城市地下管線疑難探測的方法及應用分析

文/聶清帥

1 地下管線探測技術方法的原理及特點

1.1 電磁探測法

電磁法是地下管線探測的核心技術。電磁探測技術的核心是地下管道信號(即兩個磁場)的激發方式，它是目前國內外最成熟的地下管道探測技術。實際工作的關鍵是通過實驗找到一種能夠清晰有效地激發目標信號的方法。一般主要通過改變工作頻率和信號應用方式的組合來實現。

1.2 電磁波（地質雷達）探測法

Gpr 是一種廣譜(1mhz-2.5ghz)電磁波探測技術，用于確定地下介質的分布。探地雷達采用一個天線發射高頻短脈沖和寬帶電磁波，另一個天線接收來自地下介質接口的反射波。當電磁波在介質中傳播時，它的路徑、電磁場強度和波形會隨著介質的電性質和幾何形狀的改變而改變。因此，根據傳播時間(也稱為雙向傳播時間)，可以推斷出接收波的振幅和波形、介質的結構、結構和埋藏物。探地雷達技術是目前適應未來各種地下非金屬管線探測技術最必要的技術。

1.3 地下管線探測的技術特點

局限性：首先經濟特性使得探測技術的應用不足，在探測技術和方法的選擇上存在一定的局限性。其次，任何檢測方法都有一定的適用條件和固有的局限性。再次，檢測結果往往基于模糊間接證據(檢測信號) ，并且各種未知因素會對其產生干擾，因此基于它得出的結論往往具有一定的局限性。最后，探測人員的知識水平和工作經驗往往對結果有一定的影響。在實際的檢測工作中，各種制約因素交織在一起，對檢測結果起著一定的作用[1]。

模糊性：在地下管線探測的實際過程中，探測器很難全面、準確地判斷和預測電磁背景、地面電氣狀況、工作環境中目標和非目標管線的狀況以及它們之間的相互干擾關系。在地下管線檢測的實際過程中，檢測方法受到限制。作為間接證據，檢測信號的判斷是主觀的。因此，整個檢測工作是在模糊狀態下進行的，檢測結果是模糊的。

經濟的快速發展促進了測繪事業的不斷進步。新儀器、新設備、新技術、新方法不斷涌現。地下管線檢測是城市基礎設施的重要組成部分，隨著地理信息系統的發展，城市地下管網的現狀越來越受到人們的關注。為了使工程規劃、設計和施工更加科學，使現有的地下管線工程得到有效的管理，獲取現有的、準確的地下管線施工數據，為城市管理和總體規劃提供科學有效的依據就顯得更加迫切。

2 地下管線探測的現狀

城市地下管線探測過程中遇到的困難大致有三個方面：一是管線并行埋設方式相互干擾大，為了更好地節省城市空間資源，管線通常在管線之間并行埋設；但是管線間距離較近，分離管線之間的相互干擾很大，特別是相鄰管線之間的電磁干擾較大。二是非金屬材料的地下管線探測較為困難，因為非金屬材料不能用電磁感應探測，管線探測器不能探測其位置和埋深。

由于目前地下管線探測技術主要針對金屬材料管線，硬磁材料管線探測技術發展迅速，但非金屬材料管線探測技術發展不夠，增加了非金屬材料地下管線探測的難度。三是由于地下管線埋深較大，進一步增加了普通探測器準確探測的難度。

影響地下管線探測的主要因素有以下幾點。

2.1 測儀器本身存在一些不足

需要對探測器進行一致性對比試驗，以確定儀器的校正系數。

2.2 土質條件不同導致探測精度不夠

由于直埋管道的土質條件不同，對管道的探測精度有一定的影響，需要進行一定數量的開挖驗證，或者在能夠準確確定埋深的位置進行驗證，以確定是否應增加埋深和平面位置修正系數。根據工作經驗，細濕土的探測效果好，干旱、沙土層的探測效果差，積水區域和高鐵土層的探測效果差[2]。

2.3 探測效果受管道埋深影響大

由于探測儀器的探測效果受管道埋深的影響很大，特別是采用感應法進行探測時，深埋管道能接收到的信號很弱，探測效果一般不理想。在這個時候，有必要不斷改變探測方法，如改變發射機的姿態。

2.4 探測重疊管道誤差大

住宅管道在重疊的情況下也能滿足管道的使用要求。用電磁法探測金屬管道重疊時，由于重疊管道之間的相互干擾，觀測到是上下管道的異常重疊，再加上電磁法可以精確定位，但測深誤差較大，但重疊管道并不總是重疊。一般情況下，它們可以分別設置在分岔點，計算重疊管的深度。

2.5 地下管線的探測精度受以下因素影響

埋深與管徑的比值、接收器是否偏離管道上方、探頭與交匯處的距離受外界條件的影響，因此在跟蹤定位探測過程中應隨時注意探測，并提取出異常深度值，其中以探頭深度作為某一斷面的深度。

