综合管线探测方法分析

张皓王建军

摘要:地下管线是城市的生命线，负责城市能源的疏通。随着科学技术的不断发展，地下管线材质及埋设方式逐渐多样化，地下管线敷设越来越便捷、高效，但这给管线施工也带来了新的挑战，预防新管线施工对既有管线的破坏成为目前市政工程的一大难题。本文介绍了综合管线探测方法，并结合工程实践分析了其在城市管线探测中的综合应用，为解决管线探测问题提供了有效的解决方案。

关键词:管线;物探;非开挖;导向仪;陀螺仪;磁梯度;地质雷达

地下管线是城市基础设施的关键组成部分，随着国民经济持续快速发展和城市基础建设的日新月异，城市地下管线的分布日趋密集和错综复杂。城市建设施工时，经常遇到由于不能确定地下管线的走向和深度而挖断供水、供气、输油管线和电缆、光缆的情况，给生产和生活造成巨大损失和不便。为维护城市生命线正常运行和可持续发展，从现代城市管理的需要出发，一个能快速提供真实准确的地下管网数据，并能实现快速查询、综合分析等功能，为城市运行和决策部门的日常管理、设计施工、分析统计、发展预测、规划决策等提供多层次、多功能、各种综合服务的地下管网信息系统，已经成为城市发展的迫切需要，而管线数据的准确性、真实性更是这个系统的重中之重。因此，在地下管网探测时，应选择合理的技术，进行科学探测，切实保证探测的效果。

一、城市管线简介

地下管线是指埋设于地下(水下)的各种管(沟、巷)道和电缆的总称。地下管线的种类较多，埋设方法与工艺方法不尽相同。根据地下管线的用途或性质不同，可以分为以下几种:给水、排水、燃气、电力、电信电(光)缆、供热、人防通道、工业管道。按照材质的不同，又可分为由铸铁、钢材等金属材料构成的金属管道;由铜、铝等金属材料构成的金属电缆;由光纤材料构成的非金属线缆;由陶瓷、水泥、塑料非金属材料组成的非金属管道;由钢筋作为骨料构成的水泥管、墙体。根据埋设方式不同，可分为以下几种:架空敷设、直埋敷设、地下管沟敷设、共同沟敷设、非开挖敷设。非开挖技术又称水平定向钻探技术(horizontaldirectionaldrilling)，即非开挖敷设地下管线施工技术。它是传统管线施工技术的一次革命，经济、环保、安全，它不破坏环境、不阻断交通、不扰民，不破坏已有建筑物或构筑物，具有较高的文明程度。地下管线非开挖方式敷设一般分顶管施工和定向钻穿越两种，埋深一般在几米至十几米之间，有的甚至达几十米。

二、城市管线探测的任务

管线探测目的是查明各种管线的敷设状况、投影位置和埋深、管线类别、材质、管径规格、载体性质、电压(压力)值、电缆条数、管块孔数、权属单位、附属设施等。它包括管线探查和管线点测量，管线点包括明显管线点(实地可直接定位的点)和隐蔽管线点(实地看不见的管线点，也就是必须通过探测或其他方法定位的点)，并最终生成综合管网图及数据库。

三、综合管线探测技术

鉴于地下管线埋设方式及材质的多样性，单一的物探方法有一定的局限性，不能满足管线探测要求。综合管线探测技术是指在城市管线探测中针对某一工程采用多种探测手段相结合的方法，探测清楚该工程区域内所有地下管线。根据地下管线的不同埋设方式及不同材质，主要应用以下几种管线探测方法。

1.电磁法

1)工作原理:电磁法即常规物探仪探测方法，是探查地下管线的主要方法，是以地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性前提，通过发射机在发射线圈中提供的谐变电流(一次电流)在地下建立谐变磁场(一次场)，地下管线在谐变磁场的激励下形成二次电流，然后通过接收机的接收线圈来测定二次电流所产生的谐变磁场(二次场)来推测地下管线的存在和具体位置。当地下管线与周围介质之间电性差异明显且管线长度远大于管线埋深时，探测效果明显。

2)可解决的管线定位问题:其主要探测目标为埋深小于3m的金属管线和电缆，对有出入口的非金属管道(如排水管)配合可进入管道内的示踪器，也可以进行探测。

3)应用电磁法探测地下管线常用的工具为管线探测仪，方法有:直接法、夹钳法、感应法和示踪法。

4)精度分析:平面位置0.1h，埋深采用70%法0.15h。

2.导向仪法

1)工作原理:将带场源的防水探棒(磁偶极子)置于所需探测的管道内，在其周围空间产生一次交变磁场，由地面上的接收机接收探棒产生的磁场水平分量，进而确定待测管道的空间位置。

