城市綜合地下管線探測的方法應(yīng)用及信息系統(tǒng)建設(shè)

摘 要：隨著科技的日新月異與社會的持續(xù)進步，中國的城市市政管網(wǎng)體系正逐步構(gòu)建并趨向完善，其中，地下管線作為關(guān)鍵的市政基礎(chǔ)設(shè)施，亦在迅速優(yōu)化與升級。受歷史與現(xiàn)實多重因素影響，以往埋設(shè)的地下管線缺乏詳盡資料與數(shù)據(jù)，致使當前城市規(guī)劃、管理等工作面臨數(shù)據(jù)缺失的困境，挑戰(zhàn)重重。近年來頻發(fā)的管線安全事故，正是這一問題的直接體現(xiàn)。因此，明確地下管線的埋設(shè)位置，并建立信息化系統(tǒng)很有必要。有效管理地下管線并實施科學探測，可為城市建設(shè)與發(fā)展帶來顯著的經(jīng)濟效益；探討城市地下管線探測方法的應(yīng)用及信息系統(tǒng)建設(shè)策略，將為城市的穩(wěn)健、快速發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：綜合地下管線；探測方法應(yīng)用；信息系統(tǒng)建設(shè)文章編號：2095-4085（2025）02-0223-03

0 引言

地下城市管線探測是指利用多種探測手段，對各類管線的類型、材料、埋深、走向等進行綜合分析的一種技術(shù)。對地下管線進行探測，首先要確定其所在地區(qū)的范圍，其中既有市政公用管線，也有住宅小區(qū)等特殊工程。城市地下管線探測在客觀上屬于比較寬泛的范疇，但探測技術(shù)等較為明確，且隨服務(wù)部門的變化而變化［1］。在現(xiàn)代城市建設(shè)中，城市地下管線的設(shè)計和規(guī)劃已成為當今社會不可缺少的部分，也是業(yè)界共同關(guān)注的課題。

1 管線探測基本流程

接收任務(wù)→編寫技術(shù)設(shè)計書→現(xiàn)場技術(shù)交底→儀器方法及適應(yīng)性試驗→外業(yè)調(diào)查→探測草圖→管線探測→探查信息錄入→探測質(zhì)量檢驗→管線點測量→數(shù)據(jù)處理→管線成果編繪→檢查、修改、整飾→審核驗收→成果提交。

2 探測方法及應(yīng)用

目前地下管線探測的方法及優(yōu)劣勢主要有以下幾點。（1）電磁感應(yīng)法。該方法在金屬管探測上具有明顯優(yōu)勢，但極易受到磁場干擾。（2）聲探測法。該方法主要能夠探測出管道是否連接完整，但其具有距離限制性，只能在規(guī)定距離范圍內(nèi)有效。（3）地質(zhì)雷達法。該方法能夠有效探測出管道是否存在，但極易受到地下介質(zhì)干擾，且無法實現(xiàn)追蹤探測。經(jīng)實踐經(jīng)驗可知，當以上方法單獨使用時，各種方法的劣勢明顯，無法實現(xiàn)地下管線的有效探測。因此，在實際探測中，需要將多種方法綜合使用［2］。

2.1 金屬管道的探查

2.1.1 電磁感應(yīng)法

該方法適用于大口徑、點數(shù)少的金屬管線探測。其工作原理為：測量好目標管線的大致方位后，將探測器放置在與目標管線走向平行的位置，打開電源，讓探測器發(fā)射的信號在被測物體的管線上產(chǎn)生感應(yīng)，并在其附近形成磁場；接著，操作者手持接收器，沿著與管線垂直的方向進行探測，通過觀察接收器上的磁場強度來判定管道的位置，可采用電感式、夾鉗式和直接式三種方式來跟蹤管道。對于電阻較高或電導率略低的管線，應(yīng)選擇高頻信號探測儀，例如RD8000探測器可以選擇33kHz。在管道并行數(shù)多、需要進行長距離檢測的情況下，可選用低頻信號探測儀。