3 管線探測方法及其應用類型

3.1 地質雷達探測法

地質雷達既能探測金屬管道，又能探測水泥管、塑料管、金屬陶瓷管等非金屬管道，還能探測信號弱的金屬管道（如鑄鐵管、帶橡膠墊接口的球墨鑄鐵管），探測信號難以區分平行管道和交叉管道等，探地雷達探測是一種基于不同地下介質介電常數差異的地球物理勘探。它通過發射天線發射高頻電磁脈沖，主頻率為數十兆赫（到百兆赫至千兆赫），當這種脈沖在地下傳播時，遇到異常物體與周圍介質分界面時會產生反射波。反射波反射回地表后，由接收天線接收，傳輸到主機進行記錄和顯示，然后穿過地下巖土層界面，通過數據的后處理和反演解釋，得到地下管線的位置、埋深等參數。由于非金屬管道一般具有較高的電阻率，其介電常數與周圍介質有明顯的差異，因此采用探地雷達法探測，效果明顯[3]。

3.2 金屬管線儀探測法

金屬管道探測器的探測方法主要用于探測金屬管道、地下電纜等，主要采用英國雷迪公司生產的RD系列、日本富士公司生產的PL 系列等管道探測器，均具有電磁波寬、性能穩定、分辨率高的特點。金屬管道探測器的主要工作方式有直接法、電磁感應法和耦合法。

直接法（裝料法）:金屬管道勘探的主要方法。這種方法對于帶露點（閥門等）的金屬管道的探測是非常有效的。探測時，將發射機輸出線紅色端直接連接到管線的裸露金屬部分，另一端接地，并保持良好的電氣接觸和接地條件，使目標管道通電產生磁場，操作者持有探測器的接收器，保持與發射器在同一頻率上，沿著管道的前進方向左右搜索，根據磁場信號強度的顯示將目標管道定位以進行跟蹤和探測。

電磁感應法：這種方法用于探測露點稀少、直徑大的金屬管道。在知道目標管道大致方向的前提下，探測器的發射機將目標管道水平放置在地面上與目標管道平行，打開電源，將發射機產生的電信號誘導到目標管道產生電磁場，操作員將接收機垂直于目標搜索方向，探測管道走向，并根據顯示在目標管道上的磁場信號強度確定目標管道，從而進行跟蹤探測。

耦合法：這種方法適用于管線外露，但無法（或不允許）接觸其金屬部位，且待測地下管線的近端和遠端都必須接地以形成回路，特別適用于電力電纜以及弱電電纜。這種方法是一種特殊的外部感應線圈（有時稱為耦合鉗），其工作原理與感應法相似。由發射機產生電磁信號，夾鉗部位電纜感應到電磁信號后，在電纜上產生感應電流，在電流的傳播過程中，通過該地下電纜向地面輻射出電磁波并由接收機接收信號。

3.3 其他管線探測方法

大型地下排水溝（或防空洞）、帶有示蹤線的非金屬管線探測中，如果地表明顯點少，探測障礙物多，地質雷達無法探測目標，可采用示蹤法。示蹤電磁法：采用非金屬管道探頭沿管道埋設路面，探測器接收器用于接收地面上非金屬管道探頭的調制發送訊號。為了解決排水管道的常規探測和調查問題，方便了排水管道的定位，但難以確定支管的實際連接關系。

聲波探測法適用于小口徑管道的探測，但對埋地過深的管道難以探測，使用場所必須有管道設施的外露點，才能安裝振動器。其原理是聲波原理，利用管道及其內部液體的聲波傳播特性來探測管道的位置。它的基本使用方法是利用振蕩器信號向管道中加入一個具有特定頻率的聲音，利用拾音器采集管道在遠處路面上傳輸的聲波，從而達到管道定位的目的。非金屬管道脈沖定位儀只能對管道進行平面定位，不能測量埋深。

信標探測方法適用于在管道的重要部位（如三通、拐點、盲端）布置信標，或適用于開放管道，即非壓力管道、重力管道、信帶、維修井或檢查井及其他設施，只適用于這一水平的排水管道。信標探測器通過發送信標頻率脈沖信號，定位埋設在地下管道上方的信標分布，使地下信標探測器的探測精度降低。該儀器采用這種感應方式，將信號轉換成音頻報警信號，確定管路的位置。信標探測器可探測不同形狀的圓柱或環形地下信標，不同埋深的信標對應不同的頻率。

4 結語

城市地下管線分布復雜，管線施工工藝差異大，大直徑、非金屬、深埋管線日益增多，找出管線的方向、埋深及連接關系已成為管線探測的難點。隨著城市化水平的提高和經濟的發展，對城市地下管網的檢測提出了越來越高的要求。為了滿足這些要求，順應這一發展趨勢，城市地下管網的檢測技術也在進行改革，地下管線的科學設計、規劃和建設是未來城市地下空間成功、高效利用的重要前提，是城市健康、綠色、協調、可持續發展和有效應對突發事件的重要保證。