復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)技術(shù)的實(shí)施以及應(yīng)用

楊起營(yíng) 張寶

0 引言

在復(fù)雜條件下開(kāi)展城市地下管線探測(cè)工作，應(yīng)用率較高的探測(cè)方法包括電探測(cè)法、瞬變電磁法、電磁感應(yīng)法、探地雷達(dá)電磁波法等。為了滿足地下管線探測(cè)工作要求，施工人員需要結(jié)合施工場(chǎng)地的具體狀況，選擇符合要求的探測(cè)方法，在有效識(shí)別和消除各項(xiàng)干擾因素之后，保證探測(cè)工程整體施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。本文從地下管線探測(cè)基本原理和優(yōu)勢(shì)入手，結(jié)合復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)方法展開(kāi)闡述，針對(duì)地下管線探測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用表現(xiàn)進(jìn)行全面探討。

1 地下管線探測(cè)基本原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 基本原理

在實(shí)際開(kāi)展城市地下管線探測(cè)工作期間，施工人員非常依賴(lài)地下管線探測(cè)儀，主要就是利用電磁信號(hào)的原理，對(duì)地下金屬管道的具體走向、深度等進(jìn)行探測(cè)。工作原理是指在發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行的狀況下產(chǎn)生電磁波，通過(guò)不同的發(fā)射連接方式，將具體發(fā)送的信號(hào)傳送到地下被探測(cè)金屬的管線上，在地下金屬管線感應(yīng)到電磁波之后，就會(huì)在地下金屬管線的表面產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，其會(huì)沿著金屬管線向遠(yuǎn)處傳播，在此期間也會(huì)通過(guò)地下金屬管線向地面輻射出電磁波。在此之后，地下管線探測(cè)儀接收機(jī)在實(shí)際對(duì)地面進(jìn)行探測(cè)時(shí)，能夠在地下金屬管線的正上方地面接收到電磁波信號(hào)，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱變化狀況，可以精準(zhǔn)地判斷城市地下金屬管線的位置和走向。在城市建設(shè)項(xiàng)目逐步增多的狀況下，更應(yīng)著重開(kāi)展地下管線探測(cè)工作，主要因?yàn)槌鞘械叵鹿芫€非常復(fù)雜，要保證城市地下管線處于合理分布狀態(tài)，如何選用科學(xué)合理的地下管線探測(cè)技術(shù)非常關(guān)鍵，其會(huì)對(duì)城市人們生活質(zhì)量造成直接影響。

1.2 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

城市在發(fā)展建設(shè)過(guò)程中，會(huì)在地下埋設(shè)多種類(lèi)型的管線，不同的管線工作狀態(tài)不同，其中較為常見(jiàn)的地下管線，包括輸配電電纜、綠化供水管線、工業(yè)用水管線、生活和消防供水管線等。為了在復(fù)雜條件下高效開(kāi)展城市地下管線探測(cè)工作，就要充分利用地下管線輻射的電磁場(chǎng)信號(hào)做好定位工作，在獲取地下管線的埋設(shè)深度這一信息之后，精準(zhǔn)找到地下管線的具體位置，便于施工人員掌握地下管線的分布位置。

城市地下管線的具體分布狀況，能夠反映出城市的發(fā)展水平?；诖?，這就要高效應(yīng)用地下管線探測(cè)技術(shù)，了解地下管線實(shí)際分布狀況，從而為后續(xù)制定具有針對(duì)性的城市建設(shè)方案提供依據(jù)。除此之外，正確應(yīng)用地下管線探測(cè)技術(shù)，也可以補(bǔ)充地下管線信息，在確定地下管線分布位置和深度等多項(xiàng)信息之后，保證具體制定的城市建設(shè)和規(guī)劃方案具有科學(xué)合理性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推動(dòng)城市長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。