在項目實施過程中，以電信通信檢查井為實例，首要步驟是詳盡采集井內(nèi)材質(zhì)、規(guī)格尺寸及深度等關(guān)鍵信息，并對現(xiàn)場附屬物用油漆進行號碼編寫，做好中心位置標志，以方便后續(xù)測量采集。數(shù)據(jù)采集完成后，以此井為儀器放置點，采用夾鉗法對下一探測點進行沿線探查，探測至另外明顯附屬物為止。沿線探測中，管線轉(zhuǎn)彎需定轉(zhuǎn)折點，超長中間應(yīng)加設(shè)一般管線點，位置采用儀器谷峰定位、70％信號衰減定深，正反探測須保證位置深度準確［3］。

2.1.2 直接法（充電法）

直接探測方法適用于有外露部位，如：消火栓、閥門、水泵等。在探測過程中，發(fā)射電纜必須連接到要探測的目標管道暴露點，并要確保在電性接觸和接地條件良好的環(huán)境中，促使被測管道在帶電狀態(tài)下逐步產(chǎn)生磁場；測試人員手持接收器，在與發(fā)射器同頻的條件下，沿管道行進方向左右搜索，并通過觀察接收機上的磁場強度，對被測管線的位置進行判定和追蹤。

在項目實施中，熱水管作為雙管管線需雙管單獨進行追查，直至探測至下個明顯附屬物為止。沿線探測中，管線轉(zhuǎn)彎需定彎頭、超長需中間加設(shè)一般管線點，位置采用儀器谷峰定位、70％信號衰減定深，正反探測保證位置深度準確。

2.1.3 電磁波法

當一個頻率的電磁場從地面發(fā)出時（稱為一次場），在該電場的作用下，地下的金屬導線將感應(yīng)到與之相同的電流，并通過對地面上的該電流磁場（簡稱二次場）進行測量，可以準確判斷出金屬導線的具體位置。

2.1.4 長導線法

當上述幾種方法都無法奏效時，可以使用該方法。這種方法需要在被測管道中布設(shè)兩個以上的暴露點，并且可以布設(shè)更多的測線，其檢測模式類似于直接法，適用于管道探測中信號較弱的情況。

2.2 非金屬管道的探查

2.2.1 主動聲源法

該方法是以聲波探測為基礎(chǔ)，分為收發(fā)兩個部分。發(fā)送部件的聲頻驅(qū)動裝置通過一個轉(zhuǎn)接頭與燃氣維修井的排氣閥孔相連，將一種特殊的合成頻率聲頻信號施加到燃氣管路中，聲波信號使管內(nèi)氣體發(fā)生諧振，并向遠處傳輸，在傳輸過程中，部分聲波能傳遞到地下。在地面上，一名技術(shù)員用一臺手持式接收器，接收回應(yīng)波，并通過接收器聲波信號的強度和數(shù)值的高低來確定該氣體管線的平面位置。主動聲源探測方法在非金屬天然氣管線探測中非常有效，但是在復雜的城區(qū)中，要盡可能地選擇在環(huán)境干擾較少的時段進行。該探測方法是在常規(guī)的管線泄漏探測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)，可以對自來水和燃氣管線進行跟蹤，能夠解決電力電纜的故障問題。該方法能夠較好地滿足各種探測目的和設(shè)計需求［4］。

2.2.2 地質(zhì)雷達深測法

該方法主要是利用探地雷達產(chǎn)生的電磁波，來探測被測地區(qū)地下構(gòu)造的電導率，不同物質(zhì)所產(chǎn)生的電導率數(shù)據(jù)有差異，因此，可根據(jù)此數(shù)據(jù)的差別，實現(xiàn)對地下管線的識別。雷達波的特性表現(xiàn)為：高頻情況下分辨率高，高衰減情況下探測深度低；反之，隨著頻率的降低，分辨率也會隨之降低，低衰減情況下探測深度大。影響地質(zhì)雷達探測的具體因素有以下幾點。（1）管線材料和周邊回填材料的影響。由于不同物質(zhì)的導電性能各異，導電性越好，其電導率之間的差異越顯著，相應(yīng)地，在雷達探測中的反映也就越為明顯。周圍回填材料中含水量越高，將對雷達信號的識別造成不利影響；針對雷達波的頻率特性，為達到探測深度或分辨能力的需要，應(yīng)選用適當?shù)奶炀€頻率。（2）雷達探測法的使用，不需要地面有目標探測管線的相關(guān)暴露點，探測時也只能做表面探測，而不能實現(xiàn)對管線的跟蹤探測。若要在特定區(qū)域內(nèi)進行探測，需在區(qū)域內(nèi)布置網(wǎng)格狀探測布局，且探測要求越高，網(wǎng)格的密度亦需相應(yīng)增大。在探測過程中必須對地下管線的情況有較好地認識，地質(zhì)雷達只能測定管線的深度及方位，而不能測定管線的種類。