2)可解决的管线定位问题:可解决有空孔的一束非金属管线的空间定位问题。

3)探测条件:对套管及排管敷设的深埋线类管线要有预留孔，对拉管施工的管线需挖出拉管部分的一侧端点，保证管内没有异物，导向仪探棒能顺利通过。

4)精度分析:如无明显干扰精度可达0.15h，干扰较大时应与其他探测手段互相校核。

3.陀螺仪管道测绘方法

1)工作原理:陀螺仪管道测绘系统又称惯性导航系统(inertialnavigationsystem，INS)，是一种推算式的导航方式。通过惯性传感器不断对载体运动产生的惯性数据进行测量，实现对载体任意时刻位置和姿态的计算。陀螺仪用来感应机体相对于绝对静止坐标系的角速度或角度变化，通过反馈或计算机的运算，加速度计所测量的加速度信息就可以在相对于惯性坐标系没有角度偏转的情况下，实现载体相对于惯性坐标系加速度的测量。然后将导航坐标系下测得加速度信息经过运算、解算得到地速信息，地速信息再次运算可以得到地面上的位移变化。

2)可解决的管线定位问题:可解决孔径大于90mm两端开口的各类管线定位问题，不受地形限制和埋深限制。

3)探测要求:需管道两端均为开口，且管内无杂物，管径不能小于90mm。

4)精度分析:采用陀仪管道测绘系统的探测误差与被测管道的长度成正比，管道越长，误差越大，大约是管道长度的0.2%，其误差的最大点在被测管道的中部，不受外界环境干扰。

4.孔中磁梯度探测方法

1)方法原理:孔中磁梯度探测技术是通过勘测地磁异常来实现对铁磁性管道定位。磁梯度法通过探测的铁磁性管线在周围区域磁异常的变化，分析判断管线的平面位置及埋深。通过钻孔的手段将磁梯度仪下到钻孔内，自上而下测量铁磁物质在垂直方向上的磁异常曲线变化，为了验证数据的准确性，需重复测量一次，观察其重复性，这样可以得到较理想的探测效果。

2)可解决的管线定位问题:可解决深埋金属管线或含钢筋的砼管线的空间定位问题。

3)探测条件:对采用孔中磁梯度法探测的施工现场，首先了解目标管线大致位置及埋深，被目标管线上方必须具备钻机就位条件，每个钻孔的工作面为3m×3m工作平台，上小型钻机就位即可。

4)精度分析:孔中磁梯度探测技术的探测误差与被探测管道的深度无关，其平面位置误差与钻孔的孔间距有关，一般情况下，最小孔间距是2.0m时，平面位置误差小于1.0m，深度误差一般小于0.5m。

5.地质雷达法

1)工作原理:探地雷达(groundpentrating,GPＲ)，是通过对电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，查明介质、结构、属性、几何形态及空间分布特征。它由地面上的发射天线T将高频电磁波(主频为106～109Hz)以宽频脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，被另一接收天线Ｒ所接收，而其余电磁能量则穿过界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和透射，直至电磁能量被地下介质全部吸收，电磁波在地下介质传播过程中遇到与周围介质电性不同的管线界面时产生反射并被接收天线记录下来，显示在屏幕上形成一道雷达记录。当天线沿测线方向逐点移动探查时，各道记录按测点顺序排列在一起，形成一张探查雷达图像，通过分析雷达剖面图像中各反射波强度、波形特征及到达时间，可推断地下管线的分布状况。

2)可解决的管线定位问题:可解决深埋深度大的金属管线或含钢筋的砼管线及大管径非金属管线的空间定位问题。

3)探测条件:为更好地实施探地雷达探测工作，在布置探地雷达测线前，应通过收集资料和现场踏勘尽可能详细了解探测目标管线的管径、材质及埋设情况;通过已探查的明显管线点、分支管线了解目标管线的大致走向、位置和埋深。

四、结论及建议

综合物探技术能够解决管线探测中90%的问题，避免了市政工程管线施工的很多风险，但也存在未发现及无法解决的问题，为保证管线探测质量并避免施工风险，对行业同仁及市政工程施工单位建议如下:

1)由于目前管线材质及埋设方式的多样性，管线探测难度大，综合物探技术能够解决的问题包括:埋深小于3m的金属管线和电缆探测问题;对有出入口的非金属管道(如排水管)，有空孔的一束非金属管线的空间定位问题;孔径大于90mm两端开口的各类管线定位问题，不受地形限制，埋深限制;深埋金属管线或含钢筋的砼管线的空间定位问题。本文中提出的探测方法应互相校核，以确保探测结果的准确性。