非开挖拉管路径探测方法

王兴旺

摘 要：城市地下管线探测是城市基础设施建设中不可缺少的重要环节。文中首先对城市地下管线探测方法进行分类，然后介绍城市地下管线探测的定位和定深方法：谷值法和峰值法；直读法、特征点法和辅助测深法，以比较各种方法的优缺点。提出一种新型的拉管路径的解算方法，为绘制拉管敷设路径纵向剖面图提供了理论支持。

关键词：地下管线探测 定位 定深 拉管探测

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0030-03

Trenchless Drawn Tube Path Detection Method

Wang Xingwang

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research，Institute，Tianjin，300201，China）

Abstract：urban underground pipeline detection is an important and indispensable link in the construction of urban infrastructure. Firstly， Classifying urban underground pipeline detection method， and then introduces the urban underground pipeline detection method of positioning and depth： value and peak valley； Direct reading method， feature point method and auxiliary sounding method， to compare the advantages and disadvantages of various methods. Put forward a new type of tubing calculating method of the path to map drawn tube installation path longitudinal section provides the theoretical support.

Key Words：Underground Pipeline Detection；Positioning；Depth；Drawn Tube Detection

城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是现代化城市高质量，高效率运转的基本保证，被称为城市的“生命线”。[1]城市地下管线现状资料是城市规划设计、施工、建设和管理的重要基础资料。随着现代科技的高速发展，城市建设步伐日趋加快，城市建设、管理和发展的矛盾日益突出。管线作为城市建设的一个重要基础设施，具有信息传递、能源传输等功能，是城市赖以生存和发展的物质基础。

在地下管线探测实际工作中，由于地下管线施工场地管线探测是在非开挖施工前进行的，致使探测工作推进比较困难。首先是探测作业地点多处于城市繁华地段，车流量大、车速快，给探测者带来很大干扰；其次是市区主干道管线密集，各类管线错综复杂，感应信号交叉影响，目标管线信号变化大，无规律性，探测区域如有金属废弃物等，感应信号很强，容易掩盖了目标管线的微弱信号，给管线探测增加了难度；第三验证手段少，通常城市道路均已形成，未正式施工前，不具备开挖或钎探验证的条件。

1 地下管线探测的任务

地下管线探测的任务：查明现有地下管线（包括给给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道以及电力和电信电缆）的平面位置、埋深（高程）、走向、规格、性质、材质等，并编绘地下管线图。除上述任务外，还应查明每条管线敷设的年代与产权单位，其目的是为了保护已有地下管线，防止施工时造成对管线的破坏，万一造成破坏的及时联系管线所属单位修复，把损失降低到最小。因此，其探测范围应包括整个施工区域和可能受施工影响威胁地下管线安全的区域。

地下管线探测包含两个主要工作内容：一是地下管线特征点（起、终、转点、分支、变径、变坡点等）用物理方法进行探查，将地下特征点的平面位置标示到地表并探求特征点至地表的距离（即埋深），二是对标定在地表的地下特征点进行坐标和高程测量，同时调查管线的种类、管径、材质等管线属性，下面主要对管线物理探查和测量的精度进行分析。

2 地下管线探测方法

投入管线的探测方法有：频率域电磁法、探地雷达法、磁法声波法等。而根据施工环境和管线特点，频率域电磁法、探地雷达法应用较多，为施工主要探测方法。

2.1 被动源频率法

利用电力、无线电、阴极保护、和有线电视信号在金属管线中感应的电流所产生的一次或二次电磁场。探测这些频率，不需要发射机。是一种简便、快速的初查方法。

2.2 主动源直连法

直连法是将发射机直接连接到要探测的管线上。发射机将在管线上施加信号，此信号用接收机便可探测到。其特点是信号强，定位、定深精度高，且不易受邻近管线的干扰，应该尽量使用低频，因为低频信号可传输很长距离。

