城市地下管線探測方法探討

王正玲

（蘭州市勘察測繪研究院，甘肅 蘭州 730000）

近年來，伴隨著城市快節(jié)奏的發(fā)展速度，地下管線如雨后春筍般地涌現(xiàn)，而舊的地下管線因為各種原因又無法拆除，新舊地下管線交替分布，給城市地下管線管理造成了很大的不便，又因為管線建設(shè)時路面開挖、施工不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致管線泄露爆炸、路面坍塌、電力電纜裸露使行人觸電等事件時有發(fā)生，對人民群眾的生命和財產(chǎn)安全造成了很大的影響。

為提高城市地下管線的日常建設(shè)和管理水平，減少事故發(fā)生的概率，全面查清各類地下管線現(xiàn)狀，獲取各類地下管線的數(shù)據(jù)，掌握地下管線的基礎(chǔ)信息情況和存在的事故隱患，明確管線責(zé)任單位，整合各行業(yè)和權(quán)屬單位的管線信息數(shù)據(jù)，建立綜合管理信息系統(tǒng)，各管線行業(yè)主管部門和權(quán)屬單位建立完善專業(yè)管線信息系統(tǒng)，必須細(xì)致梳理城市地下管線。城市地下管線探測工作的重要性則不言而喻。而掌握有效的探測方法不僅能加快探測時間，大大縮短工期，并可以減少人力、物力以及財力的損耗。

1 物探方法的選定

1.1 物探方法選定的依據(jù)

物探方法的選定必須依據(jù)下列幾個方面的條件：（1）城市地下管線探測任務(wù)要求；（2）探測的對象；（3）測區(qū)地球物理條件；（4）測區(qū)的實際情況；（5）地下管線與其周圍環(huán)境介質(zhì)之間的物性差異；（6）保證地下管線能被管線探測儀探測到；（7）所使用的儀器能清楚地分辨出目標(biāo)管線，從而排除差異，準(zhǔn)確到所找到要探測的管線；（8）管線探測儀探測精度滿足要求，當(dāng)上述條件確定之后，才可通過探測方法試驗來確定具體的物探方法，不同類型、不同材質(zhì)的地下管線可能用到不同的物探方法。

1.2 城市地下管線探測的方法及原理

（1）電磁法：利用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)不同的地下管線的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的不同，來對管線進(jìn)行探測的方法；（2）電磁波（地質(zhì)雷達(dá)）法：利用不同地下管線對電磁波吸收系數(shù)的不同，而產(chǎn)生不同的衰減系數(shù)的原理探測地下管線；（3）直流電法：利用地下管線的電阻率差異和極化率差異的電性差異得出直流電場的分布特點和規(guī)律來進(jìn)行探測；（4）磁測充電法：將一般充電法中的電場觀測改為磁場觀測的探測方法；（5）反射地震波法：利用地震波在彈性介質(zhì)傳播的理論,通過人工在地面激發(fā)地震波向地下深處傳播,遇彈性不同的介質(zhì),就會產(chǎn)生波的反射，用檢波器接收其反波信號,通過淺層地震儀接收返回的反射地震波,進(jìn)行時頻特征和振幅特征分析,便能獲得地下地質(zhì)體的特征信息,從而達(dá)到地下管線探測的目的；（6）紅外輻射法：根據(jù)不同類型、不同層面的地下管線輻射出不同的紅外能量，從而得到地下管線平面位置和埋深的方法[1]。

2 不同類型管線探測方法的選定

地下管線探測主要分為金屬管線探測、非金屬管線探測、線纜類管線探測以及嚴(yán)重干擾和復(fù)雜地段管線探測。一般而言，上述幾類地下管線都可以用電磁法進(jìn)行探測，非金屬管線探測也可以用電磁波法進(jìn)行探測，線纜類電力管線還可采用50 Hz 的被動源法進(jìn)行探測，遇到地磁干擾比較嚴(yán)重和地下管線分布復(fù)雜的地方可以綜合其他幾種探物探方法進(jìn)行探測。

管線探測儀是探測地下管線的最簡單、探測效果最佳、最有效、最便捷的儀器，利用電磁感應(yīng)的原理，在收發(fā)距離滿足要求的情況下，使管線和探測儀之間的信息傳送的耦合狀態(tài)處于最佳，從而使地下管線探測定位和定深的精度得到提高。