2 復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)方法

2.1 電探測(cè)法

在復(fù)雜條件下開(kāi)展城市地下管線探測(cè)工作時(shí)，具體應(yīng)用的電探測(cè)法有直流電探測(cè)法、交流電探測(cè)法。

（1）直流電探測(cè)法：在實(shí)際操作過(guò)程中，主要利用兩個(gè)供電電極達(dá)到直流電供電的目的，同時(shí)也要在地下環(huán)境中構(gòu)建一個(gè)供電循環(huán)系統(tǒng)，在保證電流長(zhǎng)期維持穩(wěn)定的同時(shí)，精準(zhǔn)地判斷城市地下金屬管線所處的位置。在具體應(yīng)用直流電探測(cè)法開(kāi)展地下管線探測(cè)工作時(shí)，一定要明確地下管線與周邊介質(zhì)二者之間存在的差異，并要充分應(yīng)用電流在低阻體、高阻體中的差異化分布狀況，高效完成地下管線探測(cè)工作。通常狀況下，在低阻體中應(yīng)用直流電探測(cè)法的探測(cè)效果更加顯著。

（2）交流電探測(cè)法：在應(yīng)用交流電探測(cè)法開(kāi)展地下管線探測(cè)工作時(shí)，主要是利用交流電所形成的磁場(chǎng)來(lái)探測(cè)地下管線，能夠保證地下管線探測(cè)數(shù)據(jù)具有精準(zhǔn)性。在交流電探測(cè)法充分發(fā)揮作用之后，可以全面掌握并分析地下不同介質(zhì)之間的差異，這樣就可以明確差異來(lái)源。

2.2 瞬變電磁法

在開(kāi)展自來(lái)水、污水、雨水管道探測(cè)工作中會(huì)應(yīng)用瞬變電磁法，主要就是向地下實(shí)現(xiàn)脈沖電磁場(chǎng)的發(fā)射，使底層介質(zhì)出現(xiàn)二次電磁場(chǎng)之后，同步使用線圈接收信號(hào)。在做好信號(hào)分析工作之后，可以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，這樣可以為后續(xù)高效落實(shí)地下管線探測(cè)工作提供參考依據(jù)。瞬變電磁法與探地雷達(dá)法具有相似性，在具體探測(cè)過(guò)程中金屬管道或是管道內(nèi)電物質(zhì)反應(yīng)均屬于低電阻體，而附近的介質(zhì)屬于高阻體，這樣就可以精準(zhǔn)地掌握地下管線具體分布的深度和位置等方面的信息。瞬變電磁法具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如反應(yīng)靈敏性強(qiáng)，將其應(yīng)用到排水管線和其他類(lèi)型的管線探測(cè)工作中，可以獲取真實(shí)可靠的信息。

2.3 電磁感應(yīng)法

一般狀況下，在導(dǎo)電金屬周?chē)鷷?huì)分布磁場(chǎng)，這樣可以通過(guò)電磁感應(yīng)法收集相關(guān)磁場(chǎng)，之后再精準(zhǔn)地判斷地下管線埋設(shè)的具體深度和位置。在復(fù)雜條件下開(kāi)展城市地下管線探測(cè)工作，應(yīng)用電磁感應(yīng)法具有方便快捷的特性，能夠高效探測(cè)出金屬類(lèi)和線纜類(lèi)的地下管線。地下管線探測(cè)人員為了進(jìn)一步提高探測(cè)信息精準(zhǔn)性，也可以通過(guò)人工激發(fā)的方式完成管線中的電流激發(fā)工作。人工激發(fā)方法主要包括直連法、夾鉗法、磁偶感應(yīng)法，需要結(jié)合不同類(lèi)型的管線選擇符合要求的激發(fā)方法。

2.4 探地雷達(dá)電磁波法

地下管線探測(cè)人員在實(shí)際操作期間，將探地雷達(dá)電磁波法作為一種輔助方法進(jìn)行應(yīng)用，其比較適合應(yīng)用在非金屬地下管線的探測(cè)工作中。正確應(yīng)用探地雷達(dá)電磁波法來(lái)探測(cè)地下管線的布局狀況，主要利用探地雷達(dá)發(fā)射天線來(lái)發(fā)射電磁波，之后通過(guò)接收天線來(lái)接收管線反射出的相應(yīng)電磁波，在做好電磁波分析工作之后，可以明確地下管線的深度和位置。

