城市地下管線普查探測方法與實(shí)踐

李風(fēng)鑫

（北京市自來水集團(tuán)禹通市政工程有限公司，北京 100010）

我國最早關(guān)于地下城市管線的記錄觀源自19 世紀(jì)60 年代，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)階段我國城市地下管線開始變得越發(fā)復(fù)雜。在20 世紀(jì)80 年代到90 年代城市的快速發(fā)展使城市的管線由“單一、簡單”變得“錯綜復(fù)雜”[1]。由于城市不同功能管線的管理部門和管理單位并不統(tǒng)一，因此關(guān)于管線的檔案和資料也各不相同，格式也不一樣，有些較為陳舊的檔案材料已經(jīng)殘舊不全。在現(xiàn)階段的城市建設(shè)施工中挖斷管線所導(dǎo)致的停水、停電、通訊中斷的情況屢見不鮮。城市管線傳統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)做管理的模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)階段城市的高速發(fā)展需求。因地下管線管理水平不足、規(guī)模不夠或管線質(zhì)量管理不當(dāng)而引發(fā)的各種問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了城市的發(fā)展，在這種情況下做好城市管線的探測工作是非常有必要的[2]。

1 城市地下管線普查的工作內(nèi)容

從定義上講，地下管線的普查指的是通過相關(guān)的物理方法針對城市地下現(xiàn)有的管線進(jìn)行探測，通過檢測得到現(xiàn)階段地下管線的數(shù)量、走向、埋深等相關(guān)的數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的方式記錄整個管線的起點(diǎn)、終點(diǎn)和分支點(diǎn)等，并在相應(yīng)的地圖上對管線的具體分布情況進(jìn)行標(biāo)注，從而對地下管線的資料有著更全面、更系統(tǒng)的掌握[3]。在展開一個城市管線探測的時候，需要根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓芾聿块T的要求以及本城市具體的管線分布情況采用合理的方法獲取準(zhǔn)確的管線數(shù)據(jù)，并繪制系統(tǒng)的管線圖，建立管線數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)。

2 城市地下管線普查的工作流程

地下管線的普查總體上可以分為3 個步驟：首先，材料的收集，主要是指現(xiàn)階段管線相關(guān)部門能給的現(xiàn)有材料。其次，對地下管線的普查，也就是借助儀器設(shè)備分析地下管線的具體分布情況。最后，形成資料并記錄在案來作為后期的管線管理資料[4]。

2.1 地下管線普查資料的收集

展開地下管線勘察的一個前提條件就是收集目前城市地下管線所有的有關(guān)材料，通常來說會由委托單位統(tǒng)一提供地下管線的材料，包括水利、電力、燃?xì)?、供暖等多種管線的城市分布圖，以城市分布圖為基礎(chǔ)對城市的實(shí)際管線分布有一個大致的了解。結(jié)合委托單位的管線勘察需求，制定初步的管線勘察方案。對于一些標(biāo)注不清晰的資料要與委托單位進(jìn)行溝通，盡可能地獲取詳細(xì)的資料，有助于勘探方案的計(jì)劃和工作的落實(shí)[5]。

2.2 城市地下管線普查工作的落實(shí)