2.3 主动源感应法

感应法将发射机放置在要进行探测的区域的地面上。选择适当的频率，发射机将信号感应到附近的（任何）金属导体上。其特点是发射接收均不需接地，操作灵活方便，效率高、效果好。采用感应法时，建议使用高频，因为高频容易感应到导体上（见图1）。

2.4 探地雷达法

探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。endprint

3 地下管线定位方法

地下管线的定位方法，先了解探测仪器的工作原理，管线仪工作原理就是遵循电磁定律，以RD8000为例，接收机的电路板由图2所示，包括一个垂直线圈，两个水平线圈。

谷值法又称极小值法。是利用管线仪垂直线圈测量电磁场的磁通量，见图3（a）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的垂直分量为0，根据极小值点位来确定管线的平面位置。该方法的特点是：原理简单，仪器显示直观，定位灵敏度高，缺点是易受旁侧信号干扰影响，当测量的管线附近有其他同等或较强信号时，管线探测仪线圈接收其他的磁通量从而影响管线定位的正确性。该方法只适用于简单条件下，无邻近干扰或距离干扰物的信号极弱时，快速追踪管线走向。

峰值法又称极大值法。是利用管线仪水平线圈测量电磁场的磁通量，峰值法分为宽峰值法和窄峰值法两种。宽峰值法是只利用下水平线圈检测，见图3（b）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据宽峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是显示不如谷值法直观，管线正上方附近磁通量变化小，因而灵敏度较低。窄峰值法是利用上水平线圈和下水平线圈同时检测，见图3（c）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据窄峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是由于有上下两个线圈，且两线圈有一定是垂直距离，当管线仪在管线上方移动时，两个线圈的磁通量变化不一致，信号变化明显，灵敏度高且信噪比高，不易受附近信号干扰影响精度高，可用于复杂环境经常性探测。

4 地下管线定深方法

（1）直读法。管线仪利用上下两个水平线圈测量电磁场的梯度，而电磁场梯度与埋深有关，按下接收机测深按钮，在数字式表头直接读出地下管线的埋深。这种方法简便，在简单条件下有较高的精度。一般在管线密集等复杂条件下，直读测深的数据只能作为参考数据。

（2）特征点法。70%窄峰值法（见图4（a））：当目标管线的平走向大致确定后，精确定位，调节管线仪的增益键，将信号强度调节到合适值（最好距离信号满值一定量）并记住该值，分别向管线两侧移动接收机，当接收机的信号值显示为合适值的70%时，在地面作好标记，两个点的距离即为准确的管线中心到地面的深度。70%窄峰值法测深法用于复杂条件的精确测深。

80%法是宽峰值法和50%宽峰值法也是同样的原理（见图4（b）），两个点的距离分别为准确的管线中心到地面的深度和2倍准确的管线中心到地面的深度。

（3）辅助测深法。45°法（见图4（c））：极小值法精确管线定位，将接收机与地面成45°夹角进行垂直管线走向方向平移，当接收机上显示的磁场信号减至在目标管道正上方时的一半，此时接收机底部中心所处的位置至目标管道在地面上的定位点间距应等于管道中心至地面的距离。现场作业时45°角很难把握，因此，管线仪一般在实际工作中很少采用45°法。

5 管线探测在电缆探测中的实际应用

随着现代经济的高速发展，开挖式电缆敷设方法要求开挖明槽施工，施工必须破坏已有的市政基础设施，而且占地面积大，完工后恢复时间长等特点。中心城区电缆的敷设方式逐步的由开挖方式向非开挖方式转变，非开挖式施工主要采用拉管式施工，即水平钻机钻孔牵引管道的施工方法。

拉管敷设的作业方式：先由装钻头的钻杆从地面钻入，地面仪器根据钻头内传送器获得的信息来控制钻头的行进方向，中间绕过地下障碍物等直达地面目的地，然后卸下钻杆钻头换装适当尺寸和特殊类型的反孔钻头，使将钻孔扩大至所需直径，并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔入口处。