管線探測儀最佳發(fā)射頻率為32.8 kHz，最佳收發(fā)距為20 m，管線定深方法采用70%法（通過測區(qū)實地核查和探測儀一致性檢驗的方法確定的數(shù)據(jù)），在有干擾或遮擋而不能用上述方法探測的情況下也可用感應(yīng)法來確定管線位置，用直讀法定深，一般情況下，感應(yīng)法只能作為參考，不能直接采用其所探測的數(shù)據(jù)。

2.1 金屬管線探測方法

2.1.1 導(dǎo)電性能好的金屬管線探測

對導(dǎo)電性能好的金屬管線采用直接法探測，探測時先從明顯點處開始，用直接法連接管線和接地，逐步向四周追蹤，探測出管線走向。當(dāng)?shù)叵鹿芫€的隱蔽點出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點或三通等情況時，先在所探測出的每個方向上探測兩個以上管線點的位置和埋深，并用記號筆做臨時標(biāo)記，通過線繩或鋼尺直線交匯出管線點的準(zhǔn)確位置，取其各個方向的埋深中間值作為管線點的埋深。在地下管線周圍多處定位，排除遺漏其他管線分支、定錯管線連接關(guān)系等錯誤，確保管線點的準(zhǔn)確性[2]。

2.1.2 導(dǎo)電性能差的鑄鐵管線的探查

許多地方在敷設(shè)地下管線時慣用灰口鑄鐵管或球墨鑄鐵管，其連接處多用橡膠墊圈或水泥密封，此種連接方式導(dǎo)致它的電流不流通、電磁信號傳輸距離短，且此種類型管線多用于給水、排水等與居民生活息息相關(guān)的管線，探測難度大，特別是一些無明顯管線點的地域，給管線探測造成了很大的不便。

探測時，先從明顯管線點處開始探測，用直接法將發(fā)射機連接到目標(biāo)管線上，調(diào)整發(fā)射機和接收機的頻率，選擇最佳頻率，左右調(diào)整接收機的位置，準(zhǔn)確探測出地下管線平面位置和埋深；也可用釬探法，即使用細(xì)鋼釬，在不破壞管線的前提下向下砸到管線上，并保證鋼釬與管線接觸，用直接法探測。當(dāng)直接法難以見效時，可采用感應(yīng)法探測，探測結(jié)果經(jīng)多次驗證后方可使用[3]。

2.2 非金屬管線探測方法

非金屬管線主要涉及砼管、PVC 管、玻璃鋼管以及PE 管等幾種材質(zhì)的管線，目前許多城市在鋪設(shè)管線時多采用這些管線布設(shè)管道，而其接管處多充填膨脹水泥及橡膠墊絕緣物，因此造成管線通道的電性連接不良而導(dǎo)致電磁波信號傳播距離較近，特別是一些無出露點地段，探查難度更大。

選擇已知部位追蹤探查，將發(fā)射機置于管線上方，選擇合適頻率，并使發(fā)射機線圈方向稍稍偏離目標(biāo)管線方向，并左右調(diào)整，探查出管線位置及埋深。當(dāng)感應(yīng)法難以見效時，通常采用細(xì)鋼釬砸至目標(biāo)管線上，利用直接法探查，簡稱為釬探充電法，當(dāng)在水泥或瀝青路面無法釬入時，則采用長導(dǎo)線法，利用管線兩端出露部位連接進(jìn)行充電探測，以便準(zhǔn)確判斷管線的位置和埋深。利用管線權(quán)屬單位所提供的管線資料，根據(jù)其臨近管線點的走向、埋深等信息進(jìn)行判斷，對實在無法查清的管線，與權(quán)屬單位進(jìn)行溝通指認(rèn)，查缺補漏，確保管線數(shù)據(jù)的完整性。

2.3 線纜類管線探測方法

對電力電纜、通訊線纜等線纜類管線進(jìn)行探測時，盡量采用電磁法探測，管線探測儀使用夾鉗法，在無條件采用夾鉗法的情況下可以采用感應(yīng)法探測，探測數(shù)據(jù)經(jīng)多次驗證后方可使用。探測時，對于斷面尺寸較小的管塊，取其中心位置的管線施加信號，探測其埋深和平面位置；對于較大斷面尺寸的管塊，分別取其兩側(cè)上端管線施加信號進(jìn)行探測，各自探測其埋深和平面位置，由此兩點確定一中心位置作為此處管線的平面定位點，此兩點埋深的平均值即為此處管線的埋深。當(dāng)管線遇到弧線彎曲時，增設(shè)管線點以確保真實反映地下管線的走向。

