復雜條件下城市地下管線探測技術分析

劉華雄

（湖南省水文地質環境地質調查監測所，湖南 株洲 412007）

0 引言

一般來說，城市地下管線探測是在施工開始之前進行的，主要目的是為了查明施工現場地下是否存在正在運行的管線，并針對其位置、走向以及排序規格進行分析，進而避免在施工過程中對管線產生破壞。相關施工單位應提高對管線探測技術的重視程度，確保探測精度，實現工程建設領域的快速發展。

1 城市地下管線探測技術的應用價值

在現階段的城市建設工程當中，地下管線探測技術主要具備兩個方面的應用價值：①保障城市市政基礎設施的穩定運行。在當前城市的發展過程當中，給排水、燃氣、熱力、工業、電力等各類市政部門的運轉都依賴著地下管線的輸送工作，因此實現對地下管線的精確定位，并在施工過程當中予以有效規避，是保障市政設施安全穩定運轉的前提和基礎。②為城市建設規劃提供進一步參考。由于城市地下空間有限，因此如何將各城市保障部門所轄管線進行更加高效嚴密的規劃是提升城市規劃建設水平的重要挑戰。相關單位應合理利用地下管線探測技術，對城市內部管線網絡進行有效監控，進而使管線整體建設更加科學，使城市規劃工作不斷進步。

2 常見的城市地下管線探測技術類型

2.1 近距離并行管線探測技術

2.1.1 直接探測法

在現階段的地下管線類型中，金屬管線占據了較大比例。因此運用電磁反應原理將地下管線與電磁場相連，并分析電磁場所發出的信號，明確掌握地下管線信息，這是最常見的探測手段之一[1]。其中，直接探測法，又稱為直連法或交流充電法，需要探測人員將電磁波信號直接發射到地下管線當中，按照電磁發射器與地下管線的連接方式進行劃分，主要有單端連接和雙端連接等兩種方式。在直接探測法中，地下管線周圍形成的電磁場均為一次場，管線中傳輸的電流均為一次場電流，因此通過管線電流在周邊環境空間中產生的交變磁場，能夠有效探測管線的基本信息，從而對管線的分布情況、排列方式以及實際走向和位置做到精準排查，為規劃建設方案的確定以及后期施工奠定堅實的基礎。直接探測法在實踐中能夠得出探測結果，其探測精度較高，但在使用過程當中容易受到管線類型、是否存在地上露點、是否存在接地條件等因素的影響。

2.1.2 夾鉗探測法

夾鉗探測法相較于直接探測法而言，其探測方式更加簡潔。探測人員可將儀器設備發出的電信號輸送至夾鉗當中，并將夾鉗與被測目標管線相連接，使夾鉗、管線以及地下介質之間形成初級線圈與次級線圈之間的關系，發射機的電信號在夾鉗當中形成一次場信號，并在穿過管線時形成二次場，探測人員通過對二次電流的分布范圍、分布方向以及位置進行探測，從而使探測結果更加精準[2]。夾鉗探測法主要適用于存在地上露點的金屬管線或電纜，可在直接探測法無法正常使用的情況下進行探測，受管線周邊環境影響較小。需要注意的是，由于夾鉗法需要對電纜線路施加信號，因此可能會存在一定的安全風險，應杜絕在沒有絕緣的帶電導體當中運用夾鉗探測。夾鉗探測法的注意事項如圖1所示。

圖1 夾鉗探測法的注意事項

2.1.3 感應探測法

感應探測法相較于直接探測法以及夾鉗探測法來說，對管線地上露點的依賴較為有限，因此應用范圍更廣。現階段常見的感應探測法主要有垂直磁偶極子法、水平磁偶極子法等。探測人員通過地上線圈供電從而建立起一次電磁場，地下金屬管線受一次電磁場的影響形成二次電流，并與周圍環境介質形成二次電磁場，對二次電磁場的范圍、走向和位置進行定位，從而能夠精準地判斷地下管線的基本信息，提升管線探測工作的有效性。由于感應探測法不需要對地下管線的地表露點進行處理，因此探測位置的選定較為靈活，但由于感應磁場對信號強度要求較高，因此不適用于管線間距較小的敷設和分布環境。

2.2 非金屬管線探測技術

2.2.1 雷達探測法

市政設施管網不僅包含了金屬管線類型，在給排水、燃氣輸送、電纜等管網中，PE（聚乙烯）材料以及PVC（聚氯乙烯）材料同樣具有極為廣泛的應用，這些材料絕緣性能較好，難以采用電磁感應方式進行管線探測，因此探地雷達就應運而出。探地雷達的主要原理是對絕緣材料管線與周圍環境介質之間形成的電性差異進行反饋，并通過電磁反射波的曲線波動實現對管線管徑的有效探測。通常情況下，雷達反射波曲線的波峰與波谷之間的差距越尖銳，證明地下管線的直徑越小，而波峰與波谷之間的差距越平緩，則證明地下管線的管徑越大[3]。探測人員可針對電磁波雷達觀測到的反射曲線頂點確定管線的中心位置，從而保證管線定位精度。在采用探地雷達對城市地下管線分布狀況進行分析時，需要配備信號發射與信號接收兩個電線，避免電磁波反射信號受到地下環境介質的影響。

