城市綜合地下管線探測(cè)的方法應(yīng)用及信息系統(tǒng)建設(shè)

摘 要：隨著科技的日新月異與社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步，中國(guó)的城市市政管網(wǎng)體系正逐步構(gòu)建并趨向完善，其中，地下管線作為關(guān)鍵的市政基礎(chǔ)設(shè)施，亦在迅速優(yōu)化與升級(jí)。受歷史與現(xiàn)實(shí)多重因素影響，以往埋設(shè)的地下管線缺乏詳盡資料與數(shù)據(jù)，致使當(dāng)前城市規(guī)劃、管理等工作面臨數(shù)據(jù)缺失的困境，挑戰(zhàn)重重。近年來(lái)頻發(fā)的管線安全事故，正是這一問(wèn)題的直接體現(xiàn)。因此，明確地下管線的埋設(shè)位置，并建立信息化系統(tǒng)很有必要。有效管理地下管線并實(shí)施科學(xué)探測(cè)，可為城市建設(shè)與發(fā)展帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益；探討城市地下管線探測(cè)方法的應(yīng)用及信息系統(tǒng)建設(shè)策略，將為城市的穩(wěn)健、快速發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：綜合地下管線；探測(cè)方法應(yīng)用；信息系統(tǒng)建設(shè)文章編號(hào)：2095-4085（2025）02-0223-03

0 引言

地下城市管線探測(cè)是指利用多種探測(cè)手段，對(duì)各類管線的類型、材料、埋深、走向等進(jìn)行綜合分析的一種技術(shù)。對(duì)地下管線進(jìn)行探測(cè)，首先要確定其所在地區(qū)的范圍，其中既有市政公用管線，也有住宅小區(qū)等特殊工程。城市地下管線探測(cè)在客觀上屬于比較寬泛的范疇，但探測(cè)技術(shù)等較為明確，且隨服務(wù)部門的變化而變化［1］。在現(xiàn)代城市建設(shè)中，城市地下管線的設(shè)計(jì)和規(guī)劃已成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的部分，也是業(yè)界共同關(guān)注的課題。

1 管線探測(cè)基本流程

接收任務(wù)→編寫技術(shù)設(shè)計(jì)書→現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底→儀器方法及適應(yīng)性試驗(yàn)→外業(yè)調(diào)查→探測(cè)草圖→管線探測(cè)→探查信息錄入→探測(cè)質(zhì)量檢驗(yàn)→管線點(diǎn)測(cè)量→數(shù)據(jù)處理→管線成果編繪→檢查、修改、整飾→審核驗(yàn)收→成果提交。

2 探測(cè)方法及應(yīng)用

目前地下管線探測(cè)的方法及優(yōu)劣勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)。（1）電磁感應(yīng)法。該方法在金屬管探測(cè)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，但極易受到磁場(chǎng)干擾。（2）聲探測(cè)法。該方法主要能夠探測(cè)出管道是否連接完整，但其具有距離限制性，只能在規(guī)定距離范圍內(nèi)有效。（3）地質(zhì)雷達(dá)法。該方法能夠有效探測(cè)出管道是否存在，但極易受到地下介質(zhì)干擾，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)追蹤探測(cè)。經(jīng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)以上方法單獨(dú)使用時(shí)，各種方法的劣勢(shì)明顯，無(wú)法實(shí)現(xiàn)地下管線的有效探測(cè)。因此，在實(shí)際探測(cè)中，需要將多種方法綜合使用［2］。