2.4 嚴(yán)重干擾和復(fù)雜地段管線探測

因城市某些區(qū)域十字路口較多，管線密集，部分管線穿插分布、重疊交替情況時有遇到，對探測有一定的干擾。探測時，先對已有管線資料進(jìn)行分析，再根據(jù)明顯管線點的走向、線纜類管線的根數(shù)等信息進(jìn)行判斷，從簡單處入手探測，根據(jù)明顯管線探測未知管線，從外圍管線復(fù)雜處延伸探測，綜合多種探測方法，盡量從接收信號較強的管類開始探測，逐步探測出所有管線的走向。盡量使用受外界干擾小，且信號施加容易，被探測管線接收信號較強的探測方法，如直接法和夾鉗法。管線探測時，沿管線走向連續(xù)探測，在所定位管線點處用探測儀正、反兩次讀數(shù)，當(dāng)儀器的轉(zhuǎn)向差小于3 cm 時，開始管線探測及讀數(shù)，并確定其平面位置。轉(zhuǎn)折點和多通點處在各個方向探測至少兩個點，采用線繩或鋼尺直線交匯法確定管線平面位置。管線弧線轉(zhuǎn)彎處應(yīng)增設(shè)管線點，以保證能真實反映管線的平面位置。

2.5 多條并行管線探查

在一些密集分布著幾條并行排列的管線上，通過直接法、感應(yīng)法，有時能判斷出組合異常中存在幾條管線，但無法準(zhǔn)確有效地確定其位置及埋深，此時應(yīng)根據(jù)管線埋設(shè)的不同物點，選擇合適的激發(fā)方式使目標(biāo)管線上產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，并使鄰近的非目標(biāo)管線上的電流相對于目標(biāo)管線而言可以忽略，來準(zhǔn)確區(qū)分出目標(biāo)管線。

首先，可在出露點處利用直接法分別進(jìn)行探測、定位，根據(jù)每條管線所探查結(jié)果進(jìn)行比較；其次，利用感應(yīng)法，在距離發(fā)射源不太遠(yuǎn)（15～20 m）的部位進(jìn)行探查定位，同時盡量調(diào)低發(fā)射頻率，以避免附近管線的感應(yīng)影響；再次，利用并行管線中目標(biāo)管線的分支拐點進(jìn)行激發(fā)，使干擾管線上不產(chǎn)生太強的感電流。另外，采用壓線法對于近距離并行管線探查效果也比較明顯，但有時受條件限制。如水平壓線法適用于間距稍大的并行管線，當(dāng)間距較小時，水平壓線雖可壓制干擾信號，但目標(biāo)信號亦較弱；傾斜壓線法，適用于近間距的并行管線，但上下并行太近的管線不宜使用，而垂直壓線法，適用于上下平等的管線探查。

3 定深方法的選定

地下管線定深也是管線探測很重要的一步，準(zhǔn)確探測出管線的埋深不僅能分析出各管線的垂直分布情況，也為以后管線開挖、敷設(shè)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，避免各種事故的發(fā)生。

利用管線探測儀對地下管線探測定深的方法主要有以下幾種。（1）雙線圈直讀法：當(dāng)探測儀頻率在最大值時，直接讀取探測儀上的埋深數(shù)值，即為此處管線的埋深；（2）雙線圈70%法：用探測儀探測出某處管線的最大頻率數(shù)a，再乘以70%得出b，探測儀分別向管線左右移動，直到頻率數(shù)變成b，用卷尺量測這兩點的距離，得出的數(shù)即為此處管線的埋深；（3）單線圈45°法：在探測儀所探測出管線的正確位置上，讓接收機與地面成45°角，并同地下管線走向成90°角的方向平行移動接收機，當(dāng)接收機屏幕數(shù)值為0 時，標(biāo)記出接收機底部投影到地面的位置，量測接收機與管線走向的距離即為地下管線的埋深；（4）單線圈80%法：管線HX 異常曲線在峰值兩側(cè)80%極大值處兩點之間的距離即為管線的埋深；（5）單線圈50%法：用探測儀探測出某處管線的最大頻率數(shù)，探測儀分別向管線左右移動，直到頻率數(shù)變成最大頻率數(shù)的一半為止，用卷尺量測這兩點的距離，得出的數(shù)即為此處管線的埋深的2 倍。