在拉管过程中，按照造作规程，管道拉通后，作业单位应对管道内底高程进行复合测量。所用的方法就是根据装有传送器的钻头发出的信号，探测员根据探测器接收的信号强弱管道的深度。但由于各种情况，作业单位的成果很难完整地获得，这就给管线探测带来了很大难度，通过现有的管线的探测方法很难准确地确定拉管最深处的高程。

5.1 拉管的敷设原理

根据导向孔轨迹设计基本原理，钻孔的曲线越简单越好；弧型部分曲率半径越大越好。孔轨迹角度值的取得原则是入土角度和出土角度应在6°～15°之间。

所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。为了降低铺管难度，最小弯曲半径应尽可能大。

（1）

为最小弯曲半径（m）；

206为常数（Nm/mm2）；

DA为管子的外径（mm）；

S为安全系数；

K为管子的屈服极限 （N/mm2）。

入土点或出土点与欲穿越的最近障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少应为5 m。与水体的最小距离至少应为5～6 m，以保证不发生泥浆喷涌。

5.2 实例解析

按照《天津市电力电缆及排管敷设竣工图测绘技术要求》电缆或排管敷设路径需按高程测量情况绘制纵向剖面图。如图5所示，电缆敷设遇河流肯定要用到拉管作业方式，现有的探测技术能够准确地测量出方框处拉管的准确位置及埋深，给我们解算整条钻孔曲线提供了必要的起算数据。通过穿线法我们可以获得整条曲线的长度，结合以上的数据，我们可以完整地获得钻孔的曲线。结果多次试验，并与作业单位应对管道内底高程进行复合测量结果比较取得了很好的效果，为以后埋设较深的拉管探测工程提供了很好的解决方法。

6 结论

通过实例分析，我们可以将要探测钻孔曲线看作是简单的数学曲线，根据管线探测仪探测的较浅区域的位置和高程信息，和通过穿绳法获得的整条曲线长度作为起算数据，结合导向孔轨迹设计基本原理，我们可以模拟还原拉管敷设轨迹，为准确地提供电缆敷设路径纵向剖面图提供了准确依据，为后面同类研究奠定了基础。

参考文献

[1] 国家行业标准；城市地下管线探测技术规程（CJJ61-2003/J271-2003）[S].

[2] 国家行业标准：城市测量规范（CJJ8- 99）[S].

[3] 陈穗生.管线探测四大难题的探测要点 [J].工程勘察，2007（7）.

[4] 张汉春，黄昀鹏.长距离深埋管线的探测效果[J].物探与化探，2006（4）.

[5] 王勇，王永.综合物探方法在非开挖工艺敷设地下管线探测中的应用[J].测绘通报，2011（4）.endprint

3 地下管线定位方法

地下管线的定位方法，先了解探测仪器的工作原理，管线仪工作原理就是遵循电磁定律，以RD8000为例，接收机的电路板由图2所示，包括一个垂直线圈，两个水平线圈。

谷值法又称极小值法。是利用管线仪垂直线圈测量电磁场的磁通量，见图3（a）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的垂直分量为0，根据极小值点位来确定管线的平面位置。该方法的特点是：原理简单，仪器显示直观，定位灵敏度高，缺点是易受旁侧信号干扰影响，当测量的管线附近有其他同等或较强信号时，管线探测仪线圈接收其他的磁通量从而影响管线定位的正确性。该方法只适用于简单条件下，无邻近干扰或距离干扰物的信号极弱时，快速追踪管线走向。

