管線探測(cè)儀結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在城市地下管線測(cè)量中的應(yīng)用

唐麗新

廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，中國(guó)·廣西 桂林 541000

1 引言

基于管線探測(cè)儀自身工作特點(diǎn)，工作時(shí)電磁信號(hào)只能在金屬類(lèi)管線上有顯著的探測(cè)反射接收作用，對(duì)于非金屬管線因其存在導(dǎo)電性弱等局限性，其效果并不顯著，且從測(cè)量結(jié)果上反映出的誤差較大。目前使用的地質(zhì)雷達(dá)大多使用脈沖調(diào)幅電磁波，發(fā)射接收裝置采用半波偶極天線，雷達(dá)脈沖波的中心頻率為數(shù)十至數(shù)百兆赫甚至千兆赫。寬頻帶高頻短脈沖電磁波通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射，由于地下不同的介質(zhì)具有不同的物理特性，對(duì)電磁波具有不同的波阻抗，能夠從反射中推斷出地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

2 工作原理

管線探測(cè)儀的工作原理：由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁信號(hào)，針對(duì)通過(guò)不同的發(fā)射連接方式將信號(hào)傳送到地下隱蔽被測(cè)管線上，地下管線感應(yīng)到電磁信號(hào)后，在電纜上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著管線向遠(yuǎn)處傳播，在電流的傳播過(guò)程中，通過(guò)該地下管線向地面輻射出電磁波，這樣當(dāng)管線探測(cè)儀接收機(jī)在地面探測(cè)時(shí)，則會(huì)接收到電磁信號(hào)，通過(guò)接收到的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判別管線的走向、位置和是否故障。

地質(zhì)雷達(dá)工作原理：地質(zhì)雷達(dá)工作是利用脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，連續(xù)向地下發(fā)射寬度為幾毫微秒的高強(qiáng)度視頻脈沖，然后接收從管壁反射回來(lái)的電磁波脈沖信號(hào)，通過(guò)利用波譜對(duì)掃描圖像信號(hào)強(qiáng)弱進(jìn)行分析，從而識(shí)別確定管線的位置和埋深。地質(zhì)雷達(dá)工作時(shí)可以較顯著地探測(cè)地下的非金屬管線，一般在傳統(tǒng)的常規(guī)方法利用管線探測(cè)儀無(wú)法探測(cè)的情況下采用，尤其對(duì)于口徑較、管道壁有鋼筋網(wǎng)的非金屬管線常用，如排水管道等，對(duì)于快速區(qū)分和驗(yàn)證管線有顯著的作用。

3 隱蔽管線的測(cè)量方法

通過(guò)分析一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的管線種類(lèi)和分布情況，將管線分為金屬管線和非金屬管線兩類(lèi)，利用管線探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá)兩者結(jié)合在測(cè)量工作中的應(yīng)用即可測(cè)量并精確定位測(cè)區(qū)內(nèi)所有隱蔽管線的探測(cè)方法。

3.1 隱蔽的給水管線、球墨鑄鐵材質(zhì)構(gòu)成的排水（污水）管線、燃?xì)夤芫€、碳素鋼質(zhì)油管管線探測(cè)方法

3.1.1 直連法

由于上述幾類(lèi)管線較為常見(jiàn)且均屬于金屬類(lèi)管線，利用其具有良好的導(dǎo)電性特性，異常值較容易在背景值中分析出來(lái)，故設(shè)計(jì)使用直連法進(jìn)行探測(cè)[1]。直連法時(shí)將管線探測(cè)儀發(fā)射機(jī)一端與調(diào)查的金屬管線連接，另一端可以與大地相連或者與探測(cè)管線另一端接觸，利用發(fā)射機(jī)將源信號(hào)施加到金屬管線上，沿著金屬管線通過(guò)并形成交變電磁場(chǎng)，從而達(dá)到探測(cè)金屬管線的目的，此方法的局限性在于金屬管線必須有出露點(diǎn)，對(duì)于球墨鑄鐵排水管線因其不純屬于金屬材質(zhì)，需要適當(dāng)加大發(fā)射信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。