2.1 金屬管道的探查

2.1.1 電磁感應(yīng)法

該方法適用于大口徑、點(diǎn)數(shù)少的金屬管線探測(cè)。其工作原理為：測(cè)量好目標(biāo)管線的大致方位后，將探測(cè)器放置在與目標(biāo)管線走向平行的位置，打開電源，讓探測(cè)器發(fā)射的信號(hào)在被測(cè)物體的管線上產(chǎn)生感應(yīng)，并在其附近形成磁場(chǎng)；接著，操作者手持接收器，沿著與管線垂直的方向進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)觀察接收器上的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)判定管道的位置，可采用電感式、夾鉗式和直接式三種方式來(lái)跟蹤管道。對(duì)于電阻較高或電導(dǎo)率略低的管線，應(yīng)選擇高頻信號(hào)探測(cè)儀，例如RD8000探測(cè)器可以選擇33kHz。在管道并行數(shù)多、需要進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)的情況下，可選用低頻信號(hào)探測(cè)儀。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，以電信通信檢查井為實(shí)例，首要步驟是詳盡采集井內(nèi)材質(zhì)、規(guī)格尺寸及深度等關(guān)鍵信息，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)附屬物用油漆進(jìn)行號(hào)碼編寫，做好中心位置標(biāo)志，以方便后續(xù)測(cè)量采集。數(shù)據(jù)采集完成后，以此井為儀器放置點(diǎn)，采用夾鉗法對(duì)下一探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沿線探查，探測(cè)至另外明顯附屬物為止。沿線探測(cè)中，管線轉(zhuǎn)彎需定轉(zhuǎn)折點(diǎn)，超長(zhǎng)中間應(yīng)加設(shè)一般管線點(diǎn)，位置采用儀器谷峰定位、70％信號(hào)衰減定深，正反探測(cè)須保證位置深度準(zhǔn)確［3］。

2.1.2 直接法（充電法）

直接探測(cè)方法適用于有外露部位，如：消火栓、閥門、水泵等。在探測(cè)過(guò)程中，發(fā)射電纜必須連接到要探測(cè)的目標(biāo)管道暴露點(diǎn)，并要確保在電性接觸和接地條件良好的環(huán)境中，促使被測(cè)管道在帶電狀態(tài)下逐步產(chǎn)生磁場(chǎng)；測(cè)試人員手持接收器，在與發(fā)射器同頻的條件下，沿管道行進(jìn)方向左右搜索，并通過(guò)觀察接收機(jī)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)被測(cè)管線的位置進(jìn)行判定和追蹤。

在項(xiàng)目實(shí)施中，熱水管作為雙管管線需雙管單獨(dú)進(jìn)行追查，直至探測(cè)至下個(gè)明顯附屬物為止。沿線探測(cè)中，管線轉(zhuǎn)彎需定彎頭、超長(zhǎng)需中間加設(shè)一般管線點(diǎn)，位置采用儀器谷峰定位、70％信號(hào)衰減定深，正反探測(cè)保證位置深度準(zhǔn)確。

2.1.3 電磁波法

當(dāng)一個(gè)頻率的電磁場(chǎng)從地面發(fā)出時(shí)（稱為一次場(chǎng)），在該電場(chǎng)的作用下，地下的金屬導(dǎo)線將感應(yīng)到與之相同的電流，并通過(guò)對(duì)地面上的該電流磁場(chǎng)（簡(jiǎn)稱二次場(chǎng)）進(jìn)行測(cè)量，可以準(zhǔn)確判斷出金屬導(dǎo)線的具體位置。

2.1.4 長(zhǎng)導(dǎo)線法

當(dāng)上述幾種方法都無(wú)法奏效時(shí)，可以使用該方法。這種方法需要在被測(cè)管道中布設(shè)兩個(gè)以上的暴露點(diǎn)，并且可以布設(shè)更多的測(cè)線，其檢測(cè)模式類似于直接法，適用于管道探測(cè)中信號(hào)較弱的情況。

