地下管線數(shù)字測繪關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

賈寶 鄧學(xué)鋒 張濤 蔣達 李小娟

（河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003）

地下管線探測是國家實施地下綜合管網(wǎng)建設(shè)的一項基礎(chǔ)工作，地下管線探測資料是建立城市地下管網(wǎng)智能管理系統(tǒng)，順應(yīng)國家政策和“互聯(lián)網(wǎng)+ ”、大數(shù)據(jù)、三維可視化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)資料，對推動整個城市安全、高效、和諧、健康發(fā)展有著重要意義[1]。

本文結(jié)合鄭州軌道交通11號線地下管線探測任務(wù)，針對不同類型的管線選用適當(dāng)?shù)奈锾椒椒ê蛢x器，分析出適合特定類型管線的物探方法，為日后的管線探測工作提供參考。始點等，需要儀器探測，點的位置和埋深探測至關(guān)重要。

管線探測的作業(yè)步驟包括：資料收集、現(xiàn)場踏勘、編寫技術(shù)設(shè)計書、儀器校驗和方法試驗、實地調(diào)查與儀器探查、控制測量、管線點測量、管線數(shù)據(jù)處理與管線圖編繪、建立管線數(shù)據(jù)庫、編寫技術(shù)總結(jié)、探測成果資料提交驗收。作業(yè)流程如圖1所示。

1 地下管線探測原理與方法

1.1 工作原理與方法

地下管線探測應(yīng)遵循從已知到未知，從簡單到復(fù)雜，復(fù)雜條件下采用綜合方法相互驗證等原則。

地下金屬管線探測依據(jù)電磁場原理，利用管線探測儀的發(fā)射機發(fā)射電磁信號，使地下金屬管線產(chǎn)生交變微電流，在其周圍產(chǎn)生二次電磁場，然后使用管線探測儀的接收裝置分析其電磁場分布特征，從而探測到地下金屬管線的空間位置[2]。地下管線探測要根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適的方法，特別是在管線較復(fù)雜的地段，要靈活使用充電法、選擇激發(fā)法、壓線法（包括水平壓線、垂直壓線和傾斜壓線等）等方法。

非金屬管線與周圍介質(zhì)存在一定差異，主城區(qū)內(nèi)的排水管線材質(zhì)以砼為主，部分給水、燃氣管道材質(zhì)為PE管。探查這類管線要使用探地雷達進行波譜分析，結(jié)合權(quán)屬單位資料，綜合分析確定其走向、位置和埋深[3]。

1.2 地下管線作業(yè)過程

地下管線探測，分明顯點探測和隱蔽點探測。明顯點如消防栓、檢查井、管線出入點等，肉眼可見；隱蔽點是指管線分布在地下的轉(zhuǎn)角 點、變徑點、分支點、起

圖1 作業(yè)流程

1.3 管線成果精度要求

（1）管線點的探查精度。隱蔽管線點的探測精度是：平面位置限差tsδ為0.1h，埋深限差thδ為0.15h（h為管線的中心埋深，單位為cm，當(dāng)h＜100cm時以100cm計算）。明顯管線點埋深量測精度是：當(dāng)中心埋深＜2m時，其量測埋深限差為±5cm；當(dāng)2m≤埋深＜4m時，埋深限差為±8cm；當(dāng)埋深≥4m時，埋深限差為±10cm。

（2）管線點的測量精度。平面位置中誤差 sm 的絕對值不得大于5cm（相對于鄰近控制點），高程測量中誤差 hm 的絕對值不得大于3cm（相對于鄰近控制點）[4]。

2 地下管線探測關(guān)鍵技術(shù)

2.1 明顯點探測

探測地下管線明顯點要打開檢修井井蓋，對明顯管線點及其附屬設(shè)施（包括接線箱、電信人孔、電信手孔、儀表井、檢修井、閥門、消火栓等）做詳細的調(diào)查、量測和記錄；查清管線的類型、管徑、材質(zhì)、埋深、走向及連接關(guān)系。其中消防栓、電話亭、接線箱、配電箱、出入地、上桿埋深取0值，排水類管線埋深值取管底埋深。

管線點的地面投影位置設(shè)在井蓋中心，當(dāng)管偏（即管線點地面投影與檢修井中心偏距）≥0.2m時，需量測管偏，并記錄管偏方向和距離；當(dāng)管偏＞0.5m時，實測其管線點地面投影點位，以檢修井為地物點。對于排水管線，一般采用量桿來量測深度、判斷各分支方向，量測深度時要多次量測，取平均值來確定。

采集地下管線外業(yè)數(shù)據(jù)，要繪制地下管線預(yù)編點號調(diào)查草圖，草圖上標(biāo)注管線點連接關(guān)系、點號，以便物探點坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

2.2 隱蔽點探測

管線隱蔽點主要分為線纜類管線和直埋類管線。

（1）線纜類管線隱蔽點探測：電信、電力等線纜類管線隱蔽點的探查，一般采用夾鉗法或感應(yīng)法。對于單根埋設(shè)的，采用極大值定位就可滿足精度要求，本項目探測使用的是RD系列儀器，采用70%的異常寬度定深；對于管塊埋設(shè)的，采用等效中心修正法校正。

（2）直埋類管線隱蔽點探測：給水、燃氣、工業(yè)管線等直埋類管線的材質(zhì)為金屬，有明顯點、具備接地條件的地段，可采用直連法探測，不具備接地條件的地段采用感應(yīng)法探測；部分給水及燃氣管線為非金屬材質(zhì)，用常規(guī)探測儀無法定位定深，可通過給水和燃氣公司提供的圖紙現(xiàn)場指認，并結(jié)合地面明顯附屬物信息，適時進行部分開挖或釬探。