3.1.2 磁偶極感應(yīng)法

利用發(fā)射線圈發(fā)射信號(hào)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，使得傳至金屬管線感應(yīng)后金屬管線能夠產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)，通過(guò)探測(cè)二次電磁場(chǎng)完成對(duì)金屬管線的定位、定深和金屬管線走向的追蹤。該方法測(cè)量時(shí)，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)均不需要接地，操作靈活、方便，較直連法效率更高。

3.2 隱蔽地下非金屬管線、塑料雨水管線、排水管線、排水砼管、排水塑膠管的探測(cè)方法

3.2.1 示蹤法

通過(guò)在非金屬管道中放入發(fā)射電磁信號(hào)的示蹤探頭，探測(cè)過(guò)程中通過(guò)不斷改變示蹤探頭在管線中的位置，并在地面上設(shè)置追蹤信號(hào)源，完成對(duì)非金屬管線的探測(cè)，此法探測(cè)非金屬管線須找到放入示蹤探頭的出入口才可以進(jìn)行非金屬管線的探測(cè)工作，而對(duì)于一些現(xiàn)場(chǎng)條件局限的地區(qū)，施展起來(lái)極為困難，工作量大且此法對(duì)于管線的定位、埋深探測(cè)精度較差。

3.2.2 地質(zhì)雷達(dá)分析法

由于該類(lèi)管線在材質(zhì)上與金屬管線材質(zhì)存在差異，并不具備導(dǎo)電的特性，所以在此類(lèi)管線探測(cè)上單純應(yīng)用傳統(tǒng)的管線探測(cè)儀短期完成該工作。需采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)工作[1]，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)向地下發(fā)射脈沖，然后通過(guò)接收管線管壁反射回來(lái)的電磁波脈沖信號(hào)，并對(duì)掃描圖像進(jìn)行波譜圖像分析，進(jìn)而確定管線的位置及埋深，此方法可以探查地下非金屬管線。

3.3 地下隱蔽路燈線、輸電線等電力電纜、通訊（中國(guó)電信、聯(lián)合通訊）管線的探測(cè)方法

夾鉗法：由于該類(lèi)管線具有導(dǎo)電性，且相對(duì)于排水管線管徑較小，利用地下管線探測(cè)儀配備的夾鉗，夾套在管線上，夾鉗內(nèi)的磁芯將所探測(cè)管線夾在中間，此做法可以使得感應(yīng)線圈將信號(hào)傳輸?shù)竭@類(lèi)金屬管線上，產(chǎn)生感應(yīng)電流完成對(duì)這類(lèi)管線的探測(cè)工作。夾鉗法信號(hào)強(qiáng)，定位及定深精度高，廣泛運(yùn)用于上述管線的探測(cè)工作[2]。

上述所述感應(yīng)法、直連法也同樣適用于測(cè)區(qū)內(nèi)電力、通訊管線的探測(cè)。

3.4 管線測(cè)量中疑難管線點(diǎn)的探測(cè)方法

對(duì)于施測(cè)地內(nèi)由于部分地段地形起伏變化比較大，地下管線鋪設(shè)密集、交叉無(wú)序及路面上交通及電力線等各種因素的干擾，使得管線探測(cè)儀在探測(cè)過(guò)程中的信號(hào)并不穩(wěn)定，在分析管線定位時(shí)背景值難以清晰地分辨出來(lái)，我們稱(chēng)此為疑難管線點(diǎn)。對(duì)于這類(lèi)管線點(diǎn)我們首先利用管線探查調(diào)繪圖進(jìn)行仔細(xì)分析，通過(guò)研究管線探查調(diào)繪圖同時(shí)向管線鋪設(shè)施工方進(jìn)行咨詢(xún)鑒定，摸清楚其相應(yīng)的連接關(guān)系及走向再利用管線探測(cè)儀進(jìn)行初始探測(cè)，針對(duì)這類(lèi)管線探測(cè)過(guò)程中可以采用多臺(tái)儀器進(jìn)行同時(shí)探查，從多臺(tái)儀器的探測(cè)結(jié)果中尋找分析出可靠的異常值，再采取地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果驗(yàn)證，兩者結(jié)合進(jìn)而確定地下管線的準(zhǔn)確位置、埋深情況。