2.2 非金屬管道的探查

2.2.1 主動(dòng)聲源法

該方法是以聲波探測(cè)為基礎(chǔ)，分為收發(fā)兩個(gè)部分。發(fā)送部件的聲頻驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)接頭與燃?xì)饩S修井的排氣閥孔相連，將一種特殊的合成頻率聲頻信號(hào)施加到燃?xì)夤苈分?，聲波信?hào)使管內(nèi)氣體發(fā)生諧振，并向遠(yuǎn)處傳輸，在傳輸過(guò)程中，部分聲波能傳遞到地下。在地面上，一名技術(shù)員用一臺(tái)手持式接收器，接收回應(yīng)波，并通過(guò)接收器聲波信號(hào)的強(qiáng)度和數(shù)值的高低來(lái)確定該氣體管線的平面位置。主動(dòng)聲源探測(cè)方法在非金屬天然氣管線探測(cè)中非常有效，但是在復(fù)雜的城區(qū)中，要盡可能地選擇在環(huán)境干擾較少的時(shí)段進(jìn)行。該探測(cè)方法是在常規(guī)的管線泄漏探測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，可以對(duì)自來(lái)水和燃?xì)夤芫€進(jìn)行跟蹤，能夠解決電力電纜的故障問(wèn)題。該方法能夠較好地滿足各種探測(cè)目的和設(shè)計(jì)需求［4］。

2.2.2 地質(zhì)雷達(dá)深測(cè)法

該方法主要是利用探地雷達(dá)產(chǎn)生的電磁波，來(lái)探測(cè)被測(cè)地區(qū)地下構(gòu)造的電導(dǎo)率，不同物質(zhì)所產(chǎn)生的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)有差異，因此，可根據(jù)此數(shù)據(jù)的差別，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線的識(shí)別。雷達(dá)波的特性表現(xiàn)為：高頻情況下分辨率高，高衰減情況下探測(cè)深度低；反之，隨著頻率的降低，分辨率也會(huì)隨之降低，低衰減情況下探測(cè)深度大。影響地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的具體因素有以下幾點(diǎn)。（1）管線材料和周邊回填材料的影響。由于不同物質(zhì)的導(dǎo)電性能各異，導(dǎo)電性越好，其電導(dǎo)率之間的差異越顯著，相應(yīng)地，在雷達(dá)探測(cè)中的反映也就越為明顯。周圍回填材料中含水量越高，將對(duì)雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別造成不利影響；針對(duì)雷達(dá)波的頻率特性，為達(dá)到探測(cè)深度或分辨能力的需要，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)奶炀€頻率。（2）雷達(dá)探測(cè)法的使用，不需要地面有目標(biāo)探測(cè)管線的相關(guān)暴露點(diǎn)，探測(cè)時(shí)也只能做表面探測(cè)，而不能實(shí)現(xiàn)對(duì)管線的跟蹤探測(cè)。若要在特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，需在區(qū)域內(nèi)布置網(wǎng)格狀探測(cè)布局，且探測(cè)要求越高，網(wǎng)格的密度亦需相應(yīng)增大。在探測(cè)過(guò)程中必須對(duì)地下管線的情況有較好地認(rèn)識(shí)，地質(zhì)雷達(dá)只能測(cè)定管線的深度及方位，而不能測(cè)定管線的種類。

探測(cè)非金屬管道是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，該方法運(yùn)用脈沖雷達(dá)，不斷向地下發(fā)送微秒級(jí)的短脈沖視頻信號(hào)。隨后，管道壁反射回的電磁脈沖信號(hào)便是需要接收的信號(hào)信息。最終，通過(guò)解析與識(shí)別所得圖像及信號(hào)信息，即可精準(zhǔn)定位管道的位置及其埋設(shè)深度。

在項(xiàng)目實(shí)施中，探測(cè)塑料燃?xì)夤芫€時(shí)，有明顯的擾動(dòng)波形，但看不出有明顯管線影像。開挖驗(yàn)證并深入至0.4m深處后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域土壤相較于外圍更為疏松，且空隙顯著增多。對(duì)于已挖掘但未實(shí)施壓實(shí)處理的管線區(qū)域，在進(jìn)行雷達(dá)剖面分析時(shí)，誤差風(fēng)險(xiǎn)較高。但若能依據(jù)坑內(nèi)回填土與周邊土壤性質(zhì)的差異，初步推測(cè)管線的大致方位，并輔以釬探等手段，即可較為準(zhǔn)確地判定管線的埋設(shè)深度。

