章劍峰，錢強強，俞杰，張滇

(湖州市測繪院，浙江湖州 313000)

復(fù)雜情況下城市地下管線探測體會

章劍峰?，錢強強，俞杰，張滇

(湖州市測繪院，浙江湖州 313000)

主要介紹了近間距管線等復(fù)雜情況下，利用管線探測儀進行城市地下管線探測得到的幾點體會，并概述了今后城市地下管線探測技術(shù)的發(fā)展方向。

管線探測；探測技術(shù)；管線探測的發(fā)展方向

1 引 言

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是現(xiàn)代城市的生命線，也是建設(shè)城市地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料。城市地下管線系統(tǒng)是一個不斷發(fā)展、不斷完善和變化的體系。城市在發(fā)展，敷設(shè)的管線也在不斷增多。如果地下管線管理系統(tǒng)的內(nèi)容得不到及時充實和更新，勢必影響它的使用質(zhì)量。只有把新增的地下管線及時補測、及時納入地下管線管理系統(tǒng)，進行動態(tài)管理，才能使它更具利用價值。湖州市測繪院從2003年開始進行地下管線的普查工作，至今已經(jīng)歷6年，完成了全市所有道路的地下管線探測工作，共探測地下管線1 200多千米。筆者根據(jù)多年的實際工作經(jīng)驗，認為城市地下管線的材質(zhì)不同、埋設(shè)情況復(fù)雜，用單一的方法無法完整地探測管線的空間狀態(tài)。結(jié)合自己在平時工作中的具體實例就城市地下管線探測給出了一些具體的工作體會。

2 地下管線探測的原理和原則

2.1 地下管線探測的原理

地下管線探測工作實質(zhì)上就是利用各種地下管線本身所具有的與其周圍介質(zhì)不同的物理特性及其與周圍環(huán)境特征的關(guān)系來查找埋設(shè)在地下的各種管線的空間狀態(tài)(位置、埋深、走向)。目前應(yīng)用比較廣泛的探測方法主要是頻率域電磁法，其基本工作原理是:利用地下管線輻射的電磁場信號定位管線，并給出深度和電流讀數(shù)，從而實現(xiàn)其探測功能。從原理上講，只要埋設(shè)在地下的管線本身與周圍的土壤、混凝土、水等介質(zhì)存在著明顯的電性差異，我們就可以利用人工激發(fā)(直接法、感應(yīng)法、夾鉗法)的方式，使金屬管線載有電流，在地面上接收電流產(chǎn)生的交變磁場，從而實現(xiàn)定位、定深的目的。

2.2 地下管線探測的原則

(1)從已知到未知。在進行大面積地下管線探測之前都應(yīng)該在已知地下管線埋設(shè)情況的地方進行方法試驗，評價其方法的有效性和精度，然后推廣到未知區(qū)域開展探查工作。

(2)從簡單到復(fù)雜。在一個地區(qū)開展探查工作時，應(yīng)首先選擇管線少、干擾小、管線埋設(shè)相對簡單的區(qū)域開展工作，然后逐步推進到相對復(fù)雜條件的地區(qū)。

(3)如果有多種方法可以選擇來探測本測區(qū)的地下管線，應(yīng)首先選擇效果好、快捷、安全和成本低的方法。

(4)在管線埋設(shè)相對復(fù)雜的區(qū)域，用單一的方法技術(shù)往往不能或難于辨別管線的埋設(shè)情況，這時應(yīng)采用適當?shù)木C合物探方法，以提高對管線的分辨率和探測結(jié)果的可靠程度。

3 地下管線探測的體會

3.1 近間距管線探測的體會

在湖州市益民路一側(cè)人行道上一根直徑300 mm鑄鐵給水管與一根直徑200 mm鋼質(zhì)煤氣管相距較近且走向平行。在實地探查過程中，煤氣管線的信號比較明顯，但給水管的信號不明顯一時難以發(fā)現(xiàn)。在相距大約70 m的地方有一個270 cm×270 cm的電力檢修井，打開電力檢修井之后發(fā)現(xiàn)兩根管線都穿過電力檢修井且兩根管線相距只有 35 cm左右，通過量測給水管的深度為 0.95 m，煤氣管的深度為 1.03 m。由于兩根管線的位置都明確了，對給水管采用雙端連接法探測，對煤氣管采用壓線法感應(yīng)。記錄到的兩條磁場水平分量曲線如圖1所示。