地下管線的普查工作開展時要結(jié)合已經(jīng)設(shè)計(jì)好的普查方案，提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的儀器設(shè)備，并檢驗(yàn)儀器設(shè)備的工作性能，確保其能滿足工作需求。然后再根據(jù)普查方案到外業(yè)部位確認(rèn)管線井的位置，并在圖紙上做上標(biāo)記，理論狀態(tài)下需要在圖紙上標(biāo)注好起點(diǎn)井位、終點(diǎn)井位、路口井位坐標(biāo)和高程，記錄所有檢查井的方向等，如果管線上有編號，應(yīng)記錄下編號，便于后期資料的整理。然后再根據(jù)先易后難的原則展開對于地下管線的普查。比如可以先調(diào)查雨水和污水的管道資料再調(diào)查電力、燃?xì)狻崃?、電信等管線。當(dāng)每打開一個中途檢查井的時候，盡可能地記錄井下所有的管線材料[6]。一般自來水的給水管道為球墨鐵制，探測的難度比較高，電力系統(tǒng)的管道一般是方塊的，熱力還有燃?xì)夤艿酪话愣际墙饘俟艿馈Ｔ谙戮畽z查之前需要先對井口進(jìn)行通風(fēng)，以免井中存在著大量的沼氣或有毒氣體，必要的情況下在下井之前需要先對井內(nèi)的氣體質(zhì)量進(jìn)行檢測，避免檢查人員出現(xiàn)中毒或其他問題[7]。

2.3 形成管線資料

將管線普查工作中所收集到的所有管線的材料連接在一起并進(jìn)行量測，最后使用圖根的方法集合rtk 等測量設(shè)備對管線的位置走向標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行記錄，在無法使用rtk 測量的地方可以結(jié)合圖根導(dǎo)線或支導(dǎo)線的形式采集數(shù)據(jù)，倘若使用全站儀采集數(shù)據(jù)的時候，應(yīng)合理地控制各方面的誤差，平面誤差要小于50 毫米，高程誤差要小于30 毫米。將所有采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集總結(jié)，并繪制成本城市的管線普查線路圖。

3 城市地下管線普查中常用的方法及應(yīng)用研究

3.1 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法是探查金屬管道時常用的一種方法，其操作原理就是對需要探查的管道先施加一定的人工電磁場，金屬管道在電磁場的作用下會在其表面產(chǎn)生電流，電流又會沿著金屬管道進(jìn)行傳播。在金屬管道傳播電流的同時，其表面又會產(chǎn)生二次電磁場。然后再通過電磁場探測儀收集地表上面的電磁場信號，將收集來的電磁場信號進(jìn)行濾波分析之后得到地下金屬管道返回的電磁場，并根據(jù)信號特征來確定地下管線的位置和方向。但是如果需要探測的金屬管道周邊有著較多的其他金屬管道或存在強(qiáng)烈的地磁場，則該方法的準(zhǔn)確度并不高。比如在市政的自來水給水管道中經(jīng)常用的都是金屬管道，比較適用于該方法。

3.2 電磁波法

電磁波法屬于一種穿透探測感應(yīng)法，其原理是當(dāng)電磁波穿過不同介質(zhì)時，產(chǎn)生的反射和透射情況不一樣。在使用該方法探測時，電磁波照到的管道的電磁輻射與土壤的電磁輻射會產(chǎn)生明顯的區(qū)別，然后再使用電磁波儀器對反射回來的信號進(jìn)行接收濾波處理之后，便能夠根據(jù)圖像的信號情況定位出下方埋管線的位置。該方法在行業(yè)里又被稱之為探地雷達(dá)法，只不過受制于電磁波穿射深度的影響，對于一些較深的管道探測得并不是很準(zhǔn)確。在實(shí)踐中為了提高探測的準(zhǔn)確性，有時候會使用多張雷達(dá)圖進(jìn)行組合探測，將收集到的電磁波信號進(jìn)行濾波之后精準(zhǔn)地定位出管線的位置。

使用該方法要求被探測的管線與周邊的物質(zhì)存在著本質(zhì)上的電性差異，該方法在一定程度上也受限于管線本身材料的影響，但對于絕大多數(shù)情況還是適用該方法的。尤其針對一些非金屬管道的探測該方法的效率更高，相對于電磁感應(yīng)用法，該方法更加適用于對于地下管道的盲探，避免在探測中管線出現(xiàn)漏丟的問題。比如有一些熱力管線本身都比較粗，而且主體為金屬材質(zhì)，使用該方法效果比較好。

