地下综合管线探测技术分析应用与研究

刘 涛 陈青松

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

引 言

地下管线是城市的重要基础设施，它担负着传输信息、输送能量及排放废液的工作，被称为城市的“血管”和“生命线”。随着国内城市快速发展，各类工程施工开挖对城市地下管线的定位提出了更高要求。地下管线受损，往往会给城市正常运转带来极大的影响，如高压电缆、燃气等管线受损时，极易引起人员财产损失。现阶段，地下管线探测行业已经取得一定发展，探测方法多样，特别是在探测仪器及处理软件上有了较大程度的提高，为提高管线探测效率及探测质量提供了很大的便利。但是，城市地下管线探测工作中，仍然存在着许多未解决的问题，给管线探测工作带来了困扰，严重阻碍了管线探测事业的进一步发展。

1 地下管线的现状特征

近年来国内城市高速发展，城市面积不断扩张，结合道路改建扩建，不断加大地下管线设施建设力度。但国内绝大部分城市都还未建设地下综合管廊进行综合管理，各类管线均以平铺直埋的方式埋设，管线杂乱无序呈蜘蛛网状遍布整个城市。缺乏统一规划，导致道路出现屡次开挖修复等工程，而由于各类管线资料未统筹管理、野蛮施工等原因，地下管线受损事故频频发生。

地下管线主要分为给水管道、排水管道、燃气管道、电力、通讯管线几大类。

（1）给水管道：城市的给水管网都是由输水管线和配水管线组成的网络，埋深一般在（0.5～3）m之间。组成网络的管道直径小则Φ20mm，大则Φ2000～3 000 mm，材质有钢、混凝土、铸铁、球墨铸铁、玻璃钢、PVC管等。一般大口径如Φ1 200 mm 以上的输水管道材质为钢或混凝土，Φ1 000 mm～600 mm 的混凝土管居多，Φ400～100 mm的铸铁居多。

（2）排水管道：排水管道主要为混凝土管、螺纹塑钢管、PVC管以及浆砌石箱涵等材料。管径从Φ100 mm圆管到几米宽箱涵不等，埋深（0.5～5）m之间。

（3）燃气管道：燃气管线分高压管、中压管和低压管。燃气管直径小则Φ10 mm，大则几百毫米，材质有钢、铸铁、球磨铸铁、PE等。一般埋深在1.5 m左右，部分顶管埋深可超过5 m。

（4）电力管线及通讯管线：电力及通讯管线一般埋设在慢车道或人行道内，深度范围一般在（1～3）m之间，埋设方式一般以管沟和管块为主。

2 地下管线探测方法

随着探测技术飞速发展，地下管线探测方法也越来越多，针对不同类型的管线管道，则有不同方法进行探测。

（1）电力通讯管线探测。

电力管线一般埋深较浅，且对管线探测仪电磁信号响应较为强烈，一般在管线普查中容易被发现。因此在电力管线探测中，一般使用管线探测仪无源模式法直接追踪电力管线，结合工区地面附属物情况确认电力管线走向。对于信号不强，而又被其他管线信号影响的弱点管线，可考虑使用夹钳法增强信号。当管线弯曲时，在圆弧起点和中点上设置管线点，圆弧较大时，增加管线点密度，正确表达了管线的弯曲特征；遇到管线转折时，首先在管线延伸线上找出信号消失位置，然后在管线两侧追踪信号并确定其准确位置，用两个方向的相交点定为转折点，经验证后准确定点。

通讯管线与电力管线一样，一般埋深较浅，但通讯管线较电力管线更为复杂，一般在城市中通讯管线包含电信、联通、移动、网通、交通信号线、公安监控线等多种管线。管线多以管块形式埋设，且常有共沟现象发生，这给管线探测分辨带来了很大的难度。通讯管线一般对管线仪电磁信号响应较弱。因此在探测通讯管线时，一般应先找到检测井等附属物，在通讯管线上直接使用夹钳法增强管线信号来进行探测。见图1。