3.5 地下隱蔽管線水平定位及埋深測(cè)量方法

3.5.1 水平定位

利用管線探測(cè)儀進(jìn)行地下管線探測(cè)時(shí)，先沿著管線鋪設(shè)走向進(jìn)行地下管線的追蹤，在探測(cè)距離不超過(guò)75m 處設(shè)定管線點(diǎn)，通過(guò)相鄰管線點(diǎn)的正反向讀數(shù)完成管線點(diǎn)的平面位置定位。設(shè)定時(shí)，如果兩次讀數(shù)差值小于3cm 則取兩次讀數(shù)的平均值作為最終值確定管線的平面位置，如果正反兩次讀數(shù)差超限則重復(fù)本次探測(cè)工作。

3.5.2 確定深度

采用管線探測(cè)儀70%衰減法和直讀法對(duì)于隱蔽管線點(diǎn)在地面的投影上進(jìn)行正反兩次讀數(shù)，若兩次讀數(shù)差在3cm內(nèi)則取正反兩次讀數(shù)的平均值用以確定其深度，若兩次讀數(shù)差值大于3cm 則重復(fù)該點(diǎn)的深度探測(cè)。

通過(guò)上述方法利用管線探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)確定了地下隱蔽管線的材質(zhì)、走向、水平定位、埋深等空間信息，進(jìn)而設(shè)置相應(yīng)的管線點(diǎn)標(biāo)志，保證了后續(xù)管線點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量的精確度。

3.6 探測(cè)管線點(diǎn)的精度審核

在隱蔽管線點(diǎn)的探測(cè)工作完成后，要求取整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)管線點(diǎn)成果的5%進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)行管線點(diǎn)精度評(píng)定，抽取測(cè)區(qū)內(nèi)1%（不少于三個(gè)）的隱蔽管線點(diǎn)開(kāi)挖進(jìn)行驗(yàn)證工作成果。精度檢查按照下列公式進(jìn)行驗(yàn)證：

式中，ΔSci、Δhci為重復(fù)觀測(cè)管線點(diǎn)的平面位置較差和高程較差，cm；cn為復(fù)測(cè)點(diǎn)數(shù)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)管線探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá)在地下管線測(cè)量中的應(yīng)用，針對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)所有隱蔽管線、疑難管線測(cè)量采取切實(shí)、恰當(dāng)?shù)氖y(cè)方法，較傳統(tǒng)的管線測(cè)量及開(kāi)挖測(cè)量技術(shù)在工作效率上有了本質(zhì)性的飛躍，在地理環(huán)境復(fù)雜條件苛刻局限性較大的情況下，仍能夠利用管線探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行管線測(cè)量，通過(guò)二者利用多種方法探測(cè)地下隱蔽管線精確的材質(zhì)、水平定位、埋深等屬性，從而能保證管線點(diǎn)的設(shè)定精度更高，在對(duì)管線測(cè)量的過(guò)程中能夠通過(guò)測(cè)量設(shè)定的管線點(diǎn)準(zhǔn)確的捕捉地下管線的鋪設(shè)情況及各種空間信息，這在一定程度上減少了管線測(cè)量的工作量，也為后續(xù)的數(shù)據(jù)入庫(kù)及城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)提供了保障，時(shí)刻掌握地下管線的動(dòng)態(tài)情況對(duì)于一座城市中的能量輸送、信息傳遞、廢物排泄起著不可或缺的作用。