探测方法试验的研究

【摘要】随着我国城市数字化建设的快速发展，城市地下管线测绘工作在城市建设中的重要性已经凸显。本文分析了城市地下管线探测仪在不同测区的实验情况。

【关键词】方法实验。

中图分类号：C33文献标识码： A

1.引言

全面查明、查清城市地下管线空间分布和属性情况，建立具有权威性、现势性的城市地下管线数据库和专业管线数据库,将地下管线信息以数字的形式进行获取、存储、管理、分析、查询、输出、更新，建立公共数据交换服务平台，实现地下管线信息计算机化、网络化管理，已经成为城市建设的重中之重。为了确保采用工作方法的有效性，保证探测精度达到《城市地下管线探测技术规程》(CJJ61-2003)的要求，笔者进行了几次探测方法试验及仪器校验，通过与已知管线上的数据对比、校核，确定各种方法和仪器的有效性和精度。

通过现场踏勘，地下管线主要有：给水、雨、污水、燃气、电力、路灯、通讯、有线电视、热力、工业等。除排水外测区内的地下管线多为金属材质或含金属骨架等良导体构成，与周围介质具有明显的电性差异，具备了采用物探方法确定地下管线空间位置的客观条件。

2.试验概况

2.1 试验及校验时间

笔者共投入5台管线探测仪，其中RD6000型1台，RD8000型4台（具体情况见管线探测仪及编号一览表）。

管线探测仪及编号一览表

仪器编号 仪器型号 发射机出厂编号 接收机出厂编号 备注

1 RD8000 10/TX-10-935036 10/8KPXL-6456 6组

2 RD8000 10/TX-10-935056 10/8KPXL-6455 2组

3 RD8000 10/TX-10-935057 10/8KPDL-6457 1组

4 RD8000 10/TX-10-935058 10/8KPDL-6458 5组

5 RD6000 1002365 1002365 3组

2.2试验及校验地点

根据现场踏勘发现，本区需探测的给水、燃气、电力、通讯等管线中除燃气、给水存在PE管外，主要为金属材质管线，管线材质有铸铁、钢、铜等，由于其本身具有良好的导电性，因此地下管线探测主要以电磁法为主。为准确了解投入地下管线探测仪的有效性及精度，在白山路、长白山大街等地段选择了4个不同已知点对仪器进行了试验，其中给水试验点1个，燃气试验点1个，电力试验点1个、通讯试验点1个。试验点编号及地点见下表：

试验点编号一览表

试验点号 管线类型/规格/材质 试验点号埋深 试验地点

1 JS/300/铸铁 2.0 长白山大街

2 RQ/300/钢 1.53 库仓沟河边

3 GD/100/铜 0.79 滨江东街

4 LT/100/光纤 0.82 长白山大街

方法试验后在测区内在长白山大街、滨江东街等地段选择了20个有代表性的已知管线点分别对每一台管线进行了仪器校验，其中给水校验点5个、燃气校验点3个、热力校验点2个、电力校验点5个、通讯校验点5个。

校验点编号一览表

3.探测方法试验

3.1试验目的

通过方法试验确定拟采用的各种物探、机械方法的可行性，确定测区内不同管线、不同材质的探测方法。

3.2试验内容

（1）通过方法试验来确定各种物探方法技术和选用仪器的有效性；

（2）在采用电磁法探测时各类管线的最佳信号施加方式（感应法、夹钳法、连接法）、最佳工作频率、最小收发距、最佳收发距等。

3.3试验方法

本试验对于金属管线主要采用对比的方法进行，即在已知管线段上分别采用不同频率、不同信号施加方式对拟投入的地下管线探测仪器进行试验；对于非金属管线主要是考察机械开挖、钎探是否可行，排水、电信等检修井较多的管线采用直接开井量测的方法是否可以达到《规程》要求的精度。