在對(duì)燃?xì)夤芫€進(jìn)行探測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其周邊有電力溝，此處可以看到電力溝所引起的異?，F(xiàn)象。在此情境下，雷達(dá)檢測(cè)到的強(qiáng)異常將不能滿足鄰近管道探測(cè)的需要。因此，在啟動(dòng)雷達(dá)探測(cè)作業(yè)之前，務(wù)必全面了解管道周邊的環(huán)境狀況及管線的具體布局。特別是要留意那些可能對(duì)探測(cè)產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾的管線，以免在分析圖像及相關(guān)信息的過(guò)程中，引發(fā)誤判或?qū)е绿綔y(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，雷達(dá)斷面圖中可能會(huì)遭遇諸如巨石等異常物體的干擾，這些物體往往會(huì)妨礙斷面分析的準(zhǔn)確性。一旦遇到這種情況，為確保分析結(jié)果的可靠性，需要重新規(guī)劃雷達(dá)斷面的布設(shè)，從而有效排除異常物體對(duì)目標(biāo)探測(cè)造成的干擾。

2.2.3 地震波法

在對(duì)地下管線進(jìn)行地震探測(cè)時(shí)，必須先確定其大概的范圍，然后，利用人工錘擊法在一定距離內(nèi)激發(fā)出一種地震波，通過(guò)地震波的傳送，來(lái)探測(cè)管線信息。在城區(qū)復(fù)雜的環(huán)境下，地震波可以用于對(duì)非金屬材料的管線進(jìn)行探測(cè)，如塑料、聚乙烯、鋼筋混凝土、聚氯乙烯等；還可以用于金屬材料，如鑄鐵管、鋼管等管線的探測(cè)。尤其針對(duì)城市中的硬質(zhì)路面，該方法能更有效地運(yùn)用彈性波的激勵(lì)特性，精確獲取地下管線的埋深與位置信息，通過(guò)分析相位、幅值及頻率的變化，準(zhǔn)確鎖定管線具體位置。

2.2.4 主要特征點(diǎn)的探查方法

2.2.4.1 拐點(diǎn)

通常情況下，定位采用的是直線延伸法。其主要采用接收機(jī)對(duì)管線進(jìn)行連續(xù)跟蹤，當(dāng)?shù)竭_(dá)拐點(diǎn)時(shí)，信號(hào)的響應(yīng)會(huì)快速減弱，當(dāng)達(dá)到最弱時(shí)，標(biāo)記該位置，并以此為原點(diǎn)，以兩個(gè)步長(zhǎng)為半徑，進(jìn)行環(huán)狀檢測(cè)，直到出現(xiàn)新響應(yīng)，才能確定管線的新方向。通過(guò)這樣的方法能夠判斷出拐點(diǎn)的大致位置。然后，在拐點(diǎn)兩側(cè)的直線上，通過(guò)至少三個(gè)點(diǎn)的定點(diǎn)確定出具體的直線走線，并據(jù)此開展連續(xù)追蹤，這兩條直線的交點(diǎn)即為拐點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

2.2.4.2 變坡點(diǎn)

隨著管線達(dá)到變坡處，埋深發(fā)生較大變化，其接收到的信號(hào)強(qiáng)度也將發(fā)生較大變化。在這種情況下，需要通過(guò)增加或減小傳感器的靈敏度，逐一檢查管道的埋設(shè)深度，以此來(lái)判斷管道變坡點(diǎn)的具體位置。

2.2.4.3 三通和四通

若要探測(cè)出三通和四通的具體位置，需要利用感應(yīng)或者充電的方法，在管道運(yùn)行方向上，進(jìn)行縱向探測(cè)。如果探測(cè)到前方左右兩側(cè)任意一側(cè)有信號(hào)，并干擾了直線探測(cè)，便將其定位；然后，沿管線作環(huán)狀搜尋，直到找出第二個(gè)波峰，若與此線信號(hào)一致，則可判定此點(diǎn)為三通或四通之連接點(diǎn)。

2.2.4.4 變徑點(diǎn)

