管線探測儀結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在城市地下管線測量中的應(yīng)用

唐麗新

廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，中國·廣西 桂林 541000

1 引言

基于管線探測儀自身工作特點，工作時電磁信號只能在金屬類管線上有顯著的探測反射接收作用，對于非金屬管線因其存在導(dǎo)電性弱等局限性，其效果并不顯著，且從測量結(jié)果上反映出的誤差較大。目前使用的地質(zhì)雷達(dá)大多使用脈沖調(diào)幅電磁波，發(fā)射接收裝置采用半波偶極天線，雷達(dá)脈沖波的中心頻率為數(shù)十至數(shù)百兆赫甚至千兆赫。寬頻帶高頻短脈沖電磁波通過發(fā)射天線向地下發(fā)射，由于地下不同的介質(zhì)具有不同的物理特性，對電磁波具有不同的波阻抗，能夠從反射中推斷出地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

2 工作原理

管線探測儀的工作原理：由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁信號，針對通過不同的發(fā)射連接方式將信號傳送到地下隱蔽被測管線上，地下管線感應(yīng)到電磁信號后，在電纜上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著管線向遠(yuǎn)處傳播，在電流的傳播過程中，通過該地下管線向地面輻射出電磁波，這樣當(dāng)管線探測儀接收機(jī)在地面探測時，則會接收到電磁信號，通過接收到的信號強(qiáng)弱來判別管線的走向、位置和是否故障。

地質(zhì)雷達(dá)工作原理：地質(zhì)雷達(dá)工作是利用脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，連續(xù)向地下發(fā)射寬度為幾毫微秒的高強(qiáng)度視頻脈沖，然后接收從管壁反射回來的電磁波脈沖信號，通過利用波譜對掃描圖像信號強(qiáng)弱進(jìn)行分析，從而識別確定管線的位置和埋深。地質(zhì)雷達(dá)工作時可以較顯著地探測地下的非金屬管線，一般在傳統(tǒng)的常規(guī)方法利用管線探測儀無法探測的情況下采用，尤其對于口徑較、管道壁有鋼筋網(wǎng)的非金屬管線常用，如排水管道等，對于快速區(qū)分和驗證管線有顯著的作用。

3 隱蔽管線的測量方法

通過分析一個區(qū)域內(nèi)所有的管線種類和分布情況，將管線分為金屬管線和非金屬管線兩類，利用管線探測儀和地質(zhì)雷達(dá)兩者結(jié)合在測量工作中的應(yīng)用即可測量并精確定位測區(qū)內(nèi)所有隱蔽管線的探測方法。

3.1 隱蔽的給水管線、球墨鑄鐵材質(zhì)構(gòu)成的排水（污水）管線、燃?xì)夤芫€、碳素鋼質(zhì)油管管線探測方法

3.1.1 直連法

由于上述幾類管線較為常見且均屬于金屬類管線，利用其具有良好的導(dǎo)電性特性，異常值較容易在背景值中分析出來，故設(shè)計使用直連法進(jìn)行探測[1]。直連法時將管線探測儀發(fā)射機(jī)一端與調(diào)查的金屬管線連接，另一端可以與大地相連或者與探測管線另一端接觸，利用發(fā)射機(jī)將源信號施加到金屬管線上，沿著金屬管線通過并形成交變電磁場，從而達(dá)到探測金屬管線的目的，此方法的局限性在于金屬管線必須有出露點，對于球墨鑄鐵排水管線因其不純屬于金屬材質(zhì)，需要適當(dāng)加大發(fā)射信號進(jìn)行探測。

3.1.2 磁偶極感應(yīng)法

利用發(fā)射線圈發(fā)射信號所產(chǎn)生的電磁場，使得傳至金屬管線感應(yīng)后金屬管線能夠產(chǎn)生二次電磁場，通過探測二次電磁場完成對金屬管線的定位、定深和金屬管線走向的追蹤。該方法測量時，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)均不需要接地，操作靈活、方便，較直連法效率更高。

3.2 隱蔽地下非金屬管線、塑料雨水管線、排水管線、排水砼管、排水塑膠管的探測方法

3.2.1 示蹤法

通過在非金屬管道中放入發(fā)射電磁信號的示蹤探頭，探測過程中通過不斷改變示蹤探頭在管線中的位置，并在地面上設(shè)置追蹤信號源，完成對非金屬管線的探測，此法探測非金屬管線須找到放入示蹤探頭的出入口才可以進(jìn)行非金屬管線的探測工作，而對于一些現(xiàn)場條件局限的地區(qū)，施展起來極為困難，工作量大且此法對于管線的定位、埋深探測精度較差。

3.2.2 地質(zhì)雷達(dá)分析法

由于該類管線在材質(zhì)上與金屬管線材質(zhì)存在差異，并不具備導(dǎo)電的特性，所以在此類管線探測上單純應(yīng)用傳統(tǒng)的管線探測儀短期完成該工作。需采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測工作[1]，通過地質(zhì)雷達(dá)向地下發(fā)射脈沖，然后通過接收管線管壁反射回來的電磁波脈沖信號，并對掃描圖像進(jìn)行波譜圖像分析，進(jìn)而確定管線的位置及埋深，此方法可以探查地下非金屬管線。