峰值法又称极大值法。是利用管线仪水平线圈测量电磁场的磁通量，峰值法分为宽峰值法和窄峰值法两种。宽峰值法是只利用下水平线圈检测，见图3（b）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据宽峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是显示不如谷值法直观，管线正上方附近磁通量变化小，因而灵敏度较低。窄峰值法是利用上水平线圈和下水平线圈同时检测，见图3（c）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据窄峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是由于有上下两个线圈，且两线圈有一定是垂直距离，当管线仪在管线上方移动时，两个线圈的磁通量变化不一致，信号变化明显，灵敏度高且信噪比高，不易受附近信号干扰影响精度高，可用于复杂环境经常性探测。

4 地下管线定深方法

（1）直读法。管线仪利用上下两个水平线圈测量电磁场的梯度，而电磁场梯度与埋深有关，按下接收机测深按钮，在数字式表头直接读出地下管线的埋深。这种方法简便，在简单条件下有较高的精度。一般在管线密集等复杂条件下，直读测深的数据只能作为参考数据。

（2）特征点法。70%窄峰值法（见图4（a））：当目标管线的平走向大致确定后，精确定位，调节管线仪的增益键，将信号强度调节到合适值（最好距离信号满值一定量）并记住该值，分别向管线两侧移动接收机，当接收机的信号值显示为合适值的70%时，在地面作好标记，两个点的距离即为准确的管线中心到地面的深度。70%窄峰值法测深法用于复杂条件的精确测深。

80%法是宽峰值法和50%宽峰值法也是同样的原理（见图4（b）），两个点的距离分别为准确的管线中心到地面的深度和2倍准确的管线中心到地面的深度。

（3）辅助测深法。45°法（见图4（c））：极小值法精确管线定位，将接收机与地面成45°夹角进行垂直管线走向方向平移，当接收机上显示的磁场信号减至在目标管道正上方时的一半，此时接收机底部中心所处的位置至目标管道在地面上的定位点间距应等于管道中心至地面的距离。现场作业时45°角很难把握，因此，管线仪一般在实际工作中很少采用45°法。

5 管线探测在电缆探测中的实际应用

随着现代经济的高速发展，开挖式电缆敷设方法要求开挖明槽施工，施工必须破坏已有的市政基础设施，而且占地面积大，完工后恢复时间长等特点。中心城区电缆的敷设方式逐步的由开挖方式向非开挖方式转变，非开挖式施工主要采用拉管式施工，即水平钻机钻孔牵引管道的施工方法。

拉管敷设的作业方式：先由装钻头的钻杆从地面钻入，地面仪器根据钻头内传送器获得的信息来控制钻头的行进方向，中间绕过地下障碍物等直达地面目的地，然后卸下钻杆钻头换装适当尺寸和特殊类型的反孔钻头，使将钻孔扩大至所需直径，并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔入口处。

在拉管过程中，按照造作规程，管道拉通后，作业单位应对管道内底高程进行复合测量。所用的方法就是根据装有传送器的钻头发出的信号，探测员根据探测器接收的信号强弱管道的深度。但由于各种情况，作业单位的成果很难完整地获得，这就给管线探测带来了很大难度，通过现有的管线的探测方法很难准确地确定拉管最深处的高程。

5.1 拉管的敷设原理

根据导向孔轨迹设计基本原理，钻孔的曲线越简单越好；弧型部分曲率半径越大越好。孔轨迹角度值的取得原则是入土角度和出土角度应在6°～15°之间。

所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。为了降低铺管难度，最小弯曲半径应尽可能大。

（1）

为最小弯曲半径（m）；

206为常数（Nm/mm2）；

DA为管子的外径（mm）；

S为安全系数；

K为管子的屈服极限 （N/mm2）。

入土点或出土点与欲穿越的最近障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少应为5 m。与水体的最小距离至少应为5～6 m，以保证不发生泥浆喷涌。