管徑的變化與管壁的不規(guī)則寬度及其形狀有較大關(guān)系。管徑愈小，寬度的異常值愈小，異常峰愈尖；相反，隨著寬度異常值的增大，峰值的大小也隨之減小。根據(jù)這一特點(diǎn)，應(yīng)用加密平移法，可以得到變徑點(diǎn)的具體位置。

2.3 資料調(diào)繪技術(shù)

數(shù)據(jù)調(diào)圖是以權(quán)屬單位數(shù)據(jù)和圖檔為基礎(chǔ)，解析管線關(guān)鍵信息的一種技術(shù)。這種方法能夠在啟動(dòng)之前，獲得大量的有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和整理，從而解決數(shù)據(jù)不精確和不完整的問(wèn)題。在某些特定的條件下，必須要與現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)相結(jié)合，才能起到查缺補(bǔ)漏的作用，這樣才能滿足各種系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)和發(fā)展需求。

3 探測(cè)的信息系統(tǒng)建設(shè)

3.1 基本原則

為進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的建設(shè)水平，保證其生命力，確保其在全生命周期中能夠發(fā)揮效能。系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循如下幾個(gè)原則。（1）完整性。在建設(shè)城市地下管線信息系統(tǒng)時(shí)，要從規(guī)劃的整體性出發(fā)，對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行合理地安排。（2）可靠性。在建設(shè)城市地下管線信息系統(tǒng)時(shí)，必須保證城市運(yùn)行的穩(wěn)定。在進(jìn)行地下管線管理時(shí)，必須要有健全的信息系統(tǒng)，才能達(dá)到服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)要求。（3）先進(jìn)性。通過(guò)提高總體管理水平，引進(jìn)先進(jìn)的科技、管理經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)技術(shù)，來(lái)提高我國(guó)城市地下管線信息化水平。（4）安全。必須確保運(yùn)行過(guò)程的安全性，且唯有在獲得用戶明確授權(quán)后方可啟動(dòng)，以此增強(qiáng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。（5）更新的動(dòng)態(tài)性。城市地下管線信息化建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)各種管線的特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整資料，使之能適應(yīng)各種管線的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）資料錄入子系統(tǒng)。便捷高效的資料查詢與服務(wù)統(tǒng)計(jì)功能，可滿足管線與地形資料的輕松瀏覽、精準(zhǔn)資訊定位、深入管線分析及系統(tǒng)構(gòu)建需求。（2）對(duì)地圖的管理。地圖管理子系統(tǒng)包含了地圖繪制、地圖編輯、符號(hào)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)輸入/輸出以及系統(tǒng)轉(zhuǎn)化等一系列的功能。（3）管網(wǎng)管理系統(tǒng)。管線信息的查詢與編輯、專題圖的制作、歷史資料的制作等。（4）管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)監(jiān)控可實(shí)時(shí)展示接入的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控；預(yù)警看板能集中呈現(xiàn)當(dāng)前各類管線、井蓋的告警信息；方案管理可維護(hù)管線事故的報(bào)警方案，指導(dǎo)運(yùn)維人員及時(shí)處置；信息發(fā)布能按照事故處理響應(yīng)預(yù)案，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)、人員及時(shí)發(fā)布通知；統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)歷史預(yù)警、處置信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以圖表方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為順應(yīng)城市迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，需將城市道路拓寬與地面整修工作統(tǒng)籌納入規(guī)劃之中。其中，地下管線信息化建設(shè)有著無(wú)可替代的作用，它能在控制成本的前提下，達(dá)成臨時(shí)保護(hù)與綜合利用的目標(biāo)，并提升技術(shù)適配性。面對(duì)當(dāng)前綜合地下管線的復(fù)雜狀況，為顯著提升探測(cè)精確度，務(wù)必大力推進(jìn)數(shù)據(jù)調(diào)繪、探地雷達(dá)、地震波成像等多元技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，逐步構(gòu)筑起更為優(yōu)化的發(fā)展模式，為城市穩(wěn)健、快速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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