探測非金屬管道是一項技術(shù)挑戰(zhàn)，該方法運用脈沖雷達，不斷向地下發(fā)送微秒級的短脈沖視頻信號。隨后，管道壁反射回的電磁脈沖信號便是需要接收的信號信息。最終，通過解析與識別所得圖像及信號信息，即可精準定位管道的位置及其埋設(shè)深度。

在項目實施中，探測塑料燃氣管線時，有明顯的擾動波形，但看不出有明顯管線影像。開挖驗證并深入至0.4m深處后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域土壤相較于外圍更為疏松，且空隙顯著增多。對于已挖掘但未實施壓實處理的管線區(qū)域，在進行雷達剖面分析時，誤差風險較高。但若能依據(jù)坑內(nèi)回填土與周邊土壤性質(zhì)的差異，初步推測管線的大致方位，并輔以釬探等手段，即可較為準確地判定管線的埋設(shè)深度。

在對燃氣管線進行探測時，發(fā)現(xiàn)其周邊有電力溝，此處可以看到電力溝所引起的異常現(xiàn)象。在此情境下，雷達檢測到的強異常將不能滿足鄰近管道探測的需要。因此，在啟動雷達探測作業(yè)之前，務(wù)必全面了解管道周邊的環(huán)境狀況及管線的具體布局。特別是要留意那些可能對探測產(chǎn)生強烈干擾的管線，以免在分析圖像及相關(guān)信息的過程中，引發(fā)誤判或?qū)е绿綔y結(jié)果出現(xiàn)偏差。

在實際應(yīng)用過程中，雷達斷面圖中可能會遭遇諸如巨石等異常物體的干擾，這些物體往往會妨礙斷面分析的準確性。一旦遇到這種情況，為確保分析結(jié)果的可靠性，需要重新規(guī)劃雷達斷面的布設(shè)，從而有效排除異常物體對目標探測造成的干擾。

2.2.3 地震波法

在對地下管線進行地震探測時，必須先確定其大概的范圍，然后，利用人工錘擊法在一定距離內(nèi)激發(fā)出一種地震波，通過地震波的傳送，來探測管線信息。在城區(qū)復雜的環(huán)境下，地震波可以用于對非金屬材料的管線進行探測，如塑料、聚乙烯、鋼筋混凝土、聚氯乙烯等；還可以用于金屬材料，如鑄鐵管、鋼管等管線的探測。尤其針對城市中的硬質(zhì)路面，該方法能更有效地運用彈性波的激勵特性，精確獲取地下管線的埋深與位置信息，通過分析相位、幅值及頻率的變化，準確鎖定管線具體位置。

2.2.4 主要特征點的探查方法

2.2.4.1 拐點

通常情況下，定位采用的是直線延伸法。其主要采用接收機對管線進行連續(xù)跟蹤，當?shù)竭_拐點時，信號的響應(yīng)會快速減弱，當達到最弱時，標記該位置，并以此為原點，以兩個步長為半徑，進行環(huán)狀檢測，直到出現(xiàn)新響應(yīng)，才能確定管線的新方向。通過這樣的方法能夠判斷出拐點的大致位置。然后，在拐點兩側(cè)的直線上，通過至少三個點的定點確定出具體的直線走線，并據(jù)此開展連續(xù)追蹤，這兩條直線的交點即為拐點的準確位置。

2.2.4.2 變坡點

隨著管線達到變坡處，埋深發(fā)生較大變化，其接收到的信號強度也將發(fā)生較大變化。在這種情況下，需要通過增加或減小傳感器的靈敏度，逐一檢查管道的埋設(shè)深度，以此來判斷管道變坡點的具體位置。

