《測(cè)繪通報(bào)》2016年增刊

作者：韓沙沙，王照天，郭凱

摘要: 通過(guò)對(duì)地下管線探測(cè)方法及其適用性和利弊的研究分析，總結(jié)出不同類型地下管線的最適宜方法，并結(jié)合近幾年本單位管線探測(cè)項(xiàng)目開(kāi)挖驗(yàn)證資料給出精度分析。通過(guò)精度分析，進(jìn)而得出針對(duì)不同管線探測(cè)所采納的最優(yōu)方法，從而實(shí)現(xiàn)野外工作高速、高效、高精度的生產(chǎn)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞: 管線探測(cè);精度分析;方法綜述

地下管線工程設(shè)施，貫穿于整個(gè)建設(shè)過(guò)程，是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施。其給水、排水、供氣、通信電纜、電力等，構(gòu)成城市的“生命線”，擔(dān)負(fù)著城市的能源供給、信息傳輸、污水和廢水排放，對(duì)城市的生存和發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。隨著社會(huì)現(xiàn)代化的日益發(fā)展，城市地下的管線種類日趨增多，管線在地下互相交錯(cuò)，錯(cuò)綜復(fù)雜，這無(wú)疑給地下管線探測(cè)增加了難度[1]。

本文通過(guò)分析研究各種地下管線探測(cè)方法的適用性及利弊，為地下管線探測(cè)施工方法的選擇提供參考。

一、地下管線探測(cè)方法及其適用性和利弊

1. 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法以目標(biāo)體與周圍介質(zhì)存在的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究電( 磁) 場(chǎng)空間與時(shí)間分布規(guī)律，從而達(dá)到尋找目標(biāo)體的目的的一種物探方法[2-3]。

電磁感應(yīng)法的原理是通過(guò)發(fā)射機(jī)向地下發(fā)射諧變磁場(chǎng)，地下管線在諧變磁場(chǎng)的激勵(lì)下形成電流，進(jìn)而產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，接收機(jī)地下返回的二次場(chǎng)信息，進(jìn)而推斷地下管線的平面、深度等空間位置[4]。

應(yīng)用電磁法探測(cè)地下管線常用的施加信號(hào)的方法有: 直接法、感應(yīng)法、夾鉗法、甚低頻法和示蹤法[5]。

1) 直接法:將發(fā)射信號(hào)的輸出端直接連接在被測(cè)管線上，給其供電，利用接收機(jī)接收管線中電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)[6]。

直接法有3 種連接方式:單端連接( 如圖1 所示)、雙端連接和遠(yuǎn)接地單端連接。選用直接法時(shí)，無(wú)論哪種連接方式，連接點(diǎn)必須接地良好，應(yīng)將金屬的絕緣層潯刮干凈，接地電極盡量布設(shè)在垂直管線走向的方向上，距離大于10 倍埋設(shè)深度的地方，應(yīng)盡量減小接地電阻。

直接法直接向金屬管線施加電流，信號(hào)強(qiáng)，定位、定深精度高，易分清近距離管線，但金屬管線必須有出露點(diǎn)，且接地必須良好。該方法條件要求高，操作較麻煩，應(yīng)用面窄，可用于探測(cè)金屬的供水管道，嚴(yán)禁在易燃、易爆管道上使用。

該法信號(hào)強(qiáng)，定位、定深精度高，易分清近距離管線，但金屬管線必須有出露點(diǎn)，且需良好的接地條件。

1 直接法單端連接

2) 夾鉗法:將專用的環(huán)形夾鉗套在被測(cè)金屬管線上，通過(guò)夾鉗產(chǎn)生的諧變磁場(chǎng)直接耦合到被測(cè)管線上，使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，用接收機(jī)接收被測(cè)管線感應(yīng)電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)。

夾鉗法直接將信號(hào)施加于金屬管線上，方法簡(jiǎn)單易操作，信號(hào)強(qiáng)，精度高，適用于通信線纜、輸電電纜等小口徑線纜，可用來(lái)探測(cè)電力、信號(hào)燈、路燈、通信等管線。

3) 感應(yīng)法:通過(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)射諧變電磁場(chǎng)，使地下金屬管線產(chǎn)生感應(yīng)電流，在其周圍形成二次場(chǎng)。通過(guò)接收機(jī)在地面接收二次場(chǎng)，從而對(duì)地下管線進(jìn)行搜查、定位。

感應(yīng)法依據(jù)壓制干擾管線的方式不同，又分為垂直壓線法、水平壓線法、傾斜壓線法。在邊上無(wú)相鄰管線干擾的情況下用水平壓線法信號(hào)最強(qiáng)，當(dāng)邊上有相鄰管線且距離較近時(shí)，采用傾斜壓線法效果最好，因?yàn)槠鋲褐聘蓴_信號(hào)能力最強(qiáng)[7]。

