管線儀探測盲區的解決方案探討

何 輝，曾 平

(深圳市水務規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

目前，管線探測儀是地下管線探測作業中最常用、最經濟、效率最高且精度較高的儀器設備，其探測理論和技術方法已日益完善。管線儀的工作原理是通過管線儀的激發裝置加載數千赫茲的交頻電磁脈沖信號至地下目標管線，并沿目標管線傳播，而致目標管線周圍產生圓形磁場，管線儀的接收裝置通過撿拾其圓形磁場而判定管線的空間位置。從理論上說，該類設備及其采用的方法僅針對導電且能在其周圍產生圓形磁場的管道、纜線行之有效。對于不導電管線(即非金屬類，如塑膠類、混凝土類)就無能為力了，亦即管線儀在管線探測作業中存在一定的“探測盲區”。

簡單的說，管線儀探測盲區是指針對現狀存在的某條地下管線或管線段，利用管線儀探測無效或無法獲取有效數據的情況。根據管線的特性，本文將管線儀探測盲區分為三類：第一類指利用管線儀無法直接進行探測的情況，比如對塑膠管道、水泥管道等非金屬管線，這些由于管線材質本身原因造成的探測盲區本文稱之為“直接性探測盲區”；第二類指表面上滿足管線探測儀工作條件，但在實際探測中接收機無法獲取有效信號或根本接收不到信號的情況，如有金屬絲但存在接頭(接頭內金屬絲未連通)的光纜、外涂保護層(相當于絕緣層)完好且管段兩端均未接地的金屬管道、未接通的備用高壓電纜等金屬類管道，此等情況造成的探測盲區并非由于管線材質本身的原因，本文稱之為“假象性探測盲區”；第三類指深埋的地下金屬管線，由于加載的電磁脈沖信號使之周圍產生的磁場信號相對較弱，不易被接收機識別或易于被其它干擾信號串擾，從而無法獲取有效信號，本文稱之為“疑難性探測盲區”。

本文從理論出發，結合多年經驗和多件實例對利用管線儀探測地下管線的探測盲區進行總結，并提出有效的解決方案進行探討。

2 管線儀的工作原理

現階段使用的管線儀主要由發射機和接收機組成，發射機以直接充電、電磁感應或線圈耦合的方式加載高頻率的交流脈沖信號至埋設于地下的目標管線，使之產生瞬變電流，該瞬變電流在目標管線上傳播，并與遠方大地連接而形成“回路”。目標管線上傳播的瞬變電流在傳播過程中，在管道四周產生圓形的磁場，接收機在地面通過撿拾圓形磁場信號而推算出管線的走向、埋深等空間信息數據。根據電磁理論，傳播于目標管線上的瞬變電流只有在有去有回時(即形成回路)，才能在管線周圍產生連續的磁場。接收到的磁場強度與管道上加載的電流強度、衰減程度及距離目標管線的遠近密切相關。

3 直接性探測盲區

對于不導電的非金屬管線，由于無法通過管線儀激發裝置對其進行信號加載的手段使之周圍產生磁場，從而在理論上就成為管線儀的探測盲區。

3.1 直接性探測盲區總結

造成“直接性探測盲區”的原因是因為管線的材質不能作為電流的載體，常稱之為“非金屬管道”。非金屬管道主要包含塑膠管線(PVC、光纖、玻璃夾砂、塑鋼等)管道、混凝土質(水泥、鋼筋混凝土等)管線、陶瓷類管線等。這類管線的一個共性即不導電，在市政管線中涵蓋了給水、雨水、污水、燃氣、電力、電信及工業管道等各專業管線。正是因為其具有不導電性，致使管線儀無法直接對其進行探測。

3.2 解決方案探討

針對非金屬管線，要根據現場實際情況、靈活多變、不拘一格的采用各種手段解決問題，不要拘泥于定式思維。常用的咨詢權屬單位、輔以人工調查、分析推斷等的方式本文不再贅述，本文主要就如何創造條件變“非金屬管線”為“金屬管線”(變不能為可能)進行探測的思維方式進行論述。

要想“非金屬管線”變為“金屬管線”，就要創造條件通過間接的方法來達到目的。譬如通過探測塑膠燃氣管道伴隨敷設的示蹤線的方法、通過撿拾塑膠燃氣管道埋設的示蹤器芯片的方法、通過對電力電信空套管穿設電纜導線的方法、通過對混凝土質排水管道拖放示蹤探頭的方法等等，均可通過“變換探測對象”的間接手段對目標管線有效的進行探測。

實例：在深圳南海大道與東濱路的交叉路口，業主擬頂管施工修建過路管群，但與同是頂管施工的過路深埋電信管群交叉。技術人員通過現場作業發現，由于電信管群為深埋且管孔內敷設的光纜有接頭(接頭內金屬絲為斷開狀態)而導致管線儀無法有效激發電磁信號，故而無法利用管線儀探測作業。經現場調查、分析，筆者發現電信管群尚有一條空管可利用，便采取在空管內穿設電纜線、再將電纜線兩端均與管線儀發射機直連充電的方法進行探測。這樣既避開了電信管群塑膠材質的“非金屬性”，又解決了深埋管線磁場信號較弱的難題(相當于儀器激發信號直接在電纜內傳輸，信號極強)，有效的解決了這一深埋、非金屬管線的探測難題。