3.3 示蹤電磁法

該方法是將一個電磁波發(fā)射頭放在即將探索的管道中，利用電磁波在不同物質(zhì)中傳播和反射特征不一樣的特性，使用設(shè)備沿著地表收集相應(yīng)的電磁信號并對電磁信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將收集到的濾波形象進(jìn)行處理之后可以快速地定位管道的平面位置，該方法經(jīng)常應(yīng)用在存在管道出入口的管線探查工作中。相對于其他方法，該方法的信號強(qiáng)度更強(qiáng)而且更穩(wěn)定，抗干擾性更優(yōu)越，探測的速度和效果都比較好。

3.4 管道CCTV 探測法

管道CCTV 探測法其本質(zhì)原理就是通過帶有監(jiān)控的機(jī)器人和終端電視監(jiān)控系統(tǒng)對管道內(nèi)部進(jìn)行探測的一種技術(shù)，主要應(yīng)用于對管道內(nèi)部情況的檢查。相對于其他方法，該方法可以從視覺上更直觀地觀察到管道內(nèi)部的情況，主要應(yīng)用在對于管道的檢查和維修之中。管道CCTV 探測系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是電視監(jiān)控控制系統(tǒng)、爬行車輛攝像頭、線纜。其中爬行器上面可以搭載多種攝像頭，比如常見的普通攝像頭，旋轉(zhuǎn)攝像頭和魚鏡像頭，爬行車輛通過線纜與控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，控制系統(tǒng)對車輛發(fā)出直行、轉(zhuǎn)彎、后退等多種命令，操縱爬行車輛在管道中運(yùn)行。同時也可以控制攝像頭調(diào)節(jié)、變焦、旋轉(zhuǎn)前后視角，切換和開閉燈光等功能。操作人員主要是依據(jù)終端的視頻設(shè)備實(shí)時接收并儲存攝像頭所采集到的所有信號。隨著時代的不斷發(fā)展，該技術(shù)越發(fā)成熟，無論是在地方市政管道的檢查，還是一些老舊小區(qū)的雨水、污水排水管網(wǎng)的檢查中都經(jīng)常會用到CCTV 檢測法。

3.5 觸探檢測法

初探檢測法是現(xiàn)階段地下城市管線普查中應(yīng)用較少但也是最直接的一種方法。其本質(zhì)就是一種機(jī)械開挖和探測的方法，通過打孔或開挖的方式確定管線所在的位置。該方法適用于管線的探測條件不良，其他方法難以適用地下管線較為復(fù)雜的情況下。使用該方法時，對于地下存在的管線要有一個大概的了解，根據(jù)勘察的需要，確定打孔或開挖的方法。

隨著時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段關(guān)于地下管線普查的方法也越來越多，在選擇方法時一定要考慮到該方法的適用性成本和效率，本著高效、低成本、低消耗的原則落實(shí)勘查工作。如果使用電磁法或示蹤電磁法，要確保其能形成的電磁場足夠強(qiáng)大，并在地面上能夠使用相應(yīng)的設(shè)備收集相關(guān)的信號。而且隨著時代的不斷發(fā)展，CCTV 探測閥的前進(jìn)機(jī)器人和攝像頭部位變得越來越小，攝像頭部位所搭載的功能越來越多，在不同的管線工作探查中應(yīng)用的也越發(fā)廣泛，在未來的地下管線普查中，這些方法應(yīng)用的也會越發(fā)普及。