2.3 特殊管線探測

在進行地下管線探測時，常在道路交叉口遇到斷面上下埋設(shè)了多種材質(zhì)的管線，存在管線密集、強電磁干擾等問題。在這樣復(fù)雜的探測環(huán)境下，探測者要利用多種管線探測儀，采取不同的探測方法，結(jié)合文字資料來查明管線的分布情況。

同一條管線直線段相鄰管線點間距＞75m時，在管線中間加點，控制管線走向；管線彎曲時，在圓弧起訖點和中點設(shè)置管線點，圓弧較大時，增加管線點密度，以正確表達管線的彎曲特征；遇到彎頭時，首先在管線延伸線上找出信號消失位置，然后在管線兩側(cè)追蹤信號并確定其準(zhǔn)確位置，將兩個方向的相交點定為彎頭點，經(jīng)驗證后準(zhǔn)確定點。

3 工程實例

3.1 測區(qū)概況和技術(shù)方案

鄭州市軌道交通11號線沿線地下管線現(xiàn)狀調(diào)查（補測）項目，探測線路全長約7.5km，探測面積約為200萬平方米。測區(qū)西起海峰路延長線與107國道附近，經(jīng)海峰路、南八路，至經(jīng)開第十八大街附近向南約3.2公里。測區(qū)主要有給水、排水、燃氣等管道，以及電力（含路燈）、通信等電纜類管線，以金屬管線為主，部分為非金屬管線，大部分區(qū)域管線密集，較為復(fù)雜。

項目采用全數(shù)字化、內(nèi)外業(yè)一體化的普查模式，明顯管線點實地調(diào)查與隱蔽管線點儀器探查相結(jié)合、全解析法測繪與機助成圖相結(jié)合，同步建立地下管線數(shù)據(jù)庫。內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程圖

3.2 實施過程及探測結(jié)果

地下管線探測專業(yè)性較強，涉及物探、測量和內(nèi)業(yè)成圖等工序，各工序必須緊密協(xié)作，環(huán)環(huán)相扣。根據(jù)既定方案和設(shè)計書要求，首先進行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，劃分作業(yè)片區(qū)，然后運用各種技術(shù)解決疑難管線的探測，采用先進的測量手段采集數(shù)據(jù)，而后進行內(nèi)業(yè)資料處理。

項目共計探查管線點總數(shù)3496個，其中明顯點2518個，隱蔽點978個，探查管線總長度61.1km。

3.3 數(shù)據(jù)處理入庫及地下管線圖編繪

需錄入計算機的地下管線信息包括空間信息和屬性信息。地下管線屬性數(shù)據(jù)由地下管線探查所得數(shù)據(jù)以表格形式表示；空間數(shù)據(jù)由管線點測量采集而來，由全站儀測量后自動記錄，經(jīng)檢查處理后傳輸?shù)接嬎銠C。管線探查原始數(shù)據(jù)的錄入利用自主研發(fā)的地下管線屬性處理系統(tǒng)進行，并對入庫數(shù)據(jù)進行完整性檢查。

管線數(shù)據(jù)入庫檢查完畢后，利用Auto CAD2010平臺二次開發(fā)的具有城市地下管網(wǎng)成圖功能的成圖系統(tǒng)展繪管線點、管線段、生產(chǎn)探測的管線圖。經(jīng)過簡單的檢查處理，將地下管線圖交由探測人員反復(fù)檢查，確認無誤后再繪制出與實際相符的地下管線圖。

管線圖的圖幅規(guī)格為50cm×50cm，比例尺為1∶1000，分綜合管線圖和專業(yè)管線圖。綜合管線圖包含所有管線及其屬性信息，專業(yè)管線圖在綜合圖的基礎(chǔ)上進行編繪，從不同的圖層將各類專業(yè)管線提取出來，增加圖名和專業(yè)信息注記。專業(yè)管線圖按管線一級分類編輯，分為給水、排水、電力、通信、燃氣、熱力6種。局部綜合管線圖如圖3所示。

3.4 質(zhì)量評價

測區(qū)共布設(shè)RTK圖根控制點20個，四等水準(zhǔn)測量6.8km，管線探測點3496個，外業(yè)工作10d，探測成果符合相關(guān)規(guī)范要求。質(zhì)量評價結(jié)果如下：

（1）上級檢查組對測量全過程進行實地抽查、復(fù)查，控制測量圖根點的最大相對誤差為1∶5136（允許值為1∶4000），最大高程較差為25mm，允許值為±30mm，測區(qū)圖根控制點成果數(shù)據(jù)可靠，精度滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）經(jīng)過驗收檢查，管線測量數(shù)據(jù)和探測數(shù)據(jù)平面位置中誤差為±3.25cm(限差為±5cm），高程中誤差為1.99cm(允許誤差為±3cm），埋深中誤差在±2cm之內(nèi)，其中物探檢查精度統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。所檢查的管線點分布具有均勻性、隨機性和代表性。檢查結(jié)果表明，管線點探查的平面和埋深技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)程的限差要求，探查精度合格。未發(fā)現(xiàn)超差點，符合測量精度要求。綜合質(zhì)量評定結(jié)果為成果合格率100%，質(zhì)量等級優(yōu)。

圖3 局部綜合管線圖

表1 物探檢查精度統(tǒng)計

4 結(jié)語

近年來，由于地下管線現(xiàn)狀不清、數(shù)據(jù)不明，管線損壞而導(dǎo)致的城市內(nèi)澇、路面塌陷、停水停電等事故時有發(fā)生，因此，地下管線普查及管理極其重要和迫切。開展地下管線普查時，應(yīng)根據(jù)不同材質(zhì)、不同類型的管線，采取適當(dāng)?shù)奶讲榉椒ǎ瑖?yán)格把控質(zhì)量，確保普查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，保證地下管線的正常運行。