軌道交通管線詳查方法研究

2012-09-22 10:01:40陳恒施立群

城市勘測 2012年1期

陳恒，施立群

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315041)

1 概述

隨著城市化的快速推進，城市軌道交通網絡建設也在快速發展。軌道交通作為城市公共交通系統的一個重要組成部分，號稱“城市交通的主動脈”，與其他公共交通相比，具有用地省，運能大(軌道線路的輸送能力是公路交通輸送能力的近10倍)，每一單位運輸量能源消耗少，環境污染小等特點。因此發展軌道交通是寧波解決城市交通問題的主要措施，在確保功能的前提下，如何有效地進行安全施工和控制建設投資，特別是地下管線的敷設和搬遷，一直是軌道交通建設管理者關心的課題，也已越來越引起軌道交通建設部門及其他相關單位的高度重視。因此，掌握所有地下管線現狀資料顯得尤為重要。而管線詳查作為摸清地下空間各類管線現狀的唯一手段，必須解決各類管線的探測難題。

2 管線詳查必要性

寧波市在2005年～2007年曾開展過管線普查工作，根據普查成果可知:軌道設計線路地下管線種類繁多，敷設密集，縱橫交錯，相當復雜，雖然已有管線普查成果，但管線普查與詳查存在著明顯區別，主要表現為:

(1)探測區域不同。普查范圍是具備城市功能的道路和街巷沿線的各類地下管線，沒有包括附屬臨街第一排建筑物、保密級別很高的部隊和河道水域的各種管線。而軌道設計施工需要的是設計范圍內及周邊所有地下管線的資料，特別是車站、車場部分沒有完全普查到，故普查成果不夠完整。

(2)管線取舍不同。普查時對于電壓小于380 V的電力、管徑小于100 mm的給水、管徑小于200 mm的排水進行了取舍，故普查成果不夠完整，不能完全滿足軌道設計，特別是管線遷移施工的需要。

(3)探測方法不同。普查時主要以明顯管線點為線索進行追蹤探測的，對于沒有任何明顯點的未知管線容易遺漏，如當時無法探測的管線，也是以疑難問題進行留存;而詳查時要應用盲測掃描的方法對整個測區進行搜索探測，避免遺漏管線，且要求必須進行精確定位定深。

(4)成果現勢性不同。由于普查面積大，耗時達兩年之久，期間新建、改造管線較多，管線成果難以準確反映管線現狀，而管線詳查是局部探測，詳查完馬上使用，故成果的現勢性較好。

(5)成果用途不同。普查成果是為城市規劃設計、管理和施工而建立的宏觀管線數據，如電纜類(包括電力和電信)探測時只調查了管線的孔數，而涉及搬遷管線費用還需要探測管線的根數和材質，故需要補充探測。

如果不能具體掌握地下各種管線的詳細信息，就會給軌道交通設計和施工帶來諸多不便，甚至造成嚴重事故，因此在軌道交通設計施工之前對規劃區域范圍內進行地下管線的詳查工作，是軌道線施工的地下管線進行合理搬遷，確保軌道順利施工的根本保證。基于以上情況，管線普查不能完全代替管線詳查。寧波市管線普查時，受時間和經費條件限制，未能在全市范圍內大面積開展管線詳查，因而在軌道一號線沿線沒有詳細管線資料。為確保工程安全、有序、高效推進，開展管線的詳查工作是必要的。

3 管線詳查作業流程

圖1 管線詳查作業流程圖

4 管線詳查方法

軌道建設一般處于城市繁華區域，線路長、基礎深、管線密、探測精度要求高。采用傳統、單一的探測方法難以解決各種復雜環境下的管線探測，根據具體情況，因地制宜，靈活選擇一種或幾種方法聯合使用，是解決管線探測的有效手段。

(1)電磁法——管線探測儀探測

電磁法是利用電磁感應原理，探測出被測管線的位置和埋深。目前電磁法探測常用的探測設備為管線探測儀，如英國的RD系列、美國的Subsite系列等。

(2)電磁波法——地質雷達探測

電磁波法探測管線常用的儀器設備是地質雷達(Ground Penetrating Radar)，目前常用的管線探測雷達有日本的GEORADAR系列、瑞典的RAMAC系列等:地質雷達一般以剖面法或網格法作業。探測前，必須根據現場的地質、地球物理特點進行已知管線的現場試驗，以選定最佳的測量參數。

(3)地震波法——瞬態瑞雷波探測

地震波法是利用地下各種介質的彈性差異，由人工震源產生地震波的方法探測地下管線。一般采用瞬態瑞雷波法探測。

在管線探測方面，電磁法以其經濟性、高效率和準確性的優點，是目前最常采用的探測金屬管線的方法，電磁波法和地震波法由于其作業效率較低，一般用于解決非金屬管線和管線探測儀無法探明的疑難管線，如并排管線、深度較深的管線等。

