auto CAD2010平臺(tái)二次開發(fā)的具有城市地下管網(wǎng)成圖功能的成圖系統(tǒng)展繪管線點(diǎn)、管線段、生產(chǎn)探測(cè)的管線圖。經(jīng)過簡(jiǎn)單的檢查處理，將地下管線圖交由探測(cè)人員反復(fù)檢查，確認(rèn)無誤后再繪制出與實(shí)際相符的地下管線圖。

管線圖的圖幅規(guī)格為50cm×50cm，比例尺為1∶1000，分綜合管線圖和專業(yè)管線圖。綜合管線圖包含所有管線及其屬性信息，專業(yè)管線圖在綜合圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行編繪，從不同的圖層將各類專業(yè)管線提取出來，增加圖名和專業(yè)信息注記。專業(yè)管線圖按管線一級(jí)分類編輯，分為給水、排水、電力、通信、燃?xì)狻崃?種。局部綜合管線圖如圖3所示。

3.4 質(zhì)量評(píng)價(jià)

測(cè)區(qū)共布設(shè)RTK圖根控制點(diǎn)20個(gè)，四等水準(zhǔn)測(cè)量6.8km，管線探測(cè)點(diǎn)3496個(gè)，外業(yè)工作10d，探測(cè)成果符合相關(guān)規(guī)范要求。質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

（1）上級(jí)檢查組對(duì)測(cè)量全過程進(jìn)行實(shí)地抽查、復(fù)查，控制測(cè)量圖根點(diǎn)的最大相對(duì)誤差為1∶5136（允許值為1∶4000），最大高程較差為25mm，允許值為±30mm，測(cè)區(qū)圖根控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)可靠，精度滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）經(jīng)過驗(yàn)收檢查，管線測(cè)量數(shù)據(jù)和探測(cè)數(shù)據(jù)平面位置中誤差為±3.25cm(限差為±5cm），高程中誤差為1.99cm(允許誤差為±3cm），埋深中誤差在±2cm之內(nèi)，其中物探檢查精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。所檢查的管線點(diǎn)分布具有均勻性、隨機(jī)性和代表性。檢查結(jié)果表明，管線點(diǎn)探查的平面和埋深技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)程的限差要求，探查精度合格。未發(fā)現(xiàn)超差點(diǎn)，符合測(cè)量精度要求。綜合質(zhì)量評(píng)定結(jié)果為成果合格率100%，質(zhì)量等級(jí)優(yōu)。

圖3 局部綜合管線圖

表1 物探檢查精度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

近年來，由于地下管線現(xiàn)狀不清、數(shù)據(jù)不明，管線損壞而導(dǎo)致的城市內(nèi)澇、路面塌陷、停水停電等事故時(shí)有發(fā)生，因此，地下管線普查及管理極其重要和迫切。開展地下管線普查時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同材質(zhì)、不同類型的管線，采取適當(dāng)?shù)奶讲榉椒ǎ瑖?yán)格把控質(zhì)量，確保普查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，保證地下管線的正常運(yùn)行。