地下管线探测仪器的试验方法如下：

（1）选择测区内不同地点、不同管线种类、不同深度的地段分别进行试验。

（2）通过方法试验确定电磁法探测时有关参数的选择，具体方法如下：

3.3.1收发距的选择

a．最小收发距：选择在无地下管线、无干扰正常地电条件下，分别选用不同的发射功率和工作频率，采用感应法来测定不同间距下的接收机信号。试验时距离发射机5.0m处为起点，调节接收机增益使读数至100或接近100，每隔2.0m读一次数。收发距试验记录见附录：最小接发距测试记录表。

图1、图2为RD8000与RD6000型探测仪在不同发射机功率条件下，在起始点5m处调节接收机增益使读数达到“100”后观察不同频率随距离衰减的情况，其表为不同测点处接收机读数值，其中图试验频率为8 kHz、 33 kHz、 65kHz。以及RD8000、RD4000型探测仪在同一接收机增益条件下，不同频率和不同功率的试验结果。根据现场试验结果，RD8000探测仪在距离发射机15m以远时无论在何种发射功率情况下接收机信号均趋以平稳，且幅值衰减至5%以下。由此可知，RD8000、RD6000探测仪采用感应法时应在17m以外进行探测；当发射机发射功率小时可适当减小，但最小不得小于13m。

图1

图2

b．最佳收发距：在方法试验的过程中，将发射机置于无干扰的已知单根管线上，根据接受机沿管线不同距离走向进行剖面观测，以管线异常幅度最大、宽度最窄的剖面至发射机之间的距离为最佳收发距。并针对不同的管类、材质及信号激发方式等进行了最佳效收发距试验。在浅埋无干扰条件下，燃气钢管采用感应法时，有效收发距离可达50-60m以远，而给水铸铁管探测距离可达40m左右。然而，在实际工作中，由于管线埋设深浅不同，管线沿路地电条件也不完全相同。

由试验得知RD8000、RD6000探测仪最佳收发距基本相同。本区管道类最佳收发距为18-20米，线缆类最佳收发距为18-25米。

3.3.2工作频率的选择

本次试验仪器有二类，工作频率各不相同，其中RD8000、RD6000频率有33kHz、65kHz、8kHz。通过试验发现，不同的工作频率对管线探测结果有一定影响。

从金属管道试验看，采用直接法时,选用不同的工作频率对定位定深影响不大，只是信号强度略有不同， RD8000、RD6000探测仪,65kHz信号最强，33kHz次之、8kHz信号最弱。采用感应法时，不同频率测深有一定差异，选用RD8000探测仪8kHz时仪器测深偏深。电缆类管线通常以管组埋设且含多根电缆，选用不同频率，相互间感应耦合作用效果也不同，选用83kHz、65kHz、33kHz时，测定深度与管线实际深度基本相符；选用高频时，如334kHz、83kHz易产生耦合作用，不能真实反映施加信号电缆的深度。

由试验数据可以得出， RD8000、RD6000探测仪器的65KHz探测精度较高,为本探测仪器的最佳发射频率（详见方法试验记录表）。

3.3.3信号激发方式的选择

通过试验确定的激发方式：给水管线采用直连法最好，信号强、传播距离远、异常明显，定深、定位较其它方法精度高。感应法在单一管线的情况下效果较好，在管线密集的情况下要慎重、灵活使用，可通过改变发射机的感应方式避开邻近管线干扰。

燃气管线一般不允许使用直连，一般采用感应法，示踪线要确认在不泄漏的情况下可采用直连探测。

通讯类、电力等电线、电缆优先采用夹钳法，该方法信号强度大、传播距离远、邻近干扰小。因该类管线多以集束状态埋设，线与线之间距离较近，采用感应法时精度较低，因此应优先采用夹钳法。（详见方法试验记录表）

3.3.4定位、定深方法的选择

对金属管线探测，宜采用峰值法进行定位,而不宜采用谷值法。对于弯头、三通等特征点的定位应在不同方向的直线段上分别测定3个点以上，然后采用交会的方法定出特征点的位置。测深方法的选择，通过方法试验采用特征法、百分比和直读法分别进行埋深测定比较，直读法测深数据与实际相差较大，部分点超差；70%法测深与实际深度接近，仪器一致性较好。因此，采用地下管线仪探测时，测深宜采用70%测深法，而不宜采用直读法测深。同时在探查作业中要不断通过已知点、开挖点的深度来校验最佳探测方法的准确性，提高探查精度。（详见方法试验记录表）

