張 旭
(上海山南勘測設(shè)計有限公司,上海 201206)
內(nèi)河航道作為交通系統(tǒng)的重要組成部分,具有安全性、可靠性,能耗低等優(yōu)點,符合節(jié)能環(huán)保理念?!笆濉逼陂g,我國水運事業(yè)迎來黃金發(fā)展期,內(nèi)河航道建設(shè)及內(nèi)河航運發(fā)展取得了顯著成績,對支撐流域經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用。1979年和2002年全國先后開展了兩次內(nèi)河航道普查,時隔30年,我國航道發(fā)展和建設(shè)逐漸趨于完善,但由于長期的河流淤積、航道疏浚,改道,使航道狀態(tài)發(fā)生了很大變化。雖然目前還沒有開展第三次全國內(nèi)河航道普查工作,但各省市已經(jīng)相繼啟動了各自的普查計劃。2018年9月,上海市航務(wù)管理處下發(fā)了《關(guān)于開展下穿航道管線專項排查的通知》,全面排查轄區(qū)內(nèi)所有航道下穿管線;2020年11月,江蘇省啟動第四次內(nèi)河航道普查,完成約3700km省干線航道、約6000km市干線航道數(shù)據(jù)采集;其他各省也在制定相關(guān)普查計劃。
航道下穿管線是航道重要的基礎(chǔ)設(shè)施。近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快,穿越航道的管線數(shù)量和種類越來越多,由于管線權(quán)屬單位與航道管理部門沒有隸屬關(guān)系,航道周邊設(shè)施綜合管理體系尚未建立,航務(wù)部門難以準確掌握所有穿越航道的管線信息,主要體現(xiàn)在以下三個方面:
a.由于航道每年均有泥沙淤泥沉淀,需定時清淤,保障通暢;此外,隨著航運發(fā)展,船舶噸位不斷增加,也需進行航道疏浚。在航道清淤、疏浚、改道等施工過程中,引起過河管線位置產(chǎn)生相對變化,現(xiàn)有資料失去了原有的技術(shù)指導作用,存在安全隱患。
b.目前航道下穿管線大多采用“定向鉆”“頂管法”“拖拉管”等施工方式穿越航道,具有一定的隱蔽性;鋪設(shè)較早的管線,或沒有管線竣工圖紙,或年久遺失,或后期施工變更,圖紙未更新,失去了指導價值。
c.由于管線的建設(shè)和維護由管線權(quán)屬單位負責,航道下穿管線資料分散在各權(quán)屬單位或者其下屬分管部門,雖然管線權(quán)屬單位正在建設(shè)各自的管線數(shù)據(jù)庫,但尚未實現(xiàn)互聯(lián)互通,沒有形成一個完整全面的內(nèi)河航道下穿管線數(shù)據(jù)庫。
本文通過對比分析城市道路地下管線與航道下穿管線的特點和差異,說明城市道路地下管線探測方法并不適用于航道下穿管線探測,由此開展水上物探方法在內(nèi)河航道下穿管線普查中的可行性分析,探尋全面、準確、快速、經(jīng)濟的普查方法,為即將開展第三次全國內(nèi)河航道普查,有效管控和降低航道安全風險,提高航道信息化管理水平提供技術(shù)支撐。
城市道路路面承載交通通行,地下則是市政配套管線的主要通道。道路地下管線種類齊全,一般平行道路鋪設(shè),根據(jù)管線類別,依次分布在機動車道、非機動車道、人行道和綠化帶之下,每隔一段距離設(shè)置工作井、檢查井、閥門或測試樁等管線相關(guān)設(shè)施,保障地下管線的正常運行、管理和維修。隨著城市進程加快,道路地下管線空間占用率越來越高,特別是城市核心區(qū)道路地下管線,道路與管線比可達1 ∶15~1 ∶30,管線上下重疊,道路地下管線分布見圖1。
圖1 城市道路地下管線分布示意圖
航道下穿管線主要包括連接兩岸居民正常生產(chǎn)生活的電力、信息、燃氣等供給管線,以及長距離運輸?shù)暮接?、原水等主干管線,廣泛分布于航道沿線,部分集中于跨河橋梁和公路兩側(cè);鋪設(shè)時多采用頂管或拖拉管線等非開挖方式施工,一般埋深在0~30m之間,埋深變化大,隱蔽性強,航道下穿管線分布見圖2。
圖2 航道下穿管線分布示意圖