图1 管线探测夹钳法

（2）供水燃气等金属管线。

金属管线对电磁信号有较好的反应，当金属管道埋深较浅时，可采用管线仪直接法进行探测。将发射机专用输出电缆的一端与被探测的金属管线相连接，另一端接地或接到金属管线的另一端，利用接收机搜索被探测金属管线产生的电磁信号，对管线进行追踪定位。当金属管线埋深较深，或是无出露点时，直接法探测信号较弱，无法准确定位，这时可采用感应法，利用发射机发射谐变电磁场，使被探测的地下管线产生感应电流而形成电磁场，通过接收机在地面接收地下管线所形成的电磁场，达到对被探测管线进行搜索、追踪、定位之目的。见图2、图3。

图2 管线探测直接法

图3 管线探测感应法

（3）非金属管线探测。

非金属管线一般为混凝土排水管道、PE燃气管道以及PE供水管道，非金属管道无法利用电磁感应法进行探测，在管线探测工作中，非金属管道往往是难度最大的一类管道。

探测非金属排水管道时可选择的方法较多，一般在探测过程中，对排水管道附属物调查非常重要，在简单的直线排水管道探测时，检查井位置可示意管线走向。当排水管道在地下连接错综复杂，无法明确其走向时，可以利用管道爬行机器人（CCTV）及管线仪示踪探头相结合的方法进行探测。将管线仪示踪探头固定在管道爬行机器人上，在检查井位置将爬行机器人放入管道内，遥控控制爬行机器人进入地下待测排水管道中，此时利用管线仪在地面定位示踪探头位置，从而定位排水管道平面位置及埋设深度。见图4。

图4 利用爬行机器人（CCTV）探测排水管道

当地下排水管道为大型箱涵时，可采用人工下渠的形式，直接在暗化渠道内测量。但测量人员必须配备好全套防护措施，避免因吸入有毒气体而造成安全事故。

探测非金属燃气、给水等PE管道时，该类管道往往管径较小，最小可达到100 mm，而PE材料无电磁感应信号，故管线仪的无源探测模式对该类管道无效。当PE燃气管有示踪线时，可用管线仪直接法探测。这里主要讨论无示踪线的PE管道探测方法。

无示踪线PE管是管线探测中最难探测的一类管线。尤其对于燃气顶管，不但管径小，而且埋深大，最大可达 （6～8）m，这给管线探测带来的很大的难度，在探测时一般选用地质雷达法或地震映像法进行探测。在城市中信号干扰源很多，例如当利用地质雷达对某燃气PE管进行追踪时，应时刻注意避免在电力管线较多地区布置测线，注意天线周围金属围挡及停放车辆对信号影响等。

3 综合管线探测存在的问题分析及方法应用实例

3.1 存在问题分析

（1）施工单位施工不当导致管线埋设受损。

部分施工单位在铺设地下管线时，没有制定详尽的管线保护方案，或是制定方案后执行不到位，导致管线在埋设时就受到了损坏。例如燃气管道埋设时意外将示踪线破坏，致使在管线探测时无法探测到示踪线信号；排水管道铺设时，下伏土层未压实，排水管道铺设完毕后管道下方出现空洞而破裂，致使在管线探测时电磁波反射信号杂乱，管道内窥时视线受阻，影响管线探测精度及效果。

（2）地下管线图纸与实际不符。

国内不少城市已经开展数字城市建设，许多管道在埋设初期便已采集管线坐标、埋深、材质等信息。但许多老旧城区在管线埋设时并未收集资料，导致无法找到完整的管线资料。老城区由于历史原因或城市拆迁改建，导致城建档案与现场施工图纸不符，致使在管线探测过程中容易给探测人员带来误导，最终影响探测工作进行，导致探测管线位置出现偏差。

在管线探测过程中，为避免地下管线图纸不符情况，应尽量收集年代较近的管线资料。发现探测实际情况与收集管线图纸不符的情况时，应先仔细对比图纸上地物与实地地物，观察是否存在地物变化，导致管线相对位置变化。重新探测管线信号，排除干扰信号，确认探测结果正确。当确认探测信号正确，应坚信实际探测结果，避免被错误图纸误导，导致探测结果错误。

（3）管线种类繁多分支复杂。

地下管线种类较多，市政、电力、电信、移动、联通、网通、燃气、供水、交通信号等十几种管线，各单位自行管理运营，埋设初期也“各自为政”，杂乱无章。这就导致在管线探测时会探测到多个信号，加之在城市中有许多其他干扰源信号存在，因此在管线定位中有一定的困难。