2.2.2 移動信標探測法

移動信標探測法同樣也是地下非金屬管線探測的一項重要技術。探測人員通過穿孔器、電纜推進裝置或閉路電視（CCTV）管道爬行器（圖2）將信標植入到地下管線內部，并通過探測設備對信標發射出的信號進行接收和分析，從而對地下非金屬管線進行有效的定位和定深。但由于移動信標探測法的應用流程較為特殊，因此不適用于壓力管道、燃氣管道等管線類型，在城市管線地下探測工作當中具有一定的局限性。

圖2 管道爬行器

3 地下管線探測精度的影響因素

3.1 地下管線與介質材料

在地下管線探測活動中，地下管線的材料以及周邊環境介質的類型對定位探測工作的精確度具有十分重要的影響。由于不同類型管線與環境介質材料之間的介電常數存在差異，因此對發射機電磁波同樣也會產生差異化的影響。與此同時，不同類型介質所產生的電導率也同樣對電磁波的穿深產生一定影響。城市地下管線探測工程，常見的環境介質包括空氣、水、土壤、黏土、干砂、濕砂、混凝土、瀝青等不同類型，其中相對介電常數最低的介質是空氣，介電常數是1，最高的是濕砂，介電常數的25～30。探測人員可針對不同環境介質之間的介電常數進行分析，相對介電常數的差異越大，探地雷達顯現的電磁波信號圖像就會越清晰，同時也能夠更方便探測人員對復雜條件下的地下管線實現精準的定位定深[4]。

除此之外，受我國氣候、環境等因素的影響，南北方之間的潛水面高度也存在一定的差異，地下環境介質在接觸水源后，其原有對電磁波產生的吸收能力會陡然增強，因此在干燥地區或干燥環境當中使用探地雷達對地下管線參數與信息進行探測，其精確度更好。

3.2 管線周邊環境密度

地下管線埋設周邊環境的密度同樣也對探測活動的精準度產生影響。在現階段的城市市政地下管線埋設流程中，常常采取開掘、挖溝、回填、覆蓋等一系列的施工模式，這種施工模式會使原有的地質結構產生一定的變化，因此，回填土層與原有土層之間的相對介電常數、電導率以及電磁波的傳播速度和衰減系數也會產生變動。在很多市政管線的敷設工程中，沒有對回填土層進行徹底的清理和篩選，導致磚塊、瓦片等建筑垃圾回填到土層中，這些物質相較于普通土層來說，會影響各項探測參數，導致給探地雷達的探測活動帶來了嚴峻的挑戰。因此，探測人員在對復雜條件下城市地下管線進行探測之前，應當結合管線權屬單位提供的相關資料，利用逐次逼近或交匯的形式對其進行探查，有效剔除其他環境介質對探測工作精度產生的干擾，使探地雷達顯示的反射電磁波波形更加清晰，從而進一步強化管線探測效能，保障管線探測質量。

3.3 管線埋設及排列方式

在城市的發展建設過程中，由于地下空間存在一定程度上的限制，因此給管線規劃工作帶來了一定的難度。很多地區的管線采取了平行并列的埋設模式，各獨立管線之間的間距較小，會對地下管線探測工作產生嚴重影響。很多管線埋設區域會產生一定的互感效應，相互之間產生一定的干擾，影響探測人員對管線位置和深度的判斷，在對金屬管線采取感應法進行探測的過程中，這一現象更加普遍。因此地下管線探測人員應當了解管線埋設工程的基本信息，并選定合理的探測技術，制定出完善的地下管線探測方案，有效規避地下環境給探測活動帶來的干擾和影響，使最終的管線探測結果更加精準，工程建設質量得到進一步保障。

3.4 探測設備信號干擾

除了地下介質的影響外，地表地勢走向同樣也會對管線探測精度產生一定影響，由于在城市環境中，高層建筑、金屬構筑物的數量和密度較大，容易對探地雷達的探測電磁波形成干擾，使雷達最終獲取到的管線信息出現異常。因此，在利用探地雷達對復雜條件的城市地下管線進行測量和分析時，應當盡量確保探測場地的空曠平坦，進一步減少周邊環境對探測結果產生的影響，使管線定位更加精準。

4 實際案例分析

在某城市地鐵線路建設的過程當中，需要針對該地區地下管網線路進行細致探測和分析，從而有效避免施工過程當中對管線正常運行產生影響。相關技術人員選擇使用探地雷達對地下非金屬管線進行探測，根據電磁波反射曲線的頂點位置精準測定非金屬管線中心，并對其管徑、深度、走向等重要參數進行分析，使施工設計方案得到更清晰的信息參考。在探測過程當中，技術人員發現電磁波反射曲線存在一定的異常，為了有效提升地下管線探測的合理性，保障最終探測結果的精準度，技術人員針對管線探測導線網進行坐標確定，并繪制成圖像，結合探測現場的地勢走向以及周邊環境有效地優化和調整探測設備，從而使地下管線的位置測定更加精準。

此外，技術人員還綜合采用了夾鉗法與感應法實現了對地下金屬管線的有效探測，并明確地下不同類型的管線位置，保障地鐵建設安全，對促進城市建設的全面發展產生了積極影響。

5 結語

總而言之，在當前市政建設與發展過程當中，針對地下管線的位置和深度進行明確測定，對提高市政建設質量，保障城市正常運轉具有重要意義。相關市政部門應當針對當下常見的各類地下管線探測技術進行全面研究，并采取措施對其應用特性進行分析，從而有效提升探測技術的應用效果，避免發生安全事故。