5.2 实例解析

按照《天津市电力电缆及排管敷设竣工图测绘技术要求》电缆或排管敷设路径需按高程测量情况绘制纵向剖面图。如图5所示，电缆敷设遇河流肯定要用到拉管作业方式，现有的探测技术能够准确地测量出方框处拉管的准确位置及埋深，给我们解算整条钻孔曲线提供了必要的起算数据。通过穿线法我们可以获得整条曲线的长度，结合以上的数据，我们可以完整地获得钻孔的曲线。结果多次试验，并与作业单位应对管道内底高程进行复合测量结果比较取得了很好的效果，为以后埋设较深的拉管探测工程提供了很好的解决方法。

6 结论

通过实例分析，我们可以将要探测钻孔曲线看作是简单的数学曲线，根据管线探测仪探测的较浅区域的位置和高程信息，和通过穿绳法获得的整条曲线长度作为起算数据，结合导向孔轨迹设计基本原理，我们可以模拟还原拉管敷设轨迹，为准确地提供电缆敷设路径纵向剖面图提供了准确依据，为后面同类研究奠定了基础。

参考文献

[1] 国家行业标准；城市地下管线探测技术规程（CJJ61-2003/J271-2003）[S].

[2] 国家行业标准：城市测量规范（CJJ8- 99）[S].

[3] 陈穗生.管线探测四大难题的探测要点 [J].工程勘察，2007（7）.

[4] 张汉春，黄昀鹏.长距离深埋管线的探测效果[J].物探与化探，2006（4）.

[5] 王勇，王永.综合物探方法在非开挖工艺敷设地下管线探测中的应用[J].测绘通报，2011（4）.endprint

3 地下管线定位方法

地下管线的定位方法，先了解探测仪器的工作原理，管线仪工作原理就是遵循电磁定律，以RD8000为例，接收机的电路板由图2所示，包括一个垂直线圈，两个水平线圈。

谷值法又称极小值法。是利用管线仪垂直线圈测量电磁场的磁通量，见图3（a）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的垂直分量为0，根据极小值点位来确定管线的平面位置。该方法的特点是：原理简单，仪器显示直观，定位灵敏度高，缺点是易受旁侧信号干扰影响，当测量的管线附近有其他同等或较强信号时，管线探测仪线圈接收其他的磁通量从而影响管线定位的正确性。该方法只适用于简单条件下，无邻近干扰或距离干扰物的信号极弱时，快速追踪管线走向。

峰值法又称极大值法。是利用管线仪水平线圈测量电磁场的磁通量，峰值法分为宽峰值法和窄峰值法两种。宽峰值法是只利用下水平线圈检测，见图3（b）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据宽峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是显示不如谷值法直观，管线正上方附近磁通量变化小，因而灵敏度较低。窄峰值法是利用上水平线圈和下水平线圈同时检测，见图3（c）当管线仪移动到管线的正上方时，电磁场的水平分量为最大，根据窄峰值法来确定管线的平面位置。该方法的特点是由于有上下两个线圈，且两线圈有一定是垂直距离，当管线仪在管线上方移动时，两个线圈的磁通量变化不一致，信号变化明显，灵敏度高且信噪比高，不易受附近信号干扰影响精度高，可用于复杂环境经常性探测。

4 地下管线定深方法

（1）直读法。管线仪利用上下两个水平线圈测量电磁场的梯度，而电磁场梯度与埋深有关，按下接收机测深按钮，在数字式表头直接读出地下管线的埋深。这种方法简便，在简单条件下有较高的精度。一般在管线密集等复杂条件下，直读测深的数据只能作为参考数据。

（2）特征点法。70%窄峰值法（见图4（a））：当目标管线的平走向大致确定后，精确定位，调节管线仪的增益键，将信号强度调节到合适值（最好距离信号满值一定量）并记住该值，分别向管线两侧移动接收机，当接收机的信号值显示为合适值的70%时，在地面作好标记，两个点的距离即为准确的管线中心到地面的深度。70%窄峰值法测深法用于复杂条件的精确测深。

