黃鵬飛，張奎，柴銀君，王明兵，楊杰鋒

(寧波市鄞州區(qū)測(cè)繪院，浙江 寧波 315000)

1 引 言

目前，國(guó)有建設(shè)用地必須貫徹“凈地”出讓原則，為滿足建設(shè)用地出讓需求，前期須對(duì)出讓宗地用地紅線內(nèi)及周邊區(qū)域給水、排水、燃?xì)?、電力、通訊等地上及地下管線進(jìn)行詳查和確定，并進(jìn)行管線遷移。管線遷移是土地出讓前期的重要環(huán)節(jié)，遷移效率影響宗地拍賣進(jìn)度。寧波市曾在2005年～2007年和2015年～2017年分別開展地下管線普查，因以往管線普查投入資金、裝備、技術(shù)方法等局限性，城市綜合管線普查成果或多或少遺留了一些探不準(zhǔn)、說不清的地下管線，其成果能滿足城市規(guī)劃宏觀管理需求，但往往難以滿足建設(shè)工程設(shè)計(jì)、改遷、施工等需求。在保障城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)、建設(shè)資金合理化的前提下，如何保障管線安全運(yùn)行，是規(guī)劃管理部門、管線權(quán)屬單位、市政建設(shè)相關(guān)單位須高度重視的基礎(chǔ)建設(shè)[1]。而現(xiàn)狀地下管線的數(shù)學(xué)精度和可靠性準(zhǔn)確與否決定了城市健康發(fā)展的可持續(xù)性，在后普查時(shí)代，管線詳查是摸清現(xiàn)狀管線的重要技術(shù)手段，也是土地出讓、市政工程前期必不可少的重要環(huán)節(jié)。

2 管線詳查

2.1 管線詳查的意義

城市地下管線是物質(zhì)流、能量流和信息流的主要通道，是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施和生命線[2～4]。現(xiàn)代城市是一個(gè)開放的復(fù)雜系統(tǒng)，城市運(yùn)行中的各種風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)刻影響著地下管線的安全運(yùn)行，如挖掘工程的破壞、自身結(jié)構(gòu)性隱患、周圍土體病害等因素。自地下管線普查以來，地下管線施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過程中各種事故仍然時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全和城市正常秩序，地下管線安全管理工作形勢(shì)依舊不容樂觀[5]。2019年10月～2020年9月，全國(guó)相關(guān)地下管線事故共 1 008起，如表1所示。

全國(guó)地下管線相關(guān)事故情況表 表1

其中地下管線破壞事故737起，占地下管線相關(guān)事故總數(shù)的73%，以上事故造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。事故主要原因是工程建設(shè)前期未對(duì)建設(shè)區(qū)域進(jìn)行管線詳查，而現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)多由普查和權(quán)屬單位移交而來，其獲取方式、采集方法、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同，數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、現(xiàn)勢(shì)性等方面存在較大差異，直接影響工程建設(shè)規(guī)劃。

地下管線詳查是對(duì)普查成果的進(jìn)一步確認(rèn)，在管線普查的基礎(chǔ)上，對(duì)指定范圍內(nèi)的管線進(jìn)行有針對(duì)性的詳細(xì)探查。對(duì)已有管線數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)、糾正、更新，新敷設(shè)管線探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫，為工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工保駕護(hù)航，避免事故頻發(fā)。管線詳查也是動(dòng)態(tài)更新管線數(shù)據(jù)庫的重要技術(shù)手段，將數(shù)據(jù)融合更新入庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)更新、維護(hù)以及信息共享，充分發(fā)揮地下管線信息數(shù)據(jù)庫的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益[6]。

2.2 管線詳查的特點(diǎn)

管線詳查根據(jù)工程具體需要，可以對(duì)管線屬性進(jìn)行選擇性探查，或針對(duì)某些屬性進(jìn)行詳細(xì)探查，它與管線普查比較主要有以下特點(diǎn)，如表2所示。