3 復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)技術(shù)應(yīng)用表現(xiàn)

3.1 在探測(cè)近間距并行式管線中的應(yīng)用

受到城市建設(shè)這項(xiàng)工作的影響，現(xiàn)階段一些城市中可以使用的地下空間比較少，在實(shí)際開(kāi)展管線埋設(shè)工作時(shí)，主要以應(yīng)用平行埋設(shè)方式為主。雖然具有一定優(yōu)勢(shì)，但是也會(huì)給探測(cè)近距離并行式管線造成不利影響。例如：如果管線之間的距離比較小，并且異常曲線處于單峰狀態(tài)，這樣就無(wú)法通過(guò)峰值來(lái)判斷復(fù)雜條件下城市地下埋設(shè)的管線數(shù)量。如果管線之間存在的距離過(guò)大，就會(huì)形成一些峰值，而曲線具有不對(duì)稱(chēng)性，會(huì)使管線對(duì)應(yīng)的平面位置針對(duì)異常峰值產(chǎn)生位移問(wèn)題。出現(xiàn)這兩種現(xiàn)象的主要原因，是因?yàn)楣芫€之間存在互感與耦合的作用，這樣就會(huì)出現(xiàn)異常疊加的狀況。為了做好異常處理工作，需要結(jié)合具體狀況，科學(xué)合理地調(diào)整施工方式，具體如下。

在具體操作過(guò)程中充分應(yīng)用直接法，主要針對(duì)管線向外出露的位置進(jìn)行充電，并要保證電流可以順延目標(biāo)管線進(jìn)行流動(dòng)，這種方法適合應(yīng)用在探測(cè)金屬管道施工中。此外，在探測(cè)電力與電信類(lèi)的電纜管線期間，可以使用夾鉗法形成感應(yīng)電流。在一些比較特別的探測(cè)條件下，如果無(wú)法使用夾鉗法和直接法，那么可以應(yīng)用壓線法進(jìn)行探測(cè)，需要引進(jìn)感應(yīng)閥，在嚴(yán)格管控干擾問(wèn)題過(guò)程中，也要充分應(yīng)用垂直、傾斜、水平壓線法。除此之外，如果發(fā)現(xiàn)兩條管線的位置處于相鄰狀態(tài)、材質(zhì)與埋深都存在差異、管線處于電磁場(chǎng)內(nèi)部的具體場(chǎng)位與磁感應(yīng)缺乏一致性，導(dǎo)致形成了差異化的感應(yīng)電流，就要充分利用發(fā)射機(jī)設(shè)備具體產(chǎn)生的壓線感應(yīng)，在目標(biāo)管線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并要對(duì)旁側(cè)具體存在的干擾因素進(jìn)行控制，在精準(zhǔn)獲取目標(biāo)管線產(chǎn)生的有效異常之后，可以更加精準(zhǔn)地定位地下管線。

3.2 在探測(cè)各種非金屬類(lèi)管線中的應(yīng)用

復(fù)雜條件下的城市地下管線種類(lèi)較多，并且管線的材質(zhì)存在差異性，在一個(gè)管線系統(tǒng)中也會(huì)應(yīng)用多種材質(zhì)。在管線儀器設(shè)備的輔助下，能夠精準(zhǔn)地探測(cè)金屬管線，但是此項(xiàng)操作也存在一定的弊端，如不能完成非金屬類(lèi)的管線探測(cè)工作。現(xiàn)階段具體可以使用的物探技術(shù)多種多樣，但是仍然存在使用效果不佳的問(wèn)題?；诖耍趯?shí)際開(kāi)展管線探測(cè)工作時(shí)，需要對(duì)處于淺地表中的管線對(duì)應(yīng)的精準(zhǔn)空間位置定位問(wèn)題進(jìn)行處理，考慮到此項(xiàng)工作對(duì)精度具有較高的要求，這就要保證達(dá)到厘米級(jí)別。在應(yīng)用管線探測(cè)儀裝置開(kāi)展非金屬管線處理工作期間，極易產(chǎn)生探測(cè)效果不佳的問(wèn)題，這就要結(jié)合具體的探測(cè)要求，高效應(yīng)用探地雷達(dá)。