2.2.4.3 三通和四通

若要探測出三通和四通的具體位置，需要利用感應(yīng)或者充電的方法，在管道運行方向上，進行縱向探測。如果探測到前方左右兩側(cè)任意一側(cè)有信號，并干擾了直線探測，便將其定位；然后，沿管線作環(huán)狀搜尋，直到找出第二個波峰，若與此線信號一致，則可判定此點為三通或四通之連接點。

2.2.4.4 變徑點

管徑的變化與管壁的不規(guī)則寬度及其形狀有較大關(guān)系。管徑愈小，寬度的異常值愈小，異常峰愈尖；相反，隨著寬度異常值的增大，峰值的大小也隨之減小。根據(jù)這一特點，應(yīng)用加密平移法，可以得到變徑點的具體位置。

2.3 資料調(diào)繪技術(shù)

數(shù)據(jù)調(diào)圖是以權(quán)屬單位數(shù)據(jù)和圖檔為基礎(chǔ)，解析管線關(guān)鍵信息的一種技術(shù)。這種方法能夠在啟動之前，獲得大量的有關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的問題進行分析和整理，從而解決數(shù)據(jù)不精確和不完整的問題。在某些特定的條件下，必須要與現(xiàn)場探測相結(jié)合，才能起到查缺補漏的作用，這樣才能滿足各種系統(tǒng)的建設(shè)目標和發(fā)展需求。

3 探測的信息系統(tǒng)建設(shè)

3.1 基本原則

為進一步提高該系統(tǒng)的建設(shè)水平，保證其生命力，確保其在全生命周期中能夠發(fā)揮效能。系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循如下幾個原則。（1）完整性。在建設(shè)城市地下管線信息系統(tǒng)時，要從規(guī)劃的整體性出發(fā)，對其內(nèi)容進行合理地安排。（2）可靠性。在建設(shè)城市地下管線信息系統(tǒng)時，必須保證城市運行的穩(wěn)定。在進行地下管線管理時，必須要有健全的信息系統(tǒng)，才能達到服務(wù)的標準和建設(shè)要求。（3）先進性。通過提高總體管理水平，引進先進的科技、管理經(jīng)驗、先進技術(shù)，來提高我國城市地下管線信息化水平。（4）安全。必須確保運行過程的安全性，且唯有在獲得用戶明確授權(quán)后方可啟動，以此增強運行的穩(wěn)定性。（5）更新的動態(tài)性。城市地下管線信息化建設(shè)的優(yōu)點是能夠根據(jù)各種管線的特點，及時調(diào)整資料，使之能適應(yīng)各種管線的設(shè)計和優(yōu)化。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）資料錄入子系統(tǒng)。便捷高效的資料查詢與服務(wù)統(tǒng)計功能，可滿足管線與地形資料的輕松瀏覽、精準資訊定位、深入管線分析及系統(tǒng)構(gòu)建需求。（2）對地圖的管理。地圖管理子系統(tǒng)包含了地圖繪制、地圖編輯、符號庫管理、數(shù)據(jù)輸入/輸出以及系統(tǒng)轉(zhuǎn)化等一系列的功能。（3）管網(wǎng)管理系統(tǒng)。管線信息的查詢與編輯、專題圖的制作、歷史資料的制作等。（4）管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。實時監(jiān)控可實時展示接入的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控；預(yù)警看板能集中呈現(xiàn)當前各類管線、井蓋的告警信息；方案管理可維護管線事故的報警方案，指導運維人員及時處置；信息發(fā)布能按照事故處理響應(yīng)預(yù)案，對相關(guān)系統(tǒng)、人員及時發(fā)布通知；統(tǒng)計分析可對歷史預(yù)警、處置信息進行統(tǒng)計分析，并以圖表方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，為順應(yīng)城市迅猛發(fā)展的態(tài)勢，需將城市道路拓寬與地面整修工作統(tǒng)籌納入規(guī)劃之中。其中，地下管線信息化建設(shè)有著無可替代的作用，它能在控制成本的前提下，達成臨時保護與綜合利用的目標，并提升技術(shù)適配性。面對當前綜合地下管線的復雜狀況，為顯著提升探測精確度，務(wù)必大力推進數(shù)據(jù)調(diào)繪、探地雷達、地震波成像等多元技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，逐步構(gòu)筑起更為優(yōu)化的發(fā)展模式，為城市穩(wěn)健、快速發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

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