圖1 益民路兩條近間距管線曲線

曲線Ⅰ是對給水管雙端連接探測時在觀測剖面上記錄的磁場，在剖面 2.8 m處和 4.6 m處分別有一磁場極大值(分別對應(yīng)a、b異常)，從而可以推斷該剖面下有2根管線。在用接收機接收信號時若不細心，則4.6 m處的 b異常很容易被忽略。曲線Ⅱ是對剖面2.8 m處的煤氣管壓線感應(yīng)時記錄的磁場，從曲線圖中可以發(fā)現(xiàn)在相同位置處仍有2個管線異常，但a異常減弱了而b異常明顯增強了。說明壓線法確實明顯壓制了干擾管線(煤氣管)的信號，突出了目標管線(給水管)的信號。通過設(shè)置探測剖面，繪制磁場曲線圖可以成功地將目標管線的異常信號從干擾管線中分離出來。測深采用70%法在電力檢修井附近測得目標管線(給水管)的深度為0.88 m，比實際深淺7 cm，平面位置偏離3 cm均符合規(guī)范的要求。

當相鄰管線之間的間距比較近，特別是干擾管線的信號要強于目標管線時，應(yīng)多利用一些合理的探查方法，對我們的管線探查工作還是有一定幫助的。

(1)注重目標管線上電磁信號的施加。當目標管線相對于其他管線沒有足夠的信號強度時，盡量使用直接法、夾鉗法，使得盡可能多的電流在目標管線上流動。使目標管線上的異常信號能從其他管線和介質(zhì)中分離出來。感應(yīng)法使用方便，但其激發(fā)信號的范圍比較大，容易使更多的管線帶上電磁信號，在管線簡單、稀少時比較好用；管線密集、又沒有使用直接法、夾鉗法的條件時，靈活運用選擇性激發(fā)或壓線法(傾斜壓線法)。選擇性激發(fā)，即選擇放置發(fā)射機的位置，發(fā)射機可放置在目標管線的支管上，避開激發(fā)干擾的管線。壓線法是利用激發(fā)線圈的方向，使其下方的干擾管線盡可能少的帶上電磁信號。

(2)在管線埋設(shè)相對復(fù)雜的地段，應(yīng)繪制探測剖面，記錄觀測到的場值，繪制曲線，細致分析。

(3)由于近間距管線探查的信號很容易被干擾，為了保證管線的平面位置和埋深的精度，在有條件的區(qū)域應(yīng)開挖驗證管線的實際埋設(shè)情況，特別是管線的埋深應(yīng)綜合比較直讀法、70%法及開挖驗證的實際深度并加以改正。

3.2 動源發(fā)射法

在小區(qū)管線探查中給水管線的探查是一個難點，因為小區(qū)中的給水管分為生活用水和消防用水兩種，它們都有各自的主管，并非共用一根給水總管。在有高層建筑的小區(qū)里有時有幾根給水管同時并列埋設(shè)(如湖州日月城小區(qū)最多的地方有5根給水管并列埋設(shè))，這給探查工作帶來了很大的難度，特別是要分清分支管線和其對應(yīng)的主干管線的連接情況就更加困難了。在湖州市尊園小區(qū)給水管探查中，有一根直徑為150 mm的球墨鑄鐵生活用水總管和一根直徑為150 mm的鍍鋅鋼管消防用水總管并排埋設(shè)，兩根管子的距離相差不到30 cm，如圖2所示。

圖2 消防用水、生活用水連接圖

圖中Aa、Bb是兩段支管，在實際探查中遇到的問題是無論在A點還是在B點，用直接法施加電流，接收機的信號都會感應(yīng)到鍍鋅鋼管上，球墨鑄鐵管上無明顯信號，即無法分辨兩段支管與主管之間的相互連接關(guān)系。這時采用動源發(fā)射法把接收機置于管線出露點上方，垂直于管線走向移動發(fā)射機，觀察接收機信號二次磁場水平分量的變化情況，當信號最強時，發(fā)射機的位置即為目標管線于地面的投影點的位置。具體操作，在A(B)點處對管線施加交變的信號，首先確定Aa、Bb上方，沿主干管線呈正交關(guān)系的MN方向連續(xù)移動發(fā)射機，則接收機的二次磁場水平分量達到最大時，則說明分支管線與對應(yīng)的主干管線相連接，根據(jù)實際探查，Aa為生活用水的支管，Bb為消防用水的支管。通過詢問埋設(shè)管道的施工單位的工作人員及現(xiàn)場確認，證實了上述主管與支管之間的連接關(guān)系。