感應(yīng)法操作簡(jiǎn)單，適用面廣，可用于探測(cè)所有金屬管線，但因其信號(hào)弱、易受到干擾、精度低的缺點(diǎn)，一般只在夾鉗法和直連法無(wú)法操作的情況下才使用，比如管徑較大的金屬燃?xì)?、供熱、供水管道，線纜很粗的高壓線纜，管線沒(méi)有出露的國(guó)防光纜和供電光纜等無(wú)法直連和夾鉗的情況。同時(shí)感應(yīng)法也適用于盲探，以初步確定管線走向。

4) 甚低頻法:利用甚低頻無(wú)線電臺(tái)所發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)，探測(cè)在金屬管線中感應(yīng)的電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)進(jìn)行的探測(cè)方法。甚低頻法具有場(chǎng)強(qiáng)均勻、噪聲低、電臺(tái)工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，但易受干擾，精度低，應(yīng)用較少，可用來(lái)做盲探[8]。

5) 示蹤法:借助示蹤裝置，使其沿非金屬管道發(fā)射電磁信號(hào)，然后使用接收裝置在地面追蹤信號(hào)，以探測(cè)非金屬管道的一種探測(cè)方法[4]。

示蹤法解決了電磁感應(yīng)法不能探測(cè)非金屬管道的難題，信號(hào)強(qiáng)、探測(cè)精度高，可用來(lái)探測(cè)雨污水管道，但施工麻煩、效率低，應(yīng)用較少。

穿線示蹤法作為示蹤法的變形，主要針對(duì)通信管線空管設(shè)計(jì)，即在空管中穿上電線，使用夾鉗法探測(cè)空管的平面位置和深度。

圖2 示蹤法示意圖

綜上所述，電磁感應(yīng)法探測(cè)手段多樣、使用面廣、探測(cè)精度高，是地下管線探測(cè)最常用的一類物探方法。

2. 高密度電法

高密度電法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，都是以目標(biāo)體與周圍介質(zhì)存在的電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和分析不同極距的電位差確定目標(biāo)體的平面位置和深度。高密度電法的電極布置一次完成，通過(guò)程控方式使供電極和接收極自動(dòng)切換和組合，一次性可以采集大量不同位置和深度的視電阻率值，經(jīng)過(guò)處理解釋，依據(jù)視電阻率的分布規(guī)律了解地下異常體的分布狀況，最終達(dá)到探測(cè)目標(biāo)體的目的。

高密度電法具有抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)精度高，可探測(cè)金屬管線和非金屬管線等優(yōu)點(diǎn)，但其一次布極往往需要36 個(gè)以上電極，電極需砸入地面30 cm 以上，且要保證良好的接地，同時(shí)測(cè)線需與管線垂直，測(cè)線長(zhǎng)度往往達(dá)到幾十米甚至上百米，在城市里的往往不具備這樣的施工條件，所以實(shí)用性較低。

3. 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)一個(gè)天線向地下發(fā)射一個(gè)高頻的電磁波，同時(shí)另一個(gè)天線接收地下介質(zhì)反射回來(lái)的反射波。通過(guò)分析反射波的波形，推斷地下管線的平面位置和深度。

地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)非金屬管線時(shí)具有快速、高效、無(wú)損及實(shí)時(shí)展示地下圖像等特點(diǎn)，所以是非金屬管線探查的首選工具[9]。但是當(dāng)?shù)貙与娮杪实蜁r(shí)，由于電磁波的衰減，探測(cè)深度低，而且在實(shí)際應(yīng)用中，地下管線反應(yīng)特征不明顯，較難辨別，但其依然是目前最為有效的探測(cè)非金屬管線的一種方法，適用于探測(cè)非金屬燃?xì)夤?、供水管和排水管?/span>

4. 人工地震法

人工地震法以目標(biāo)體與周圍介質(zhì)存在的波阻抗的差異為基礎(chǔ)，通過(guò)分析反射波時(shí)間剖面的畸變點(diǎn)確定目標(biāo)體的平面位置和深度的一種物探方法。其原理是在一側(cè)激發(fā)人工震源產(chǎn)生彈性波，在另一個(gè)接收反射回的彈性波。彈性波在地下介質(zhì)的傳播過(guò)程中，遇到地下管線后產(chǎn)生反射、折射和繞射波，使彈性波的相位、振幅及頻率等發(fā)生變化，在時(shí)間剖面上顯現(xiàn)出各種畸變點(diǎn)，通過(guò)分析這些畸變點(diǎn)位置，從而確定地下管線的位置[9]。