4 城市地下管線普查中遇到的問題分析

4.1 大部分城市管線具有老舊現(xiàn)狀

我國城市是在20 世紀(jì)80 年代之后城市開始了不同程度上的發(fā)展和建設(shè)，但很多城市在建設(shè)初期并不重視對于管道的規(guī)劃管理，再加上當(dāng)時管道鋪設(shè)的技術(shù)落后，使用到的各種設(shè)備也不先進(jìn)，很多管線本身也就不具備合理性。當(dāng)時城市中的管道組成比較簡單，主要有供水、供電、通訊和燃?xì)獾?。給水排水主要是在地下，燃?xì)夂碗娏Α⑼ㄐ胖饕羌芸?。不同部門對于現(xiàn)有線路和管道的發(fā)展情況的重視力度也不足，管線資料大多是以紙質(zhì)文件存檔，無論是圖紙的形式還是表格的形式，在多年的發(fā)展中有一大部分資料由于管理不當(dāng)或其他原因?qū)е聰?shù)據(jù)丟失。在后期對管道進(jìn)行管理規(guī)劃時，根本無法找到當(dāng)初的材料。通常來說，不同的管線是由不同的單位和部門管理的，這進(jìn)一步增加了各種管線材料收集和管理的難度。

有些城市市政單位早年對于管道的管理重視力度不高，不同部門在鋪設(shè)管道的時候會根據(jù)自己的需要埋設(shè)管道的深度和方向，市政管理部門根本沒有相關(guān)資料供后續(xù)其他單位施工參考，導(dǎo)致地下管道系統(tǒng)變得越發(fā)復(fù)雜和混亂，同時進(jìn)一步增加了安全隱患，這也進(jìn)一步增加了地下管線普查中的難度。

4.2 缺乏完善的管線安裝和監(jiān)督體系

盡管現(xiàn)階段越來越多的城市管理部門意識到管線管理的重要性，但很多城市尚未建立一個完善的管道管理和維護(hù)機(jī)制。市政管道管理部門在收集不同單位的管道信息時，無法做到有效的數(shù)據(jù)分享和對接。在后續(xù)的建設(shè)中由于缺乏最新、最及時的管道資料，在施工中導(dǎo)致老舊管道破壞而引發(fā)的各種資源浪費(fèi)的情況屢見不鮮。甚至有些部門在鋪設(shè)管道的時候，并沒有上報市政單位審批的管道鋪設(shè)的合理性進(jìn)行分析就盲目施工，為后續(xù)管道的規(guī)劃和管理帶來了很大的麻煩，同樣對于地下管線普查來說，由于缺乏充分的普查資料，在普查中可能會導(dǎo)致普查錯誤，增加工作量。

4.3 普查效率比較低

在對城市地下管道普查時由于缺乏必要的資料，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)普查方案時無法根據(jù)地下管道的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，后續(xù)在展開工作時落實(shí)難度也就比較高。管道普查的最終目的就是建立一個完善的地下管道管理系統(tǒng)，但現(xiàn)階段從市政單位所能獲取的文檔和圖紙管道材料特別的少?，F(xiàn)階段有些城市的管道的安裝已經(jīng)變得錯綜復(fù)雜，再加上有些管道普查探測團(tuán)隊(duì)業(yè)務(wù)員個人的職業(yè)能力不足，在落實(shí)工作的時候沒辦法結(jié)合具體的需要選擇合適的方法，使普查的效率進(jìn)一步降低。有些普查團(tuán)隊(duì)所用到的儀器設(shè)備也相對落后，急需淘汰更新，而這些因素都在一定程度上導(dǎo)致普查的效率較低。

5 結(jié)語

隨著時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段的城市規(guī)模變得越來越大，一個城市的運(yùn)行離不開一個龐大的市政管道系統(tǒng)，地下管線在城市的運(yùn)行及發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，可以有效地提高人們的生活質(zhì)量。為了對城市地下管線的實(shí)際情況有較為充分的了解，采用相關(guān)措施，科學(xué)應(yīng)用城市地下管線普查相關(guān)探測方法十分必要。另外，也應(yīng)提升工作人員的素質(zhì)，對其工作中存在的不足加以改進(jìn)，對探測技術(shù)應(yīng)用相關(guān)要點(diǎn)有所掌握，應(yīng)用各種新型技術(shù)，確保城市地下管線普查探測具有更高的精度，提高工作效率，為城市的穩(wěn)定發(fā)展助力。