3.3 儀器頻率選用的幾點體會

在湖州市百合公寓住宅小區(qū)進行管線探測時，采用8.19 kHz的頻率對一根直徑200 mm的球墨鑄鐵管進行探查，發(fā)現(xiàn)接收機接收到的信號變化不穩(wěn)定并伴有信號抖動現(xiàn)象，無法對此進行精確的定位。采用65.5 kHz的頻率后，接收機接收到的信號變化比較穩(wěn)定，且信號抖動的現(xiàn)象也消失了，這時探查所得到的平面位置和埋深才能滿足規(guī)范要求。當探查到大概距離發(fā)射機30多米的地方時，接收機接收到的信號突然變得異常的好，且數(shù)值變化的非常快，說明管線的埋深應(yīng)該比較淺，用直讀法和70%法進行測深所得管線深度只有在25 cm左右，這時對管線的信號產(chǎn)生了懷疑，因為隨著探查距離的增加，發(fā)射機傳播電流的強度會逐漸減弱，接收機接收到的信號不會變得異常的好。且球墨鑄鐵管的埋深一般在 1 m左右，只有 25 cm埋深的球墨鑄鐵管極少見。通過現(xiàn)場開挖驗證該處信號所對應(yīng)的管線是一根路燈線，這時的信號已經(jīng)被路燈管線所干擾了。出現(xiàn)以上的情況分析原因主要是由被測管線的材質(zhì)所決定的，球墨鑄鐵管是由多根鑄鐵管拼接在一起的，其接口處為了防止?jié)B水一般都采用絕緣的橡膠接口，剛開始時采用低頻的8.19 kHz進行探測時，因為其耦合作用小，穿透力差，所以接收機接收到的信號不穩(wěn)定，當采用 65.5 kHz的頻率進行探測時，由于其耦合作用大，穿透力強可以使信號跨越絕緣的柔性接口，繼續(xù)沿管線傳輸，故其接收到的信號比較穩(wěn)定。高頻信號的不足之處就是衰減比較快，隨著探查距離的增加，很容易使信號耦合到其他管線上去，所以就發(fā)生了以上被路燈管線所干擾的情況。

通過多年的管線探查工作，在儀器頻率選用上得到了以下幾點體會:

(1)對于高阻的管線(如帶防腐層的管道和有絕緣接口的球墨鑄鐵管等)使用 65.5 kHz或更高的頻率。但要注意選用的頻率越高，信號越容易感應(yīng)到其他管線上，而且信號的傳播距離越短。

(2)對于一般的管道和電纜的探測，使用中等頻率(如32.8 kHz)，其傳播的距離比較遠，也不會感應(yīng)太多的信號到其他管線上。

(3)低頻率(如640 Hz或512 Hz)適用于長距離追蹤(如城市道路上的路燈管線)，低頻率信號傳播距離長而且不會感應(yīng)到其他管線上，低頻率信號也適用于長距離且絕緣良好的輸送管線。

(4)干燥土壤應(yīng)盡量使用高頻信號，潮濕土壤盡可能使用低頻率信號。由于高頻信號很容易耦合到其他管線上，所以在條件允許的情況下，應(yīng)該盡可能地使用較低頻率。