80%法是宽峰值法和50%宽峰值法也是同样的原理（见图4（b）），两个点的距离分别为准确的管线中心到地面的深度和2倍准确的管线中心到地面的深度。

（3）辅助测深法。45°法（见图4（c））：极小值法精确管线定位，将接收机与地面成45°夹角进行垂直管线走向方向平移，当接收机上显示的磁场信号减至在目标管道正上方时的一半，此时接收机底部中心所处的位置至目标管道在地面上的定位点间距应等于管道中心至地面的距离。现场作业时45°角很难把握，因此，管线仪一般在实际工作中很少采用45°法。

5 管线探测在电缆探测中的实际应用

随着现代经济的高速发展，开挖式电缆敷设方法要求开挖明槽施工，施工必须破坏已有的市政基础设施，而且占地面积大，完工后恢复时间长等特点。中心城区电缆的敷设方式逐步的由开挖方式向非开挖方式转变，非开挖式施工主要采用拉管式施工，即水平钻机钻孔牵引管道的施工方法。

拉管敷设的作业方式：先由装钻头的钻杆从地面钻入，地面仪器根据钻头内传送器获得的信息来控制钻头的行进方向，中间绕过地下障碍物等直达地面目的地，然后卸下钻杆钻头换装适当尺寸和特殊类型的反孔钻头，使将钻孔扩大至所需直径，并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔入口处。

在拉管过程中，按照造作规程，管道拉通后，作业单位应对管道内底高程进行复合测量。所用的方法就是根据装有传送器的钻头发出的信号，探测员根据探测器接收的信号强弱管道的深度。但由于各种情况，作业单位的成果很难完整地获得，这就给管线探测带来了很大难度，通过现有的管线的探测方法很难准确地确定拉管最深处的高程。

5.1 拉管的敷设原理

根据导向孔轨迹设计基本原理，钻孔的曲线越简单越好；弧型部分曲率半径越大越好。孔轨迹角度值的取得原则是入土角度和出土角度应在6°～15°之间。

所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。为了降低铺管难度，最小弯曲半径应尽可能大。

（1）

为最小弯曲半径（m）；

206为常数（Nm/mm2）；

DA为管子的外径（mm）；

S为安全系数；

K为管子的屈服极限 （N/mm2）。

入土点或出土点与欲穿越的最近障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少应为5 m。与水体的最小距离至少应为5～6 m，以保证不发生泥浆喷涌。

5.2 实例解析

按照《天津市电力电缆及排管敷设竣工图测绘技术要求》电缆或排管敷设路径需按高程测量情况绘制纵向剖面图。如图5所示，电缆敷设遇河流肯定要用到拉管作业方式，现有的探测技术能够准确地测量出方框处拉管的准确位置及埋深，给我们解算整条钻孔曲线提供了必要的起算数据。通过穿线法我们可以获得整条曲线的长度，结合以上的数据，我们可以完整地获得钻孔的曲线。结果多次试验，并与作业单位应对管道内底高程进行复合测量结果比较取得了很好的效果，为以后埋设较深的拉管探测工程提供了很好的解决方法。

6 结论

通过实例分析，我们可以将要探测钻孔曲线看作是简单的数学曲线，根据管线探测仪探测的较浅区域的位置和高程信息，和通过穿绳法获得的整条曲线长度作为起算数据，结合导向孔轨迹设计基本原理，我们可以模拟还原拉管敷设轨迹，为准确地提供电缆敷设路径纵向剖面图提供了准确依据，为后面同类研究奠定了基础。

参考文献

[1] 国家行业标准；城市地下管线探测技术规程（CJJ61-2003/J271-2003）[S].

[2] 国家行业标准：城市测量规范（CJJ8- 99）[S].

[3] 陈穗生.管线探测四大难题的探测要点 [J].工程勘察，2007（7）.

[4] 张汉春，黄昀鹏.长距离深埋管线的探测效果[J].物探与化探，2006（4）.

[5] 王勇，王永.综合物探方法在非开挖工艺敷设地下管线探测中的应用[J].测绘通报，2011（4）.endprint