4 假象性探測盲區

在實際工作中，管線探測技術人員常會遇到金屬管道、儀器連接正常、工作電流顯示正常，但接收機就是無法接收到電磁信號的情況。這種情況通常表明管線激發裝置未能成功的在目標管線上加載交頻電流，從而導致目標管線周圍未能形成圓形磁場。這就是表面上滿足管線探測儀的工作條件，但實際上存在著一定的假象性。

4.1 假象性探測盲區總結

在管線探測作業中，假象性探測盲區多出現在帶有金屬芯光纖的追蹤探測、外涂保護層(相當于絕緣層)完好且管段兩端均未接地的金屬管道、未啟用的備用高壓電纜的追蹤探測等情況。究其原因，主要是因為擬探測的帶金屬芯光纜存在接頭(接頭內金屬芯為斷開狀態)、外涂保護層的金屬管道與大地絕緣隔離且接頭處有橡膠圈密封隔離、備用高壓電纜一端未接電而另一端未接通用戶，致使加載在目標管線上的交頻電流不能形成回路所導致，從而表面上管線探測儀發射機工作正常，但接收機接收不到激發的磁場信號。

4.2 解決方案探討

對于假象性探測盲區，除了人工開挖、地質雷達、淺層地震等解決思路外，想辦法滿足管線儀的探測條件無疑是省時省力的好辦法。比如采用更換目標光纖進行追蹤、在套管中另外穿纜進行探測、對防腐完好的新埋設鋼管進行雙端充電、未啟用的備用電纜雙端接地等手段，人為創造條件去滿足管線儀的工作需求，既省力又可有效解決這一難題。

實例：在深圳寶安自來水廠，有兩條專用供電電纜(一主一備用，直埋地段約為1公里)，當時主供電電纜出現故障，準備啟用備用電纜，卻發現備用電纜在直埋地段不知何時何處被損出現短路故障，無法合閘。急需查清電纜的精確走向和故障點，以便及時修復。經現場踏勘、分析，我們采用了管線儀配合電纜破損檢測儀進行工作。但當加載了激發信號至目標電纜時，指標、狀態顯示一切正常，就是接收不到信號。正當業主無奈準備更換檢測單位和探測設備時，筆者經仔細詢問業主工作人員，卻發現目標電纜在檢修時遠端已斷開，導致發射機激發電流無法形成回路。經現場連接接地線，順利的避開了這一假象，完成了檢測任務。

5 疑難性探測盲區

隨著施工工藝的發展，目前在城市管網的施工中頂管施工非常普遍，而且為了避開其它管線，頂管深度越來越大。這就使管線探測工作越來越困難。根據電磁理論，目標管線周圍產生的磁場強度和管道上加載的電流強度、接收機距離目標管線的遠近密切相關，即同等條件下目標管線的埋深越大，則在地面接收到的磁場強度越弱。當管線埋設超過一定深度時，地面幾乎就無法分辨接收到的磁場信號，形成“疑難性探測盲區”。

5.1 探測盲區總結

由于地下管線的復雜性，疑難性探測盲區包含甚廣，概括而言，主要包括儀器接收不到或人工分辨不出接收到的磁場信號、接收到的磁場信號是干擾的假信號等情況。本文主要總結和探討儀器接收不到或人工分辨不出接收到的磁場信號的情況。此類情況主要是由于接收到的磁場信號較弱而導致的，多出現于采用頂管施工的深埋過路金屬管線，常見的有跨市政道路頂管施工的電力、電信、給水、燃氣等金屬管道、纜線等。

5.2 解決方案探討

對于由于接收到的磁場信號較弱所導致的疑難性探測盲區，其解決思路就是如何想辦法增強激發的磁場強度。而要增強磁場強度，就要加大管道上的交頻電流強度。由于發射機施加電壓有限、功率有限，但待測管道的電阻是固定的，故采用常規的手段是無法達到這一目的的。另辟思路，比如可通過增加激發發射機的數量(當然激發頻率要一致)來增強磁場強度、通過利用長導線進行雙端充電的方法來增加電流強度、通過套管內穿設電纜導線然后雙端充電的方法來增大電流強度等。

實例：在深圳深南大道，有一過路的給水鋼管，道路中間埋設深度超過7m，由于地鐵施工需精確探測其走向和埋深，但常規方法均因接收到的磁場信號太弱無法精確定位、定深。經技術人員現場搜尋，發現市政道路兩側相距500m各有一個閥門井露頭，我們就購買了一條700m的普通電線作為導線，采用雙端充電法對其兩個露頭同時加載激發電流，由于相對管道長度(相比理論上的遠方接地)變小，而使管道電阻值變小、電流強度增強，隨之管道周圍的磁場強度大大提升，完全達到了探測條件，順利解決了這一疑難問題。

6 結論

利用管線儀進行管線探測作業，由于受到場地復雜條件的限制，使用儀器和探測技術水平發展的制約，遇到探測盲區將不可避免。而作為從業者，只要不拘泥于定式思維，根據現場情況，采取靈活多變的思路，輔以多種手段，很多情況下的探測盲區完全可以得到有效的解決。

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