3.4 雙端連接法

在對湖州市人民路東側(cè)人行道上一段直徑300 mm的鑄鐵給水管進行探測時，采用單端連接法直接施加電流，儀器接收到的信號比較穩(wěn)定并未發(fā)現(xiàn)什么異常，在前方大約 50 m處有一給水檢修井，開井進行比對時發(fā)現(xiàn)儀器所反應(yīng)的信號并非是目標管線(給水管)的位置，儀器信號所對應(yīng)的管線是一根穿過給水檢修井距離給水管大約40 cm左右的直徑200 mm的煤氣鋼管。由此可以判斷儀器所接收到的信號并非是目標管線的信號。分析原因主要是接地回路信號通過煤氣鋼管回到發(fā)射機，鋼管的導(dǎo)電性比球墨鑄鐵管的導(dǎo)電性好，造成了回路信號比目標管線的信號強，這時儀器所接收到的信號并非是給水管的信號而是煤氣管的信號，造成了探測上的錯誤。這時改用雙端連接法連接發(fā)射機，將發(fā)射機連接到給水管線的一個接入點，發(fā)射機的地線通過一條長電線連接到給水管的另一個接入點。如圖3所示，這樣不用接地就形成了一個完整的回路。需要注意的是長電線應(yīng)盡量遠離目標管線(給水管)預(yù)計的路由，否則接收機的信號會被感應(yīng)到長電線上。通過雙端連接法成功地探測出了該給水管的兩個拐點，并開井對比發(fā)現(xiàn)平面位置和深度均符合規(guī)范的要求。當發(fā)射機連接到了同一管線的兩個接入點時，整個回路的電流大小是相同的。如果管線深度不變，接收機的讀數(shù)將保持穩(wěn)定。實踐證明，雙端連接法是在探查復(fù)雜管線時比較行之有效的方法。

圖3 雙端連接法示意圖

4 地下管線探測技術(shù)的發(fā)展方向

目前用于管線探測的方法很多，比如頻率域電磁法、電磁波法、地震波法、紅外輻射法等，但未能找到一種單一技術(shù)或方法可以完全解決在管線探測中存在的各種問題。

當前如天然氣等管線都普遍采用PE材質(zhì)的非導(dǎo)電管道，給我們的探測工作帶來了很大的困難，如果能附帶埋設(shè)示蹤線等其他電磁鑒別體就能極大地方便探測工作，但在目前管線鋪設(shè)工程中尚未廣泛使用。如果此類管線能規(guī)范性普遍性地在城市管網(wǎng)系統(tǒng)中使用，將從另一角度大大提升管網(wǎng)探測的能力，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。

地質(zhì)雷達因其對非導(dǎo)電性的管線的探測能力在目前看來是最具發(fā)展性的技術(shù)領(lǐng)域，但在對導(dǎo)電性土壤的穿透能力上還有嚴重的缺陷。如果能解決穿透能力的問題將使地質(zhì)雷達的方法技術(shù)得到普遍提高。

多種頻率和多種方法的綜合探測技術(shù)在未來很可能以一機多能的形式發(fā)展成單一的管網(wǎng)定位技術(shù)。多種頻率的選擇可降低信噪比及便于選用最佳頻率來探測各種不同物理性質(zhì)的管線，多種方法綜合探測可通過配置多種探頭來實現(xiàn)，比如在地質(zhì)雷達上加配聲波探頭和電磁法探頭，以對各種探測方法的局限進行互補并提高精確度。從目前地下管線探測的發(fā)展趨勢來看，多頻率、多探頭的綜合探測是提高地下管線探測能力的最佳方法。

5 結(jié) 語

城市地下管線埋設(shè)錯綜復(fù)雜，用單一的技術(shù)方法往往不能辨別管線的埋設(shè)情況。在管線埋設(shè)相對復(fù)雜的情況下應(yīng)綜合采用各種物探方法以保證探測精度的可靠性。希望在不久的將來象地質(zhì)雷達等方法技術(shù)能得到普遍的應(yīng)用和提高從而彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。促進城市地下管線探測技術(shù)更快更好的發(fā)展。

[1]劉傳逢.淺談城市管線探查方法[J].地下管線管理，2007(1)

[2]CJJ61－2003.城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程.

[3]區(qū)福邦.城市地下管線普查技術(shù)研究與應(yīng)用[M].東南大學(xué)出版社，1998(12)

The Experience of Urban Underground Pipeline Detection in the Complex Conditions

Zhang JianFeng，Qian QiangQiang，Yu Jie，Zhang Dian
(Huzhou Institute of Surveying and Mapping，Huzhou 313000，China)

The paper primarily introduces some experiences on detecting urban underground pipelines in the complex condition，for example，as of close pipelines.Then it briefly describes future development of underground pipeline detection technology.

Pipeline detection；Technoogies of pipeline detection；development direction of pipeline detection

1672－8262(2010)03－148－04

P631

B

2009—10—12

章劍峰(1981—)，男，助理工程師，主要從事地下管線探測工作。