以A 城市的道路交叉口管線探測(cè)工作為例，進(jìn)行分析，使用RD8000 管線儀探測(cè)信號(hào)非常弱，該項(xiàng)目的天然氣管道采用頂管（鋼管外加800mm 套管）進(jìn)行施工，可知套管管底的深度為4m，頂管施工至30m 處發(fā)現(xiàn)給水管道與套管正交，已經(jīng)完成的30m 工程處于作廢狀態(tài)。在到施工現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)之后，可知離路口東側(cè)100m 處的湖下發(fā)現(xiàn)600mm 給水管道出露，測(cè)量管頂標(biāo)高為19.6m，推算路口處該管道的深度為3.7m，其與頂管施工發(fā)現(xiàn)該水管道的深度具有一致性。基于此，為了提高探測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性，就要明確以下幾項(xiàng)影響因素。

（1）在具體應(yīng)用探地雷達(dá)法開(kāi)展地下城市管線探測(cè)工作時(shí)，最終的探測(cè)結(jié)果極易受到其他因素的影響，如周邊介質(zhì)的材質(zhì)、地下管線材質(zhì)等是不能忽視的影響因素。介電常數(shù)之間存在一定的差異，在差異逐步增大之后，反射界面就會(huì)變得更加明顯，進(jìn)而也會(huì)使反射系數(shù)增大，異常圖變得更加清晰；在介電差異逐步縮小之后，反射界面并不會(huì)表現(xiàn)得非常明顯，此種狀況下雷達(dá)將難以探測(cè)反射信號(hào)。電導(dǎo)率也是影響探地雷達(dá)使用效果的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，介質(zhì)吸收系數(shù)與電導(dǎo)率二者之間具有負(fù)相關(guān)的關(guān)系。如果介質(zhì)電阻率不大，但是吸收系數(shù)卻比較大，電磁波僅有較小的穿透深度，那么雷達(dá)就難以接收反射信號(hào)。

（2）地下管線周邊介質(zhì)的分布均勻程度，也是非常重要的一項(xiàng)影響因素。在實(shí)際開(kāi)展地下管線埋設(shè)工作時(shí)，通常需要采取挖溝回填、覆蓋等施工技術(shù)，最終原土層與回填土結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，進(jìn)而就會(huì)使電導(dǎo)率與介電常數(shù)出現(xiàn)不一致的問(wèn)題；在回填土的內(nèi)部存在建筑垃圾，如磚頭和石塊等，土質(zhì)與這些建筑垃圾之間存在電導(dǎo)率、介電常數(shù)差異，極易在雷達(dá)剖面上出現(xiàn)干擾異常的問(wèn)題，進(jìn)而就會(huì)對(duì)管線異常識(shí)別工作造成影響。在實(shí)際開(kāi)展探測(cè)工作時(shí)，非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作就是掌握地下管線的主要信息，如掌握地下管線的具體埋設(shè)狀況、材質(zhì)與規(guī)格、規(guī)模與異常形態(tài)等，在此之后對(duì)地下管線進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。

（3）探測(cè)環(huán)境是影響復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)結(jié)果的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。在實(shí)際開(kāi)展探測(cè)工作時(shí)，應(yīng)用雷達(dá)需要在較為平坦的地勢(shì)條件下開(kāi)展，并且要規(guī)避無(wú)線電式射頻源與大件的金屬材質(zhì)物體，這樣干擾因素在對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生一定的影響之后，就會(huì)使其反射波形成異常的狀況，進(jìn)而無(wú)法保證雷達(dá)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)階段可以利用的地下空間資源比較少，在實(shí)際埋設(shè)管線期間會(huì)在近距離的條件下開(kāi)展，并且一部分的管線還會(huì)采取平行排列、斜列敷設(shè)與上下排列的方法等。實(shí)際上，這些操作都會(huì)對(duì)雷達(dá)探測(cè)活動(dòng)造成影響，在全面開(kāi)展探測(cè)管線這項(xiàng)工作時(shí)，需要在前期階段調(diào)查各種類(lèi)型管線具體的位置、制作的材質(zhì)、規(guī)格等，最終目標(biāo)是為后續(xù)排除干擾因素創(chuàng)造條件。