3.3 地下隱蔽路燈線、輸電線等電力電纜、通訊（中國電信、聯(lián)合通訊）管線的探測方法

夾鉗法：由于該類管線具有導(dǎo)電性，且相對于排水管線管徑較小，利用地下管線探測儀配備的夾鉗，夾套在管線上，夾鉗內(nèi)的磁芯將所探測管線夾在中間，此做法可以使得感應(yīng)線圈將信號傳輸?shù)竭@類金屬管線上，產(chǎn)生感應(yīng)電流完成對這類管線的探測工作。夾鉗法信號強(qiáng)，定位及定深精度高，廣泛運用于上述管線的探測工作[2]。

上述所述感應(yīng)法、直連法也同樣適用于測區(qū)內(nèi)電力、通訊管線的探測。

3.4 管線測量中疑難管線點的探測方法

對于施測地內(nèi)由于部分地段地形起伏變化比較大，地下管線鋪設(shè)密集、交叉無序及路面上交通及電力線等各種因素的干擾，使得管線探測儀在探測過程中的信號并不穩(wěn)定，在分析管線定位時背景值難以清晰地分辨出來，我們稱此為疑難管線點。對于這類管線點我們首先利用管線探查調(diào)繪圖進(jìn)行仔細(xì)分析，通過研究管線探查調(diào)繪圖同時向管線鋪設(shè)施工方進(jìn)行咨詢鑒定，摸清楚其相應(yīng)的連接關(guān)系及走向再利用管線探測儀進(jìn)行初始探測，針對這類管線探測過程中可以采用多臺儀器進(jìn)行同時探查，從多臺儀器的探測結(jié)果中尋找分析出可靠的異常值，再采取地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果驗證，兩者結(jié)合進(jìn)而確定地下管線的準(zhǔn)確位置、埋深情況。

3.5 地下隱蔽管線水平定位及埋深測量方法

3.5.1 水平定位

利用管線探測儀進(jìn)行地下管線探測時，先沿著管線鋪設(shè)走向進(jìn)行地下管線的追蹤，在探測距離不超過75m 處設(shè)定管線點，通過相鄰管線點的正反向讀數(shù)完成管線點的平面位置定位。設(shè)定時，如果兩次讀數(shù)差值小于3cm 則取兩次讀數(shù)的平均值作為最終值確定管線的平面位置，如果正反兩次讀數(shù)差超限則重復(fù)本次探測工作。

3.5.2 確定深度

采用管線探測儀70%衰減法和直讀法對于隱蔽管線點在地面的投影上進(jìn)行正反兩次讀數(shù)，若兩次讀數(shù)差在3cm內(nèi)則取正反兩次讀數(shù)的平均值用以確定其深度，若兩次讀數(shù)差值大于3cm 則重復(fù)該點的深度探測。

通過上述方法利用管線探測儀和地質(zhì)雷達(dá)探測確定了地下隱蔽管線的材質(zhì)、走向、水平定位、埋深等空間信息，進(jìn)而設(shè)置相應(yīng)的管線點標(biāo)志，保證了后續(xù)管線點坐標(biāo)測量的精確度。

3.6 探測管線點的精度審核

在隱蔽管線點的探測工作完成后，要求取整個測區(qū)內(nèi)管線點成果的5%進(jìn)行復(fù)測，進(jìn)行管線點精度評定，抽取測區(qū)內(nèi)1%（不少于三個）的隱蔽管線點開挖進(jìn)行驗證工作成果。精度檢查按照下列公式進(jìn)行驗證：

式中，ΔSci、Δhci為重復(fù)觀測管線點的平面位置較差和高程較差，cm；cn為復(fù)測點數(shù)[3]。

4 結(jié)語

通過管線探測儀和地質(zhì)雷達(dá)在地下管線測量中的應(yīng)用，針對測量區(qū)域內(nèi)所有隱蔽管線、疑難管線測量采取切實、恰當(dāng)?shù)氖y方法，較傳統(tǒng)的管線測量及開挖測量技術(shù)在工作效率上有了本質(zhì)性的飛躍，在地理環(huán)境復(fù)雜條件苛刻局限性較大的情況下，仍能夠利用管線探測儀和地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行管線測量，通過二者利用多種方法探測地下隱蔽管線精確的材質(zhì)、水平定位、埋深等屬性，從而能保證管線點的設(shè)定精度更高，在對管線測量的過程中能夠通過測量設(shè)定的管線點準(zhǔn)確的捕捉地下管線的鋪設(shè)情況及各種空間信息，這在一定程度上減少了管線測量的工作量，也為后續(xù)的數(shù)據(jù)入庫及城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)提供了保障，時刻掌握地下管線的動態(tài)情況對于一座城市中的能量輸送、信息傳遞、廢物排泄起著不可或缺的作用。