城市新型地下管线的探测方法及其应用

【摘要】本文首先分析了我国城市地下管线的分类，在此基础上，结合当下城市地下管线的特点分析了地下管线探测的方法，最后分析了地下管线探测的应用实例。

【关键词】城市；地下管线；探测方法；应用

中图分类号：TU984文献标识码： A

一、前言

随着城市经济的进步和科技的发展，以往传统的地下管线探测方法已经不适合于城市的地下管线探测。因此，分析新型的地下管线探测方法及其应用很有必要。

二、地下管线类别

城市地下管线可按其用途、材质和管形等方法来分类。

1、按用途可大体分为：

（一）给水管道(JS)；

（二）排水管道(PS)，又分为雨水(WS)和污水(YS

（三）燃气管道(RQ)，又分为煤气(MQ)、液化气和天然气；

（四）热力管道(RL)，又分为蒸汽(ZQ)和热水(RS)；

（五）工业管道(GY)，又分为氢(Q)、氧(Y)、乙炔

(YQ)、石油(SY)、排渣(PZ)等；

（六）电力管线(DL)，又分为供电(GD)、路灯(LD)、

电车(DC)等；

（七）电信管线(DX)，又分为市话(SH)、长话(CH)、

广播(GB)、电视(DS)、专业通讯(TX)、光缆(GL)等；

（八）综合管沟(ZH)；

（九）人防(RF)；

2、按材质划分，有以下几种类型

（一）金属管道；

（二）非金属管道。非金属管道主要包括水泥管道和塑料

管道(PPR、PVC)。

3按管形来划分，主要有：

（一）圆形管道；

（二）方形管道；

（三）地沟(管沟)。

三、探测方法

根据管道结构、构造，以及管道铺设方式，可将它们划分为两种类型，即非金属管线和非开挖方式铺设的超深管线(下简称为非开挖管线)。它们的探测方法和手段各有不同。

1、非金属管线的探测方法

（一）仪器的基本设置

雷达天线频率、工作参数设置、数据处理和目标管线图像的识别，直接关系到管线探测应用效果的好坏。为了获得最佳的探测效果，必须正确地设置探地雷达系统的工作参数，其内容除采集时窗、每扫点数、波速和点距外，选择合适的天线频率、增益方式和滤波窗口也很重要。测线宜垂直目标管线走向布设，同时注意目标管线的管径大小，当不清楚管线走向时，应改变测线方向探测，测线的间距应该同时小于或等于目标尺度与分辨率尺度，以防目标漏测。

（二）管线的雷达异常特征

（1）金属给水管道异常特征

目标管线的电导率高，对电磁波衰减极大，所以金属管双曲线异常一般较明显，管顶反射同相轴出现极性反转现象，偶尔可见管底的反射波，但基本没有多次波现象。

（2）非金属管道异常特征

非金属管(PVC、PE、混凝土及玻璃纤维等)的介电常数一般与周围土壤的差异不太大，故非金属管道双曲线异常管顶无极性反转，偶尔可见管底反射波。但是，非金属管道内介质成分对异常的形态特征影响很大，主要有以下几种情况：

a)有水的PVC及玻璃纤维管的探地雷达异常为双曲线，首波极性反转，幅值强，多次波较明显。一般情况下，管线的半径越大，其反射弧的曲率半径就越大。

b)有水混凝土管的探地雷达异常为双曲线，双叶较长，管顶反射同相轴出现极性反转现象，偶尔可见管底反射信息，基本无多次波。

c)PE煤气管的探地雷达异常特征变化较大，当地电条件好时，异常会较明显，但是在一般情况下，双曲线异常并不明显，有时表现为团状异常。

（3）电信及电力电缆异常特征

电缆的探地雷达异常受埋深和电缆根数影响而表现各异，当埋深大或者是单根直埋电缆时，其异常特征与金属管基本相同；对于直埋或者多根电缆组，其异常通常表现为双曲线族同相轴特征。

（4）近距离平行管线的雷达异常特征当地下存在多条平行管线，并且间距>1／4第一费舍尔带直径时，其雷达异常特征表现为平行或交叉的多条双曲线同相轴。

2、非开挖管线的探测方法

目前，大多数非开挖管线都采用钢管或与非金属管线同(或后)期铺设金属示踪线，故一般将它们视为良导电管线。该类管线的特点是埋深大，电磁场信号弱，易受干扰等。根据这些特点管线仪较适合解决此类管线探测问题。