除上述探測幾種方法外，還有極值法、比值法等其他探測方法，探測方法的選擇可根據(jù)管線探測儀的類型及探測方法試驗的結(jié)果確定[4]。為保證定深精度，管線定深點的平面位置必須準(zhǔn)確，且符合《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》的限差要求。

4 定位方法的選定

城市地下管線探測，對定位有著嚴(yán)格的要求。在管線探測過程中經(jīng)常遇到地下管線分布情況復(fù)雜，由于受附近管線的感應(yīng)電磁場信號影響以及管線自身因素的存在，儀器所反映的管線位置與目標(biāo)管線的實際位置會有很大差異，所以針對不同情況，尋找能滿足精度要求的定位方法，是城市地下管線隱蔽點探測階段的核心技術(shù)。一般應(yīng)遵循從已知到未知、從簡單到復(fù)雜的原則，采用有效和快捷的方法。

地下管線定位方法主要有磁電充電法、夾鉗法、感應(yīng)法、固定頻率法、充電法等，針對不同類型的管線，采用不同的方法進(jìn)行探測。

4.1 磁電充電法

此方法又稱直連法，主要用于金屬管線的探測。將探測儀一端連接管線另一端接地，接通電源，將交變電流直接注入金屬管線，管線通電，并與地線形成回路，觀測管線電流產(chǎn)生的磁場。由于管線產(chǎn)生的信號很強，故信噪比和分辨率均較高，可以提供很高的定位精度。在各種方法中探測效果是最好的，缺點是必須要有金屬管線出露點，用于連接電路。

4.2 夾鉗法

用夾鉗套在金屬管線或線纜類管線上，使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，觀測該電流產(chǎn)生的磁場，以此定位管線。此方法信號強、探測精度高、易區(qū)分于相鄰管線，缺點是管線必須要有出露點，用于連接電路，如果是金屬管線，管徑必須小于夾鉗直徑。

4.3 感應(yīng)法

感應(yīng)法分為電偶感應(yīng)法和磁偶感應(yīng)法。電偶感應(yīng)法是將探測儀置于地下管線的上方地面上，兩端均接地，使管線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，觀察電流激發(fā)的磁場強度來定位管線。磁偶感應(yīng)法將探測儀發(fā)射線圈置于管線內(nèi)部，以此觀察其在地面產(chǎn)生的磁場強度來定位管線。此方法適用于非金屬管線的探測，探測深度大，效果好，但操作復(fù)雜，成本較高。

4.4 固定頻率法

電纜和特殊金屬管線會產(chǎn)生50 Hz 的感應(yīng)電流，此電流會激發(fā)磁場，能被探測儀探測到。此方法成本低，效率高，操作簡單，但容易受其他管線的干擾，當(dāng)其他方法無法探測管線時，可用此方法輔助探測。

4.5 探地雷達(dá)法

由發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻短脈沖電磁波，接收天線接收來自目標(biāo)管線反射至地面的電磁波來定位管線。此方法對金屬管線和非金屬管線均可探測，分辨率也高于其他方法，但其價格昂貴。

4.6 其他方法

包括瑞利波法、淺層地震反射法、磁梯度法、自然電場法、磁場強度法、電阻率法、充電法、音頻大地電阻法、甚低頻法等方法探測地下管線，但這幾種方法都不是主流，且局限性較大，可輔助上述幾種方法用于地下管線探測。

5 總結(jié)

地下管線的探測方法有很多種，不同地域有不同的物理特征，即使同一地域地磁影響也不盡相同，不管用何種方法探測，都是為完成地下管線探測工作服務(wù)的。選擇合適探測方法是地下管線探測工作的重要步驟，多數(shù)情況下要幾種探測方法配合使用，才能準(zhǔn)確地反映出被探測管線的真實走向、分支情況和管線深度，為建立管線信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。