管線探測技術(shù)在福州中心城區(qū)水系綜合治理中的應(yīng)用

林健

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

1 引 言

城區(qū)水系綜合治理是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，為滿足截污管道設(shè)計及施工需求，項(xiàng)目前期河道沿線周邊開展的地下管線探測及河道出水口調(diào)查工作，是順利開展水系綜合治理不可或缺的環(huán)節(jié)。經(jīng)項(xiàng)目建設(shè)單位委托，由福州市勘測院承擔(dān)福州中心城區(qū)水系綜合治理地下管線探測及河道出水口調(diào)查任務(wù)。項(xiàng)目過程中，針對不同的管線類別、材質(zhì)、施工工藝以及地面介質(zhì)采用不同的探測技術(shù)方法，最終提交管線探測成果精度良好，滿足水系治理工程的需求。

2 水系綜合治理勘測項(xiàng)目概況

福州市中心城區(qū)內(nèi)河94條，河道長度 212 km，采用PPP模式，將中心城區(qū)水系分為新店片區(qū)水系(項(xiàng)目包1)、鼓臺中心區(qū)水系(項(xiàng)目包2)等7個區(qū)域，全面開展水系綜合治理工作。由于中心城區(qū)河道沿線路網(wǎng)密集，白馬路、工業(yè)路、六一路、五一路、楊橋路等交通干道車流量大，地下管線分布密集，探測難度較大；河道出水口多數(shù)位于河道沿線單位及小區(qū)內(nèi)部，出水口數(shù)量多，開展出水口信息采集工作涉及較多的溝通協(xié)商問題，采集出水口相關(guān)信息難度較大，工作量較多。

本次水系綜合治理項(xiàng)目共探測地下綜合管線 2 502 km、調(diào)查出水口 7 332處。如圖1為本項(xiàng)目水系綜合治理分布情況。

3 出水口調(diào)查主要內(nèi)容及探測技術(shù)難點(diǎn)

福州市中心城區(qū)水系綜合治理PPP項(xiàng)目涉及河道多，工期緊，勘測任務(wù)重。而河道出水口調(diào)查則主要查明河道出水口的性質(zhì)、位置、管徑、材質(zhì)、高程、出水及水質(zhì)情況，為河道截污、排澇等環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為河道污染源治理方案設(shè)計提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

圖1 水系綜合治理分布圖

出水口調(diào)查：由于福州內(nèi)河皆與閩江相通，有著漲落潮的變化，出水口調(diào)查應(yīng)在低水位時進(jìn)行，外業(yè)工作時間必須進(jìn)行有效安排，以保證出水口不遺漏。

管線探測方面：解決復(fù)雜條件下的管線定位定深問題是水系綜合治理中地下管線探測的關(guān)鍵點(diǎn)，主要有近距離平行管線、非金屬材質(zhì)管線及非開挖施工(頂管或拉管)的深層管線的探測。項(xiàng)目實(shí)施中，外業(yè)采用靈活多變的探測手段，采取部分有開挖條件的地方進(jìn)行驗(yàn)證、邀請權(quán)屬單位到現(xiàn)場指認(rèn)等輔助措施，以保證管線點(diǎn)的精度達(dá)到設(shè)計及施工要求。

4 地下管線探測及出水口調(diào)查在水系綜合治理中的開展實(shí)施

本次水系綜合治理管線探測工作遵循有效、快速、從已知到未知、從簡單到復(fù)雜的原則，先探測位置比較明確、有較多明顯出露點(diǎn)或附屬物、探測信號較好的管線，接著對探測條件較差、較難探測的管線進(jìn)行探測。

4.1 儀器可靠性檢定

本次使用的探測儀器以管線探測儀為主，投入使用前，結(jié)合福州市中心城區(qū)地球物理特征及城市地下管線分布特點(diǎn)，分別在楊橋路、六一中路、白馬南路、銅盤路、南平路、下洋路、上三路等道路上，對探測使用的10臺探測儀進(jìn)行管線探測儀一致性檢測，通過檢測和試驗(yàn)，各臺儀器的探測精度達(dá)標(biāo)，且性能足夠穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需求。

4.2 出水口調(diào)查

河道出水口是黑臭水體的污染源的主要排放途徑，只有摸排并調(diào)查清楚每條河道的出水口具體情況，才能為后期截污管的設(shè)計方案提供數(shù)據(jù)保障。因此福州水系治理前期河道出水口調(diào)查工作是十分必要且重要的環(huán)節(jié)。

由于福州內(nèi)河有著漲落潮的變化，本次河道出水口的調(diào)查工作是在低水位時進(jìn)行，保證了河道的每處出水口調(diào)查不遺漏。作業(yè)員到每條河道駁岸實(shí)地采集出水口的性質(zhì)、位置、管徑、材質(zhì)、高程、出水情況、水質(zhì)、天氣及調(diào)查時間，并拍照記錄，部分駁岸無法到達(dá)的則通過乘坐水上皮艇進(jìn)行作業(yè)采集。提交成果完全滿足河道截污設(shè)計方的需求，部分成果資料如圖2所示：