5 關鍵技術

5.1 傳感器探測法

傳感器探測法實際上是將非開挖管線施工領域中導向鉆探方法引入到管線探測，其工作原理詳如圖2所示。該法(又稱導向儀法)主要適應于通信、電力、雨水、污水等非封閉式埋設的管線，標準精度平面和高程為5h%(h為管線埋深)，有效探測深度24 m。寧波市軌道交通1號線福明路站電力管線(埋深2.8 m～7.8 m)27個點位開挖驗證(借助軌道車站明挖施工進行)，結果為平面中誤差為 0.186 m(限差為0.265 m)，高程中誤差為0.277 m(限差為0.398 m)，滿足《城市地下管線探測技術規程》要求。

圖2 傳感器探測法工作原理圖

5.2 磁梯度法

在均勻無鐵磁性物質的土層中，地球磁場強度理論上應是均勻場，如果在其中有鐵磁性物質存在，將會在其周圍分布有較強的感應磁場，從而產生磁異常，且磁異常強度由近及遠逐漸衰減。因此，可以通過觀測其磁異常的變化，尤其是垂直分量Za的梯度值的分布來判定異常物的平面位置及埋深。如圖3所示，通過鉆孔的手段將磁力梯度儀下到鉆孔內，由上而下測量鐵磁物質在垂直方向上的Za曲線變化，可以得到較理想的效果。由圖3可知，在接近金屬管的鉆孔內，Za梯度值隨深度的變化非常明顯，在接近鐵磁物質的深度位置，梯度值變化強烈，猶如一個“S”型。在稍微遠離鐵磁物質的鉆孔內，梯度值的變化幅度相應減小，當水平間距大于1.0 m時，幾乎無任何變化了。

圖3 金屬管線在垂直剖面上的Za梯度值理論曲線

5.3 綜合法

綜合法就是綜合利用各種物探方法對管線進行定位定深的過程。寧波市測繪設計研究院于2010年運用綜合法成功探測了一條埋深約16 m的天然氣管道，精度為±0.15 m(精度要求近乎苛刻)。其具體思路為首先根據收集的大埋深管道設計或施工資料，運用PCM檢測儀探測出管道的大概位置、走向及埋深，然后根據工程范圍按一定的距離布置多個垂直于管道走向的斷面，通過鉆孔配合孔中磁梯度法對管線進行粗略定位(水平和垂直方向上定位精度均在1 m左右)，再根據粗略定位結果，通過鉆孔(高壓水槍鉆探儀配合全站儀，其中2臺全站儀在互相垂直于測點方向上架設，確保鉆孔的垂直度)并實量鉆桿長，根據測點高程、管徑大小進行擬合后，確定管道位置、埋深及精度。

5.4 數據處理方法

(1)圖形數據和屬性數據一體化保存

在數據處理過程中，充分考慮了設計單位對信息化現狀的需求，我們將管線所有信息(如權屬單位、起點高程、終點高程、埋深等)通過屬性的方式全部存儲在AutoCAD中，當設計單位需查詢相關信息時，無須再去尋找海量紙質資料，可以直接借助CAD擴展屬性查詢命令，查詢到與數據庫中等同的信息。如圖4所示為查詢YS609點信息的查詢界面。

(2)實現了圖、庫一致性

在探測過程中，一般做法是通過圖紙對詳查成果進行質量檢查(包括各級檢查)，按檢查結果對圖紙進行整改，之后再生成數據庫;對數據庫中存在的問題則通過修改數據庫完成。因此有可能出現圖紙與數據庫中數據不一致，而我院則按數據聯動更新方式進行編輯，即在CAD中進行保存時，后臺自動實現數據庫保存，從而確保了數據的一致性。

圖4 CAD屬性查詢界面

(3)綜合管溝的技術處理

綜合管溝常見的處理方法為每家權屬單位的管線分別繪制一次，這樣圖面負載大，管線長度統計重復次數多，當管溝新增用戶單位時，數據不易維護。在這次詳查時，綜合管溝為一種管線類型，雖然有多家權屬單位的管線，但只用一種線型表示，該線型除一般屬性外，還有管線權屬和管溝權屬，管線權屬值為所有管溝使用單位，不同單位之間用“;”分隔;管溝權屬值則為管溝所有權單位。當提供專業管線圖和進行數據分析時，只需對該字段設置條件即可，和重復繪制各單位管線相比，不但圖面清晰美觀，而且成圖工作量和圖面負載明顯減少。

6 軌道交通管線詳查實例

寧波市軌道交通1號線一期工程為寧波市線網規劃中的東西向主干線。線路全長22.56 km，其中地下線16.10 km，地面線 0.51 km，高架線 5.40 km，U形槽0.55 km。管線詳查分2個標段實施，Ⅰ標段管線長度249.567 km，管線點17 627個;Ⅱ標段管線長度206.404 km，管線點數13 751個。涉及供電、路燈、交通信號、電信、給水、污水、雨水、雨污、天然氣、蒸汽、廢水、人防等管線種類13種。各標段院級檢驗精度統計如下:

(1)地下管線探查數學精度