管線普查與詳查特點(diǎn)對(duì)比 表2

3 管線詳查流程

任何市政工程設(shè)計(jì)、施工前都應(yīng)對(duì)工程范圍內(nèi)及周邊現(xiàn)狀管線進(jìn)行詳查。技術(shù)人員接受詳查任務(wù)后應(yīng)與業(yè)主溝通，明確工程目的、數(shù)據(jù)用途。通過現(xiàn)場(chǎng)探勘與資料分析，確定物探技術(shù)方案[8]。其中資料收集是重中之重，在擁擠的地下空間，為避開障礙或其他管線，新建管線敷設(shè)往往不能按原設(shè)計(jì)路徑進(jìn)行，會(huì)存在“幾字形”上下彎、變徑、變深等，這類特征點(diǎn)物探儀器難以捕捉[9]。資料收集應(yīng)貫穿整個(gè)詳查過程，地下管線不同于地下資源勘察，地下空間內(nèi)管線應(yīng)是“已知”的，資料收集得當(dāng)可以事半功倍，是避免遺漏、錯(cuò)測(cè)、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，業(yè)主單位、管線管理部門、詳查單位都應(yīng)緊密配合。

管線詳查主要流程如圖1所示。

圖1 管線詳查作業(yè)流程

4 管線詳查技術(shù)

4.1 常規(guī)管線探查

常規(guī)管線主要指開挖敷設(shè)、埋深較淺的地下管線，包括金屬和非金屬管線。金屬管線具有良好的導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性，磁化率一般在(100～1000)×10-6×4SI，電阻率一般為(0.23～0.89)×10-4×Ω·m，與周圍介質(zhì)存在明顯的物性差異，適合使用經(jīng)濟(jì)、高效的電磁法探測(cè)[10，11]。例如常見的管線探測(cè)儀RD8100、富士PL1000等。通訊和供電通常在出露點(diǎn)采用夾鉗法進(jìn)行追蹤，場(chǎng)地干擾較小時(shí)也可使用感應(yīng)法。非金屬管線探查在疑難管線中詳細(xì)介紹。

4.2 未知區(qū)域盲探

在測(cè)區(qū)無明顯管線出露點(diǎn)、任何標(biāo)示樁及管線資料條件下，需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行的盲探。盲探一般使用電磁法，分為無源掃測(cè)和有源掃測(cè)。兩種方法結(jié)合使用可以降低測(cè)區(qū)遺漏管線概率[12]。

(1)無源掃測(cè)

該方法可以搜索未知區(qū)域內(nèi)埋深較淺電力、通訊及其他可以主動(dòng)向外輻射信號(hào)的管線。單獨(dú)打開接收機(jī)，選擇無源頻率，調(diào)節(jié)增益到合適的讀數(shù)，選擇極大值法或極小值法，使接收機(jī)移動(dòng)方向成一直線且盡可能與假設(shè)管線呈90°，在測(cè)區(qū)內(nèi)以網(wǎng)格進(jìn)行搜索。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，立即停下做好標(biāo)記。搜索完成后對(duì)所有標(biāo)記進(jìn)行追蹤探測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)明顯點(diǎn)時(shí)，宜采用夾鉗法對(duì)場(chǎng)地內(nèi)管線進(jìn)行驗(yàn)證。

(2)有源掃測(cè)

分為平行掃測(cè)法和圓形掃測(cè)法。平行掃測(cè)法如圖2，在盲探區(qū)域選擇大于 30 kHz頻率，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同時(shí)置于A、B兩點(diǎn)，同步向箭頭方向移動(dòng)，探測(cè)是否存在異常信號(hào)，并做好標(biāo)記。在C、D處重復(fù)以上步驟，掃測(cè)完成后對(duì)所做標(biāo)記追蹤探測(cè)，尋找不明管線明顯點(diǎn)，確定管線屬性信息。

圖2 平行掃測(cè)法

圓形掃測(cè)法操作如圖3所示。

圖3 圓形掃測(cè)法

①發(fā)射機(jī)置于盲探中心位置O點(diǎn)，使接射機(jī)以O(shè)為圓心，15 m～20 m為半徑順時(shí)針掃測(cè)一圈，若有異常點(diǎn)做好標(biāo)記。

②發(fā)射機(jī)在O點(diǎn)順時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)90°，接收機(jī)再次掃測(cè)一圈并做好標(biāo)記。