a.管線施工方式和埋藏深度不同。道路地下管線一般采用直埋方式埋設(shè),深度一般小于2m,在路口或已有管線鋪設(shè)的情況下,使用非開挖方式施工;航道下穿管線多采用非開挖方式施工,航道兩岸設(shè)有工作井,管線剖面形態(tài)呈寬弧形,中間深,兩頭淺,航道內(nèi)管線埋深一般大于3m。
b.管線分布情況不同。道路地下管線一般平行于道路鋪設(shè),根據(jù)設(shè)計分布在道路的不同車道下方,地下空間占用率高,管線之間的距離較?。缓降老麓┕芫€一般與航道成90°直角或大角度斜交,根據(jù)航道兩岸基礎(chǔ)設(shè)計和居民情況鋪設(shè),存在分散性、多樣性和隱蔽性特點,部分集中鋪設(shè)于橋梁附近。
c.管線相關(guān)設(shè)施分布不同。道路地下管線的相關(guān)設(shè)施,如工作井、閥門等,一般每隔一段距離會設(shè)計一個,以保障管線的運行和維護;對于航道下穿管線,河道兩側(cè)的工作井無明顯分布規(guī)律,有些工作井距離航道駁岸線較遠,具有隱蔽性,甚至為了安全而設(shè)置暗井。
d.探測的干擾源不同。道路地下管線探測的干擾源多來自相鄰管線、路面鋼筋網(wǎng)、高壓線和過往車輛等;航道下穿管線探測的干擾源主要是跨河橋梁、河底沉積物和過往船只等,探測時會受到水面起伏影響。
e.管線探測方法不同。道路上主要采用管線儀法、探地雷達法探測直埋管線,采用導向儀法和陀螺儀法探測非開挖管線;航道下穿管線以非開挖管線為主,除采用導向儀法和陀螺儀法探測,還會采用水上探測方法。
f.管線探測成果表現(xiàn)側(cè)重點不同。道路地下管線探測成果,根據(jù)探測的目的,一般側(cè)重展示平面賦存情況,強調(diào)管線的完整性和前后連接關(guān)系;而航道下穿管線探測成果,則側(cè)重展示河口線或航道藍線范圍內(nèi)水下管線的埋設(shè)情況,特別是剖面圖中管線與河底、河岸的相對位置關(guān)系。
由于道路地下管線與航道下穿管線存在很大差異,管線儀法探測深度較淺,不適合航道的非開挖管線探測;導向儀法的接收機在水上難以保持穩(wěn)定,定位定深誤差較大,且需從工作井穿線探測,耗時費力,成本高,不適合普查準確、快速、經(jīng)濟的需求;陀螺儀法需將陀螺從航道一側(cè)的工作井穿到另一側(cè)工作井,探測精度雖高,但對外界探測條件的要求和成本也較高,該方法也不適用于在用的燃氣、航油等管線,亦不滿足普查全面、快速、經(jīng)濟的需求。因此,常規(guī)的城市道路地下管線探測方法不適合航道下穿管線普查,需考慮水上物探方法在航道下穿管線普查中的適應(yīng)性。
目前,水上物探方法主要包括淺層地震法、淺地層剖面法、多波束法、側(cè)掃聲吶法、磁法、高密度電法、探地雷達法。通過對比上述七種方法在管線探測中的優(yōu)缺點,并結(jié)合內(nèi)河航道和下穿管線特點,分析其在普查中的適應(yīng)性,見表1。
表1 水上物探方法在航道下穿管線普查中可行性分析
續(xù)表
根據(jù)全面、準確、快速、經(jīng)濟的內(nèi)河航道下穿管線普查需求,首先應(yīng)選擇適合船載設(shè)備連續(xù)走航式探測的方法,即淺地層剖面法,多波束法、側(cè)掃聲吶法、瞬變電磁法、磁法、探地雷達法;其次,考慮到航道下穿管線一般埋設(shè)于水底面以下,且埋深變化大,可排除多波束法和側(cè)掃聲吶法兩種海底面探測的方法,以及探測深度有限的探地雷達法。淺地層剖面法和磁法均適合連續(xù)走航式探測,滿足快速、經(jīng)濟的普查需求;同時,淺地層剖面法對地層具有較強的穿透能力,可用于探測原水、雨污水、航油等管徑較大的管道,磁法靈敏度高,對電力、通信和鐵磁性的燃氣等管線探測效果較好,兩種方法相互補充,相互驗證,以滿足全面、準確的普查需求。
因此,本文推薦采用淺地層剖面法和磁法兩種連續(xù)走航式探測的方法作為內(nèi)河航道下穿管線普查的方法。
本文根據(jù)內(nèi)河航道和下穿管線特點,分別對城市道路地下管線探測方法和水上物探法在內(nèi)河航道下穿管線普查中的適用性進行了分析,得出了淺地層剖面法和磁法兩種連續(xù)走航式探測方法可滿足全面、準確、快速、經(jīng)濟的普查需求,為即將開展第三次全國內(nèi)河航道普查做好必要的技術(shù)儲備,對“數(shù)字航道”的建設(shè)也具有重要意義。