人工地震法具有探測(cè)深度深，對(duì)非金屬管線尤其是孔徑較大的深埋排水管反應(yīng)明顯，但因其操作復(fù)雜、施工成本高、施工噪聲大、淺層和小管徑的管線反映不明顯、異常解釋難度大等缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用較少。

5. 高精度磁測(cè)法

高精度磁測(cè)法以目標(biāo)體與周圍介質(zhì)存在的磁性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)分析地質(zhì)體的磁場(chǎng)分布特征來(lái)確定目標(biāo)體的平面位置和深度的一種物探方法。

由于鐵磁性管道在地球磁場(chǎng)的作用下被磁化，其磁場(chǎng)與周圍會(huì)形成明顯的差異，高精度磁測(cè)法就是通過(guò)儀器探測(cè)這類磁異常來(lái)確定地下管線的位置。該方法儀器輕便，施工便捷，但因?yàn)椴杉氖翘烊淮艌?chǎng)，信號(hào)弱容易受到干擾，適合用來(lái)探測(cè)鑄鐵管道等鐵磁性地下管線，如供水、供熱管線。

6. 磁梯度法

磁梯度法通過(guò)測(cè)量不同深度的磁梯度值，來(lái)確定管線的平面位置和深度的一種方法。該方法測(cè)量精度高，效果明顯，可用來(lái)檢驗(yàn)其他物探方法的有效性。但施工麻煩，一般用來(lái)做精密測(cè)量，可用來(lái)探測(cè)非開(kāi)挖管線[4]。

7. 開(kāi)挖和釬探

開(kāi)挖是最直接的一種探測(cè)方法，但施工成本高，對(duì)環(huán)境破壞大，一般用來(lái)檢驗(yàn)探測(cè)精度是否滿足規(guī)范要求。釬探是開(kāi)挖手段的縮減版，簡(jiǎn)單易操作，對(duì)環(huán)境破壞小，但施工要求高，只能釬探土蓋層的管線，并且容易造成管線損壞。比較適合探測(cè)非金屬大管徑非深埋且不易損壞的PE 管和水泥管，如供水、排水管線等。

綜上所述，針對(duì)不同類型的地下管線，探測(cè)方法多種多樣，有時(shí)為了提高探測(cè)精度，往往采用多種探測(cè)方法綜合應(yīng)用。

二、探測(cè)方法的應(yīng)用

依據(jù)上文對(duì)地下管線探測(cè)方法研究分析，結(jié)合本單位2014—2015 年度4 個(gè)不同工區(qū)的214 個(gè)開(kāi)挖驗(yàn)證資料，總結(jié)了各種類型的地下管線的適宜探測(cè)方法，見(jiàn)表1。

表1 不同類型地下管線的適宜探測(cè)方法

依據(jù)《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》(CJJ61—2003)，平面位置限差為0.10 h，埋深限差0.15 h。對(duì)比表中各種地下管線方法和精度，筆者得出以下

結(jié)論:

1) 各種管線類型最適宜探測(cè)方法的精度均能達(dá)到規(guī)范。

2) 金屬管線適合用電磁感應(yīng)法探測(cè)，非金屬管線適合用地質(zhì)雷達(dá)和釬探施工。

3) 電磁感應(yīng)法探測(cè)金屬管道的精度比地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的非金屬管道的精度高，這可能與地質(zhì)雷達(dá)異常不易解譯有關(guān)。

4) 感應(yīng)法的探測(cè)精度較直接法和夾鉗法略低。

5) 同樣是非金屬管線，同樣采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，大管徑的排水管道探測(cè)精度要比小管徑的燃?xì)夤艿谰雀摺?/span>

三、結(jié)論及建議

本文通過(guò)對(duì)地下管線探測(cè)方法及其適用性和利弊的研究分析，總結(jié)出不同類型地下管線的最適宜方法，并結(jié)合近幾年本單位管線探測(cè)項(xiàng)目開(kāi)挖驗(yàn)證資料給出精度分析，得出以下結(jié)論。

1) 地下管線的探測(cè)方法多種多樣，選擇適宜的探測(cè)方法，既可以提高施工效率，又可以提高探測(cè)精度。

2) 探測(cè)金屬管線電磁感應(yīng)法效果最佳，非金屬管線地質(zhì)雷達(dá)能發(fā)揮比較重要的作用。

3) 探測(cè)金屬管線的難度較非金屬管線難度小，同時(shí)探測(cè)精度更高。

本文精度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)源于本單位近幾年的管線探測(cè)項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)分析難免存在一定的片面性，本文推薦的最適宜方法可作為地下管線探測(cè)施工方法選擇時(shí)的參考。