③按以上步驟重復(fù)旋轉(zhuǎn)發(fā)射機(jī)至180°和270°進(jìn)行掃測(cè)，并對(duì)所有標(biāo)記進(jìn)行探測(cè)。

對(duì)于盲探發(fā)現(xiàn)的疑似信號(hào)，常采用壓線法進(jìn)行探測(cè)，追蹤一定距離后交換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位置進(jìn)行驗(yàn)證，即可排除干擾信號(hào)，判斷該標(biāo)記是否為管線信號(hào)。

4.3 疑難管線專項(xiàng)探查

在常規(guī)管線探查完成后，針對(duì)疑難復(fù)雜的地下管線采用專項(xiàng)探查技術(shù)，準(zhǔn)確查明特定管線的位置、深度。管線詳查中的疑難管線主要指非開挖深埋管線，如圖4所示。非開挖深埋管線深度一般在 4 m～20 m之間，管線軌跡在地下整體起伏較大，分為3個(gè)階段：下降段、平直段、上升段，常見于給水、供電、燃?xì)?、通訊等，按材質(zhì)分為金屬和非金屬管線。

圖4 復(fù)雜的疑難管線

非開挖金屬管線探測(cè)方法主要有電磁法、磁梯度、靜力觸探法等，兩端均有開口的管線可采用三維軌跡定位法。其中三維軌跡定位數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、精度高，在探測(cè)過程中對(duì)技術(shù)人員外業(yè)經(jīng)驗(yàn)的依賴大幅降低[13]。探測(cè)方法對(duì)比如表3所示。

非開挖金屬管線探測(cè)方法對(duì)比 表3

深埋非金屬管線多為聚乙烯材質(zhì)(PE管道)，PE管道易運(yùn)輸、焊接少、造價(jià)低、不易腐蝕、對(duì)輸送介質(zhì)污染小等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[14]。同時(shí)該材質(zhì)不導(dǎo)電、導(dǎo)磁，與周圍介質(zhì)物性差異小。目前常用的探測(cè)方法如表4所示。

深埋非金屬管線探測(cè)方法 表4

5 工程案例

鄞州區(qū)YZ08-04-a2地塊位于鐘公廟街道日麗西路與濱江南路西南側(cè)，地塊面積 21 491 m2。地面建構(gòu)筑物拆遷完成后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平和建筑垃圾清理。達(dá)到場(chǎng)地探測(cè)基本要求后，甲方委托寧波市鄞州區(qū)測(cè)繪院進(jìn)行管線詳查，以便完成管線遷移并“凈地”出讓。該地塊為年代已久的住宅小區(qū)和耕地。踏勘和資料收集完成后，本項(xiàng)目場(chǎng)地存在排水管線(污水、雨水)、給水及供電管線，其中排水及給水管線有普查成果，需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)查，特征點(diǎn)加密。供電管線為新敷設(shè)非開挖管，共16孔，分兩束敷設(shè)，8孔為1束。

詳查主要技術(shù)方案如下：

(1)排水管線。對(duì)檢查井進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和量測(cè)，確定流向、深度、管徑等屬性，不明流向可采用示蹤法探查，探查完成后與普查成果核對(duì)、更新。

(2)給水管線。給水管線工作井內(nèi)條件良好，普查數(shù)據(jù)顯示最大深度為 6 m，適宜采用PCM+電流測(cè)繪系統(tǒng)直連法探測(cè)，如圖5所示。

圖5 PCM+探測(cè)示意圖

PCM+電流測(cè)繪系統(tǒng)是一種基于電磁法原理的設(shè)備，發(fā)射功率大、能捕捉深部異常信號(hào)、可連續(xù)追蹤測(cè)量[18]。與常規(guī)金屬管線探測(cè)儀比較具有以下特點(diǎn)：

