導向儀在市政道路非開挖管線探測中的應用

劉康

(1.中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空間科技發展有限公司，陜西 西安 710199)

1 前 言

近幾年，我國正處于經濟快速發展時期，隨著城鎮化進程的不斷加快，市政基礎設施建設高速發展，地下管線敷設方法不斷更新，頂管施工工藝作為非開挖管線施工工藝[10]的一種，已廣泛地應用于各類市政管線敷設工程中。非開挖管線施工的工藝不同于一般的市政埋管施工，埋深變化范圍普遍較大，敷設的管線埋深普遍較深，且檢修井相距較遠。非開挖管線施工工藝的特殊性增加了管線探測的難度，降低了傳統探測方法的有效性。

2 非開挖管線施工技術及其特點

非開挖技術，即非開挖鋪設地下管線施工技術[1，8]，利用巖土鉆掘設備、通過導向測控等技術手段，在地面以最少的開挖量或不開挖情況下鋪設、更換或修復地下管道和電纜的一種施工新技術[2]。

(1)采用非開挖技術進行管道頂管施工的工程，大多是要穿越不具備開挖條件或者開挖困難的路段，如河流、橋梁(高架橋)、鐵路、高速公路、地下構筑物，管線較為密集的路口等。

(2)套管材質為非金屬類，如PE、PVC等。

(3)管線種類多見電力管線、通信類管線。

(4)埋深變化大，都有出入口且出入口附件埋深淺。非開挖頂管技術一般采用定向鉆施工，在施工過程中既要避開淺層的地下管線及其設施，又要繞開已有的地下構筑物，始終保持一定的安全距離施工，因此埋深普遍較深，通常都選擇在地面以下 3 m～6 m，最深處可以達到 10 m以上。

(5)管線距離比較長，管線敷設距離有 10 m、 30 m、 50 m、 100 m至 300 m不等。

非開挖管線施工工藝的上述特點導致常規地下管線探測手段不能精準探測，加大了摸排地下管線平面位置尤其是深度的測定難度[3]。為了提高探測非開挖管道施工工藝埋設管線的平面及埋深精度，本文主要研究基于導向儀探測法對市政道路上非開挖敷設的地下管線進行精確探測的方法。

3 導向儀組成及其工作原理

(1)導向儀組成

導向儀由顯示器、接收機、傳感器(探棒)、電池等部分組成(圖1)。

圖1 導向儀的組成

(2)工作原理

導向儀可以解決有空孔且未堵塞的非金屬管線的空間定位問題。將帶信號源的防水探棒(磁偶極子)置于所需探測的管道內[4]，在其周圍空間產生一次交變磁場，由地面上的接收機接收探棒產生的磁場水平分量，進而確定待測管道的空間位置。

(3)導向儀的探測條件

對套管及排管敷設的深埋線性類管線要有預留孔；對拉管施工的管線需挖出拉管部分的一側端點，保證管內沒有異物，導向儀探棒能順利通過[6]。

4 導向儀探測法工作步驟

(1)探測準備工作

為了保障探測成果的準確性，探測前應先對導向儀進行校準和檢查。首先選擇探測條件干擾少的場地作為校準場地，對接收器和傳感器(即探棒)進行單點校準。單點校準流程為：將接收機放在與傳感器平行的水平地面上，將卷尺拉至 3 m，傳感器放置卷尺一端，導向儀接收機開機調配至校驗模式，在卷尺 3 m處進行探測，直至零誤差。如誤差較大則需觀察校驗現場是否干擾較大并更換場地再做校驗。待校準完成后再進行定位檢查探測，一般將接收器平行放在距傳感器已知距離處，導向儀探測實際距離，當探測出的實際距離與已知距離相符后可開展施測工作。

(2)導向儀探測

利用校準合格的導向儀進行探測，首先打開檢修井蓋(窨井蓋)，確定好初始位置，將傳感器(探棒)和穿線器的一端掛接，并使傳感器(探棒)處于工作狀態，把帶有傳感器(探棒)和穿線器插入空孔中如圖2所示。通過穿線器軟桿逐步推進傳感器(探棒)使探棒依次前行。

圖2 傳感器(探棒)穿越示意圖

為使地面標志點位置和方向與地下管線的位置和走向更接近真實，利用接收器逐點探查傳感器(探棒)所經過的位置，實現對非開挖敷設的管道連續追蹤定位并在地面上做好標志，從而獲得非開挖管線的實際穿越軌跡和埋深，設定地面標志點一般距離為 9 m～15 m。

(3)管線點測量

管線點測量內容包括管線點的平面坐標和高程，使用GNSS或全站儀直接測量或導線串測法測量[7]，并直接記錄采集數據。在測量過程中，所有管線點均是全野外數字采集，隱蔽點點位以物探人員所設點位中心為準[5]。

5 工程應用案例

上海某市政工程項目，要求探明市政道路上所有管線空間位置。根據踏勘發現姚家車路有一段非開挖頂管技術施工的通信管線，總孔數為8孔、占1孔，需要對該段通信類空管進行準確定位和定深。本次采用獵鷹F1導向儀和地下管線探測儀(PL960)進行對比探測，同時對部分隱蔽點進行開挖驗證。

導向儀探測工作流程主要包括前期準備工作、控制測量、導向儀探測、管線點測量、數據處理與圖形編輯、報告輸出等工作。其主要工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程

圖4 管線平面位置示意圖

本次探測管類為通信類信息管線，管線長度為 110 m管徑規格200×100，總孔數8孔，占1孔，材質PE。其中，21XX4和21XX11兩點分別為檢修井。探測成果如圖4所示。

根據圖4管線平面示意圖可得出：兩種儀器探測管線平面位置近似，與其現場開挖點位置一致，說明兩種設備探測的平面位置都符合實地。

兩種探測方法在探測非開挖敷設管線的平面位置的準確性上均有較好的效果，但其對管線埋深的探測效果存在巨大差異，如表1所示。

不同手段測得管線點的埋深情況 表1

續表1

(1)導向儀探測情況

導向儀從21XX11號點進入，至21XX4號點出，點間距約為 12 m，共測得6個隱蔽點，隱蔽點的平均埋深為 3.2 m，隱蔽點埋深走向呈拋物弧線狀如圖5所示。

圖5 埋深對比圖

(2)探測儀探測情況

探測儀共探查管線點8個其中2個明顯點，6個隱蔽點，點間距約為 15 m，隱蔽點的平均埋深為 2.55 m。

(3)開挖驗證情況

開挖點一個點號為21XX8，埋深為3.45 m，其分別與導向儀探測埋深 3.35 m相差 0.10 m、與探測儀探測埋深 2.54 m相差 0.81 m。

根據兩種儀器所測得的6個點軌跡進行比對，導向儀的埋深都在 3 m以上，探測儀探測的埋深在 2.5 m左右，根據現場開挖點埋深數據驗證，說明導向儀探測隱蔽點的埋深數據近似真實埋深。

6 結 語

鑒于非開挖方式敷設的地下管線施工特點，常規物探手段即電磁感應法的地下管線探測儀無法有效探測其埋設深度，探測精度和效果不佳。通過導向儀、管線儀的探測結果與開挖驗證數據進行對比發現：在非開挖方式敷設的地下管線探測中，導向儀探測與常規的管線探測儀的平面定位精度近似；導向儀探測的定深精度高于常規的管線探測儀，因此導向儀可以解決線纜類非開挖方式敷設的深埋地下管線探測不準確的問題。