当面临多个干扰信号源时，利用管线探测仪定位应仔细分析信号特征，利用不同频率区分信号源，确认信号幅值最大位置。当管线分支较多，无法确定管线走向时，探测顺序应遵守从支线到主线的原则，逐条查清不同信号所代表的地下管线，再统一汇总，查明地下管网。以70%法为主,反复确认所探测信号源正确深度。70%测深法是与接收机天线高度相关的1个拟合值，即接收机在管线正上方时，能接收到电磁信号的最大值，该值的70%在管线两侧分别有1个等值点，这两个等值点间的距离即为目标管线在测定位置处的中心埋深。

（4）地下管道隐蔽性强。

管线均埋设于地下，埋深大多超过0.5 m。部分排水管道埋深甚至可以达到10 m。而许多管道，例如混凝土雨水管、污水管，燃气PE管，供水PE管等非金属管道对管线探测仪并无信号响应。在综合管线普查时，对这类管道主要靠地面检查井及其他附属物来进行标识，之后再利用地质雷达等其他仪器进行详查。但给水，燃气等管道往往检查井间隔非常大，尤其燃气管道一般很难看到检查井，而部分施工方在埋设该类管道时因责任心不强等原因未铺设管道警示标志，还有部分道路施工中，为省事未将排水管道检测井等其他管线井盖升井，而是直接将其埋在新铺设道路沥青下，这就导致了这类管道在综合管线探测普查中被遗漏。

而这类管道如若没有在收集资料时体现出来，则在接下来的管线详查中往往会无法查明。为避免这类管道在探测中遗漏，这就要求探测人员在探测过程中做到以下几点：

（1）探测初期将各类管线资料从运营单位收集完善，做到不遗漏，为隐蔽管线探测做好准备。

（2）在管线普查时，仔细观察管线地面附属物，部分被埋检查井往往会在沥青表面形成裂纹，可通过裂纹辨别管线位置。

（3）加大普查探测范围。为防止因检查井稀疏而造成管线遗漏，应加大实际探测范围，通过工区外发现管线附属物再沿线追踪，最终将工区内隐蔽管线探测出来。

（4）走访询问附近居民，了解社区是否开通燃气管道，了解年代久远的河道、渠道因城市发展而转变成的隐蔽覆盖河道等情况。

3.2 应用实例

深圳某广场宗地范围内地下箱涵进行定位。根据项目技术要求及城市探测条件对探测方法进行选择，箱涵定位采用管线仪及地质雷达两种方法进行及互相验证。首先利用管线探测仪配备的发射源放入箱涵内，利用管线探测仪从地面进行找寻，定位放射源位置，初步确定箱涵的走向。再利用100 M地质雷达布置垂直于箱涵走向的测线，测线垂直切割箱涵顶部，通过地质雷达进一步确定箱涵的边界及埋深。

根据现场观测箱涵走向及箱涵设计图纸，为确定万科龙城广场宗地范围内箱涵具体走向、边界，共布置了雷达测线20条，采用点测模式，测线长5 m，点距5 cm，共计2 000个勘测点；管道定位测量点270个。测点具体布置如图5。

由图5可看到，箱涵右侧边缘布置雷达测线15条，左侧边缘由于场地限制，布置测线5条；地下管线探测仪特点，在各箱涵孔中央布置测点共270个，在地面选取箱涵孔口变化处及箱涵走向控制点进行标识。

图5 工作布置示意图

由各雷达测线图中可以看出，在测线某位置附近，某深度出现雷达信号强反射区域，结合地下管线探测仪探测结果，推测为箱涵边界。最后将各箱涵边界线相连圈定箱涵的位置。

4 结 语

随着城市的发展建设，工程开挖对管线探测的要求越来越高，为保障城市建设的顺利进行，管线探测的责任重大。但是受多方面影响，现阶段管线探测工作仍然存在着很多问题，探测难度较大。为保证管线探测质量，在探测过程中应仔细分析现场情况，采取有效的措施，真正解决所遇到的探测问题，为城市建设提供便利，推动管线探测行业发展。