①具有150 W的發(fā)射輸出功率。

②近似直流的定位電流，一次連接可進(jìn)行長(zhǎng)距離探測(cè)。

③采用超低頻信號(hào)。因此PCM+電流測(cè)繪系統(tǒng)能捕捉到常規(guī)管線探測(cè)儀無法探測(cè)的金屬管線。

本項(xiàng)目給水管線特征點(diǎn)間距設(shè)為10 m，探查完成后與普查成果核對(duì)、更新。表3中的磁梯度法與靜力觸探法也能滿足探測(cè)需要，但工序復(fù)雜，與PCM+電流測(cè)繪系統(tǒng)相比較增加了成本和工作量。使用PCM+電流測(cè)繪系統(tǒng)探測(cè)時(shí)，目標(biāo)管線深度大于 10 m或場(chǎng)地干擾較大時(shí)，應(yīng)采用其他物探方法相互驗(yàn)證[19]。

(3)供電管線。供電管線工作井內(nèi)孔位分布復(fù)雜，如圖6所示。A-J孔位未投入使用，從孔位分析A和J孔位有可能分別代表一束非開挖管，多孔束非開挖管探測(cè)常以整束管線中的1根空管軌跡來代表整束管線的軌跡[20]。

圖6 孔位示意圖

探查方案以三維軌跡定位為主，示蹤法探測(cè)為輔。首先使用RIDGID SR-20結(jié)合微型示蹤探頭分別對(duì)A和J孔探測(cè)，如圖7所示。

圖7 孔位探測(cè)示意圖

從檢修井向前探測(cè)10 m左右即可判斷是否為同一束頂管，避免慣性定位儀采集的孔位數(shù)據(jù)為同一束頂管。區(qū)分完成后，對(duì)孔位做好標(biāo)記，采集出入口三維坐標(biāo)并進(jìn)行穿線，使用慣性定位儀進(jìn)行探測(cè)，如圖8所示。

圖8 慣性定位儀運(yùn)動(dòng)示意圖

采集間隔設(shè)為3 m輸出成果，兩束頂管數(shù)據(jù)(表5和表6)及電力管線圖(圖9)分別如下：

慣性定位儀采集第一段數(shù)據(jù)(部分?jǐn)?shù)據(jù)) 表5

慣性定位儀采集第二段數(shù)據(jù)(部分?jǐn)?shù)據(jù)) 表6

圖9 電力探測(cè)圖

(4)地塊未知區(qū)域盲探。場(chǎng)地內(nèi)條件復(fù)雜，地下水位較高，盲探一般使用電磁法，地質(zhì)雷達(dá)通常作為輔助驗(yàn)證方法。

(5)成果編繪、檢查驗(yàn)收，業(yè)主根據(jù)詳查成果進(jìn)行管線拆除或改建。

6 結(jié) 語

針對(duì)擬出讓地塊內(nèi)管線詳查或市政工程前期類似項(xiàng)目，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)開展多源探查。單一物探技術(shù)局限性較強(qiáng)，應(yīng)結(jié)合管線場(chǎng)地和特點(diǎn)，將多種方法融合，對(duì)疑難管線完成探測(cè)、驗(yàn)證。例如多孔束非開挖管探測(cè)，采用示蹤法區(qū)分管束，可以減少慣性定位儀的穿線盲目性，提高效率。

(2)避免遺漏管線。指定詳查面積越小，探查難度越大，容易遺漏管線。尤其是穿越地塊的非開挖管線、非金屬材質(zhì)管線，盲探無法發(fā)現(xiàn)。應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大測(cè)區(qū)范圍，在測(cè)區(qū)外尋找標(biāo)示樁和頂管工作井，探測(cè)完成后由各權(quán)屬單位審圖確認(rèn)。

(3)重視管束擴(kuò)散現(xiàn)象。非開挖管線敷設(shè)完成后受覆土擠壓、水土流失、相鄰管線擠壓等因素影響，引起整束非開挖管線在地下分布擴(kuò)散、變形，單根或多根管線偏離整束管線，增加了平面位置寬度。成果提交后應(yīng)提醒業(yè)主管束擴(kuò)散現(xiàn)象，施工時(shí)應(yīng)在相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上留足安全距離。

(4)落實(shí)技術(shù)交底。由于物探技術(shù)局限性，成果提交后應(yīng)與業(yè)主、權(quán)屬單位對(duì)探測(cè)中的問題進(jìn)行說明，對(duì)于無法解決的特殊管線應(yīng)在圖面和報(bào)告中予以特殊說明。