為了保障復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)工作符合標(biāo)準(zhǔn)要求，就要在明確探測(cè)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)之后，對(duì)管線探測(cè)的精度進(jìn)行嚴(yán)格管控。比如：嚴(yán)格管控隱蔽管線點(diǎn)的探測(cè)精度，高程中誤差不大于±2cm；水平位置的限差不大于±（5+0.05h），在測(cè)區(qū)較大并且缺少四等及以上水準(zhǔn)點(diǎn)的狀況時(shí)，地下管線埋深不大于±（5+0.07h）；管線點(diǎn)的解析坐標(biāo)中誤差不大于±5cm，地下管線圖上測(cè)量點(diǎn)位中誤差不大于±0.5mm。

4 城市地下管線探測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

在實(shí)際開(kāi)展城市建設(shè)工作時(shí)，需要著重開(kāi)展地下管線探測(cè)工作，在初期建設(shè)管線時(shí)，存在沒(méi)有及時(shí)保存完整材料、材料精準(zhǔn)度不高的問(wèn)題、地下管理效率低等問(wèn)題。為了保證地下管線探測(cè)技術(shù)充分發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值，在未來(lái)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)過(guò)程中先要圍繞管線的具體狀況進(jìn)行分析，制定具有集約化特征的管理方案，如不僅要解決地下管線無(wú)序布設(shè)的問(wèn)題，也要避免出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)的問(wèn)題，從而為后續(xù)降低探測(cè)管線條件的復(fù)雜性創(chuàng)造條件?？紤]到非金屬類(lèi)的管道被廣泛應(yīng)用在地下管線系統(tǒng)中，加之還要預(yù)防煤氣管道泄露和腐蝕等問(wèn)題，這樣就會(huì)使用鋁塑復(fù)合材質(zhì)類(lèi)的管道、PE 管道、PE 塑料管等，但是非金屬管線不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁，其成為探測(cè)工作中一項(xiàng)難以處理的問(wèn)題?；诖?，在未來(lái)解決非金屬管線探測(cè)問(wèn)題時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際狀況，做好以下兩項(xiàng)工作。

（1）在鋪設(shè)管線同時(shí)預(yù)埋金屬示蹤線，或是埋設(shè)記標(biāo)釘，這樣能夠?yàn)楹罄m(xù)精準(zhǔn)探測(cè)非金屬管線創(chuàng)造條件，在金屬管線探測(cè)儀探測(cè)示蹤線發(fā)揮作用的狀況下，精準(zhǔn)定位地下管線。構(gòu)建完善的地下管線建設(shè)法規(guī)，大范圍推廣非金屬管道示蹤線的埋設(shè)。

（2）二是在研發(fā)非金屬管線探測(cè)方法、探測(cè)儀器工作中投入更多的時(shí)間和精力，如保證精度、效率等滿足城市地下管線探測(cè)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，在對(duì)復(fù)雜條件下的城市地下管線進(jìn)行探測(cè)時(shí)，具有較高的難度，不僅要結(jié)合探測(cè)要求進(jìn)行分析，也要選擇具有針對(duì)性的探測(cè)技術(shù)，在保證探測(cè)方案具有科學(xué)合理性同時(shí)，為后續(xù)城市建設(shè)與發(fā)展提供保障?，F(xiàn)階段較為常用的探測(cè)方法包括電探測(cè)法、瞬變電磁電、電磁感應(yīng)法、探地雷達(dá)電磁波法等，在實(shí)際探測(cè)近間距并行式管線、非金屬類(lèi)管線期間，需要充分考慮各項(xiàng)影響因素，在保證探測(cè)技術(shù)最大程度上發(fā)揮作用之后，滿足地下管線探測(cè)要求，從而獲取精準(zhǔn)的信息，為后續(xù)制定科學(xué)合理的城市規(guī)劃和建設(shè)方案提供依據(jù)。