3.4结果评定

(1) 感应法探测时，RD8000、RD6000收发距应大于13m。最佳收发距RD8000、RD6000探测仪最佳收发距基本相同，本区管道类最佳收发距为18-20米，线缆类最佳收发距为18-25米。

(2) 对金属管道宜采用直接连接法探测,接收信号强而稳定。工作频率对定位、定深影响不大， RD8000、RD6000选用65kHz时接收信号强且稳定。

(3) 对电缆类激发方式应以夹钳法为主，对于单一电缆也可采用感应法探测，但对管组埋设且含有多根电缆时，不宜采用。

(4) 非金属管线探测，测区内非金属管线主要有大管径的砼管和少量小管径的PVC管、燃气PE管、电信空管和排水管道。其中排水管道检修井较多，可以开井使用“L”尺直接量测深度，个别超长地段采用内插法求得；电信空管采用内穿铁丝的方法可以取得良好的探测效果；大管径的砼管和燃气PE管采用意大利IBS地质雷达能取得一定的探测效果；小管径的燃气PE管线采用地质雷达不能取得探测效果，因此，对此类目前尚无良好探测手段的非金属管线将主要通过管线权属单位有关技术人员现场指正、参考施工图和竣工图的方式解决并辅以开挖手段进行验证，各种手段均不能达到探测效果的少量管线最终在工作报告中加以客观说明，提醒使用方使用资料时注意。

(5) 管线定位宜采用峰值法，测深宜采用70%测深法。

4.探测仪器校验

4. 1校验内容

（1）单台仪器各工作频率定位和定深误差

（2）单台仪器转向差

（3）项目所用各台探测仪定位和定深的均方差

4. 2校验方法

（1）在测区内不同地点、不同管线种类、不同深度地段的已知管线上，选择最佳信号施加方式（感应、连接、夹钳等），以最佳发射频率、最佳发射功率和收发距，背向信号源（正向），用接收机对管线进行平面位置定位和埋深测量。

（2）用钢尺量测仪器测量的平面位置与管线实际平面位置间的差值，计算仪器测量的深度与管线实际深度间的差值，将结果记录在《仪器校验记录表》中。

（3）面向信号源（反向），用接收机对管线进行平面位置定位，钢尺量测仪器测量的平面位置与管线实际平面位置间的差值，计算仪器测量的深度与管线实际深度间的差值，将结果记录在《仪器校验记录表》中。用钢尺量测正/反向两次测量的平面位置间的差值，将结果记录在《仪器校验记录表》“转向差”栏中。

（4）变换发射频率，重新进行（1）、（2）、（3）条款。

（5）变换接收机，重新进行（1）、（2）、（3）、（4）条款，直至项目所有使用的探测仪均进行了校验。

4.3 校验地点的选择

管线无弯曲、变径、变深、分支、周围无交叉管线等，且管径、平面位置和埋深已知的管线。

4.4 统计计算

依据同等条件下采集的数据景象统计的原则，将采集的数据按下列公式进行各台仪器定位、定深均方差计算，结果见仪器校验统计表。

仪器校验定位中误差：

注::平面位置偏差值,n1: 试验点数。

仪器校验定深均方差：

注:: 埋深差值,n1: 试验点数。

③ 平面位置限差δts：≤±0.10∑h/n；

④ 埋深限差δth：≤±0.15∑h/n；

注：h为地下管线的已知埋深，以厘米计；

h＜100cm时，以h=100cm代入计算;

n为试验点数。

一致性校验统计表

由上表可知，投入本工程的5台管线探测仪，各台仪器的均方差小于1/3的限差,符合《规程》要求。

4.5结果评定

通过校验，5台仪器主机及配件齐全，性能稳定，由统计结果可知，各台仪器采用适当的信号激发方式及合适的频率的情况下，测定管线平面位置及埋深接近真值，且波动范围较小，各台仪器平面定位误差、定深误差较小。

最小收发距测试记录表

方法试验记录表

仪器校验记录表