圖2 部分出水口調(diào)查成果圖

4.3 管線探測主要技術(shù)方法

本次水系綜合治理涉及河道多，河道沿線管線密集，探測工作量大。在測區(qū)范圍內(nèi)，針對管線類型、材質(zhì)及施工工藝不同，采取多種探測方法綜合運(yùn)用，有效、巧妙地避開干擾，保證了管線探測的精度和質(zhì)量。

4.3.1 常規(guī)管線探測技術(shù)

(1)明顯點(diǎn)管線調(diào)查。實(shí)際工作中，給每條河道沿線周邊管線通過明顯點(diǎn)的調(diào)查，確定了需要儀器探測的各管線段，遵循了從已知到未知的管線探測原則。

(2)隱蔽點(diǎn)管線探測。本次隱蔽點(diǎn)管線主要用到了感應(yīng)法、直接法、夾鉗法、示蹤儀法，具體應(yīng)用方法如下：①感應(yīng)法：本次工作中常用的一種探查方法，探測時從已知點(diǎn)處放置發(fā)射機(jī)，使被探測的管線產(chǎn)生感應(yīng)電流而形成電磁場，利用接收機(jī)來追蹤定位；②直接法：主要用于有露出點(diǎn)金屬管線的探測，將發(fā)射機(jī)接地線一端與接于被探管線出露點(diǎn)處，另一端接地，接收機(jī)搜索探測管線產(chǎn)生的電磁信號，追蹤定位，例如在福州中心城區(qū)的工業(yè)路、五一路等地下管線復(fù)雜的給水、金屬材質(zhì)天然氣、溫泉管線探測中應(yīng)用較多；③夾鉗法：主要用于河道沿線周邊電力及通信類管線；④示蹤儀法：主要應(yīng)用于帶出入口的非金屬管道探測，包括排水管、電力通訊類未穿線管道。

4.3.2 復(fù)雜條件下的管線探測技術(shù)

(1)近距離平行管線的探測。本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場管線分布情況，我們使用了以下方法，順利解決旁側(cè)管線探測干擾問題，取得明顯效果：①廣泛采用壓線法、改變發(fā)射機(jī)傾斜發(fā)射方式，抑制旁側(cè)管線的干擾。②根據(jù)目標(biāo)管線與干擾管線的電流方向相反、目標(biāo)管線電流值最大的特性，測定電流大小以及方向以判斷干擾管線，從而確定目標(biāo)管線。③盡可能使用低頻探測，以減弱對旁側(cè)管線的激發(fā)感應(yīng)。④多種頻率、功率、多種激發(fā)方式探測效果的綜合比對，在復(fù)雜區(qū)域加以繪制磁場信號曲線圖，分析信號特征，確定目標(biāo)管線及干擾管線。

(2)非金屬材質(zhì)管探測。本項(xiàng)目中主要解決PE材質(zhì)天然氣的探測難點(diǎn)。由于天然氣管多數(shù)為非金屬材質(zhì)，無法使用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行探測、并且部分管段未埋設(shè)示蹤金屬線，為此項(xiàng)目組做了廣泛的方法試驗(yàn)，取得有效辦法后推廣使用。

(3)深層管線的探測。本次水系綜合治理中，多條河道的截污管線均采用非開挖施工方式。因此河道沿線深層管線的探測成果數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確可靠。本次管線探測工作中，分別投入美國DigTrak F2導(dǎo)向儀和比利時Reduct慣性定位儀對污水、電力及通訊拉管管線進(jìn)行精確定位定深。

①導(dǎo)向儀探測。它是利用穿管器將導(dǎo)向儀的傳感器送入管內(nèi)，傳感器發(fā)射特定的電磁信號，接收器在地面上接收傳感器的信號來實(shí)現(xiàn)定位定深。項(xiàng)目中未跨越河道的深層管線主要采用該方法進(jìn)行探測。

位于西環(huán)中路管徑為DN1400的雨水干管YS1-YS3排入新西河，前期出水口調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)在出水口YS3處排入河道的雨水水質(zhì)渾濁且水量較大，是需要整治的污染源。為阻斷該污染源，設(shè)計方在YS2處設(shè)計修建截流井，將污染源經(jīng)截流井排至原有污水管WS7處。實(shí)地施工過程中，由于原有污水管WS1-WS6段資料老舊，在WS7處依據(jù)已有的WS1和WS6的管內(nèi)底高程進(jìn)行開挖卻未找到管段。后經(jīng)收集資料確認(rèn)該段污水管施工工藝為非開挖拉管施工，埋深起伏較大，勘測人員現(xiàn)場采用導(dǎo)向儀探測方法進(jìn)行了準(zhǔn)確的定位定深。