（一）电磁场数理分析

根据电磁感应法探测原理和管线铺设的特点，首先进行单一及多根管线的数理计算，确定其方法的可行性。其内容有：

（1）开展不同管线埋深的磁场水平分量Hx、垂直分量H2曲线图谱的研究，解决单一管线探测成果的拟合计算问题。

（2）开展多根平行管线电磁场理论曲线图谱的研究，解决复杂管线探测成果的拟合计算。

（3）根据管线仪的接收机的信号输出特征，确定该仪器直读法测深的计算公式和适用范围。

（4）根据实际探测记录的电磁场值和多次数理模拟计算结果，推导出三线圈管线仪接收机的埋深计算公式。

（二）应用之技术对策

探测超深管线时为提高信噪比，有效确定管线平面位置和埋深，采用技术对策如下：

（1）选用大功率的探测仪器。

（2）选择具有低频率的仪器。一般情况下，当发射信号频率5m的管线。

（3）宜采用远端接地直连方法(或双端接地法)探测，这样可有效地提高信噪比。

（4）采用发射机大电流供电方式。由于发射机的输出电压有限，可采用降低接地电阻的方法提高输出电流。具体做法是用长度>lm的金属棒打进地下为接地极，或将接地棒置于水塘等潮湿处，这样就可大大减小接地电阻，增大管线中的电流强度。

四、探测方法技术的应用

1、方法选择

投入管线的探测方法有：频率域电磁法、探地雷达法、磁法、声波法等。而根据施工环境和管线特点，频率域电磁法、探地雷达法应用较多，为施工主要探测方法。

2、仪器设备

对金属性质管线探查所选用探测仪器为英产RD系列和美产SUBSITE系列的管线探测仪：非金属性质的管线探查选用探地雷达(EKKO系列、SIR系列、RIS系列等)。

3、管线探测方法技术

（一）不同管线的探测

根据管线的性质可分为金属和非金属管道(如给水、煤气等)、电缆(电力、电信等)。对于不同管线采取相应探测方法进行解决。

(1)金属管道的探测

此类管道导电性能良好，通过管线探测仪器可取得较好的探测效果，但因其本身的性质、连接方式及周围介质情况的不同，探测的方式有所不同。一般优先选用连接法、33kHz(29kHz)工作频率、50％～75％输出功率、极大值法(Hx)定位、70％测深等物理参数。表1是选择上述参数的探测实例。

由上表可知，选择合适的工作参数可满足探测精度的要求，而选择其他参数可作为对比参照。

(2)电信、电力电缆的探测

电信、电力电缆因其出露(检修井)较多，均具备了使用夹钳激发信号的条件，因此，此类管线的信号激发方式应采用夹钳法，个别条件不具备地段采用感应法。定位、定深时应考虑被夹电缆在管块(沟)中的实际位置，进行相应的修正。电信管线又可按单一和组合形式划分，表2是对不同材质的电信管线的探测实例。

由上表可知，单一形式时探测的精度较高，而组合形式因线与线的相互影响，导致信号畸变，探测精度低，须进行合理的修正。

(3)非金属管道的探测

测区内非金属管线主要为排水管道和大管径给水管道。排水管道检修井较多，通过实地开井调查，并辅以电磁示踪法和地质雷达实施探测。对大管径给水管主要采用地质雷达来探测，用钎探和开挖手段进行验证。地质雷达探测方法在疑难管线探测中进行论述。

（二）复杂条件的管线探测

根据管线的空间分布规律，分为平行、垂直、纵横交错3种方式。依据各自特点需采用相应的探测方法。

（1）平行管线对于平行管线的探测，先进行划分，再采取相应探测方法。同为管道平行排列的管线，采用直接选择激发和旁侧感应法来解决：管道和电缆排列的管线，采用先探测管道，再用夹钳法探测电缆来解决：同为电缆排列的管线用夹钳法就可解决。以下通过探测实例进行分析。

（2）管道平行排列探测实例

如图1所示，两条平行煤气管线的水平间距为0．65m，其中一管径为159mm，埋深0．95m；另一管径为219mm，埋深1．04m。由于两煤气管为钢管，探测信号良好，异常明显，采用旁侧感应法取得了满意的结果。T1曲线最大异常点为两管线的中心位置，这为平面的确定提供了参考依据。T2曲线平面位置向另一管线靠近，平面误差6cm，深度误差5cm。T3曲线平面位置向另一管线靠近，平面定位误差8cm，深度误差8cm。

（3）电缆排列探测实例

如图2所示，两条平行电信管线的水平间距为1．02m，其中～断面尺寸为400X500mm，埋深O76m：另～为500×400mm，埋深O．87m。采用夹钳法实施探测，其中一条为铜光缆，信号异常明显，而另外为光缆，信号稍弱，探测精度基本符合要求。T1曲线异常比较明显，平面误差5cm，深度误差6cm。T2曲线异常明显，平面误差6cm，深度误差3cm。8kHz较33kHz信号稳定。

五、结束语

综上所述，只有不断使用新型的地下管线探测方法，才能够提高城市地下管线探测的水平和精准度，从而为城市更好的铺设和利用地下管线奠定坚实的基础。

【参考文献】

[1]袁明德．探地雷达探测地下管线的能力．物探与化探，2012，26(2)：152～155+162

[2]雷伟刚，刘春，史惠春．城市地下管网的信息更新与辅助设计．测绘工程，2010，(9)．