成果顯示，在WS5-WS4段處污水管內(nèi)底高程為 2.632 m～ 2.206 m。利用該成果施工方很快就挖到原污水管，順利截流了污染源。如圖3所示。

圖3 新西河出水口截流示意圖

②慣性定位儀測量。慣性定位儀的工作原理是設(shè)備內(nèi)搭載慣導(dǎo)里程組合導(dǎo)航器元件，會隨時將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸給內(nèi)部處理模塊，結(jié)算出儀器的空間運(yùn)行軌跡，最后通過系統(tǒng)管理軟件輸出成果數(shù)據(jù)。由于不受場地、周邊信號干擾、管線長度、埋深、材質(zhì)影響等優(yōu)勢，在穿越河道、建筑物下方的深層管線定位定深中發(fā)揮了重大作用，運(yùn)用慣性定位儀能夠準(zhǔn)確測量管線的平面位置和高程，解決了多處管線難點(diǎn)。

③本工程中位于工業(yè)路東側(cè)大慶河截污管道WS77-WS78段設(shè)計采用非開挖方式頂管施工，設(shè)計羅零標(biāo)高為 1.562 m。已施工跨越大慶河電力拉管管線與設(shè)計中的污水管在平面上有交叉，所以電力管的管高需要準(zhǔn)確探測，才能避免截污管道施工過程中對電力管線不必要的破壞。由于電力拉管管線與設(shè)計的污水管交叉處位于大慶河河道中央，導(dǎo)向儀無法到達(dá)探測，項(xiàng)目組采用了慣性定位儀測量方法，成功地采集了電力拉管管線的高程。經(jīng)慣性定位儀測量成果分析如圖4所示，DL1515至DL1531段電力拉管管高位于 0.172 m～0.215 m區(qū)間低于截污管的設(shè)計標(biāo)高 1.562 m，該截污管的設(shè)計方案可行(如圖5所示)。

圖4 慣性定位儀測量分析結(jié)果示意圖

圖5 大慶河截污管道設(shè)計示意圖

5 探測成果精度與應(yīng)用

5.1 成果精度分析

本次水系綜合治理項(xiàng)目位于福州中心城區(qū)，探測面積大，經(jīng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)編輯處理，共生成地下綜合管線 2 502 km和出水口 7 332處。為保證探測成果精度，通過檢查點(diǎn)的重復(fù)量測及探測，計算和統(tǒng)計各項(xiàng)中誤差，結(jié)果顯示本次項(xiàng)目的管線探測成果質(zhì)量合格，精度符合要求，可以提供給勘察、設(shè)計及施工方使用。

5.2 探測成果應(yīng)用

本次水系綜合治理出水口調(diào)查和地下管線探測輸出的成果主要有出水口調(diào)查表、成果圖和照片，以及管線探測成果圖(包括二維管線圖和三維管線橫斷面圖，如圖6、圖7所示)。其中出水口成果資料體現(xiàn)了每條河道的主要污染源的排放途徑，管口位置與高程，為水系綜合治理初期提供了準(zhǔn)確、可靠的原始資料，有利于后期的規(guī)劃設(shè)計；管線探測成果以二維和三維的形式展示出來，可以有效地進(jìn)行各類管線數(shù)據(jù)分析，包括管線的碰撞分析、開挖分析、查詢附屬物位置等功能，提高了決策能力。

圖6 二維管線示意圖

圖7 三維管線橫斷面圖分析

目前，完整且準(zhǔn)確的地下管線探測和出水口資料已經(jīng)提供給河道治理決策部門、規(guī)劃部門以及設(shè)計單位，指導(dǎo)河道治理工程的方案優(yōu)化及工程施工，對本次工程的河道周邊環(huán)境改造、截污管線的埋設(shè)、沿岸管線的遷改提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保障，避免對地下管線設(shè)施的破壞，實(shí)現(xiàn)管線自身的安全運(yùn)營，減少因管線引發(fā)的安全事故而產(chǎn)生的重大經(jīng)濟(jì)損失，避免了更大的資金投入，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約專項(xiàng)資金約800萬元。

6 結(jié) 論

綜上所述，基于地下空間的隱蔽性及復(fù)雜性，地下管線探測工作中必須保持著嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的態(tài)度，針對復(fù)雜條件下的管線探測，結(jié)合現(xiàn)場情況，應(yīng)采取靈活多變的探測方法，以獲取最為準(zhǔn)確的地下管線探測精度。同時總結(jié)工作中的探測經(jīng)驗(yàn)，其中導(dǎo)向儀及慣性定位儀在深層管線中的運(yùn)用是本項(xiàng)目的一個技術(shù)亮點(diǎn)，值得在今后相類似的工作中推廣。