导向仪在市政道路非开挖管线探测中的应用

刘康

(1.中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空间科技发展有限公司，陕西 西安 710199)

1 前 言

近几年，我国正处于经济快速发展时期，随着城镇化进程的不断加快，市政基础设施建设高速发展，地下管线敷设方法不断更新，顶管施工工艺作为非开挖管线施工工艺[10]的一种，已广泛地应用于各类市政管线敷设工程中。非开挖管线施工的工艺不同于一般的市政埋管施工，埋深变化范围普遍较大，敷设的管线埋深普遍较深，且检修井相距较远。非开挖管线施工工艺的特殊性增加了管线探测的难度，降低了传统探测方法的有效性。

2 非开挖管线施工技术及其特点

非开挖技术，即非开挖铺设地下管线施工技术[1，8]，利用岩土钻掘设备、通过导向测控等技术手段，在地面以最少的开挖量或不开挖情况下铺设、更换或修复地下管道和电缆的一种施工新技术[2]。

(1)采用非开挖技术进行管道顶管施工的工程，大多是要穿越不具备开挖条件或者开挖困难的路段，如河流、桥梁(高架桥)、铁路、高速公路、地下构筑物，管线较为密集的路口等。

(2)套管材质为非金属类，如PE、PVC等。

(3)管线种类多见电力管线、通信类管线。

(4)埋深变化大，都有出入口且出入口附件埋深浅。非开挖顶管技术一般采用定向钻施工，在施工过程中既要避开浅层的地下管线及其设施，又要绕开已有的地下构筑物，始终保持一定的安全距离施工，因此埋深普遍较深，通常都选择在地面以下 3 m～6 m，最深处可以达到 10 m以上。

(5)管线距离比较长，管线敷设距离有 10 m、 30 m、 50 m、 100 m至 300 m不等。

非开挖管线施工工艺的上述特点导致常规地下管线探测手段不能精准探测，加大了摸排地下管线平面位置尤其是深度的测定难度[3]。为了提高探测非开挖管道施工工艺埋设管线的平面及埋深精度，本文主要研究基于导向仪探测法对市政道路上非开挖敷设的地下管线进行精确探测的方法。

3 导向仪组成及其工作原理

(1)导向仪组成

导向仪由显示器、接收机、传感器(探棒)、电池等部分组成(图1)。

图1 导向仪的组成

(2)工作原理

导向仪可以解决有空孔且未堵塞的非金属管线的空间定位问题。将带信号源的防水探棒(磁偶极子)置于所需探测的管道内[4]，在其周围空间产生一次交变磁场，由地面上的接收机接收探棒产生的磁场水平分量，进而确定待测管道的空间位置。

(3)导向仪的探测条件

对套管及排管敷设的深埋线性类管线要有预留孔；对拉管施工的管线需挖出拉管部分的一侧端点，保证管内没有异物，导向仪探棒能顺利通过[6]。

4 导向仪探测法工作步骤

(1)探测准备工作

为了保障探测成果的准确性，探测前应先对导向仪进行校准和检查。首先选择探测条件干扰少的场地作为校准场地，对接收器和传感器(即探棒)进行单点校准。单点校准流程为：将接收机放在与传感器平行的水平地面上，将卷尺拉至 3 m，传感器放置卷尺一端，导向仪接收机开机调配至校验模式，在卷尺 3 m处进行探测，直至零误差。如误差较大则需观察校验现场是否干扰较大并更换场地再做校验。待校准完成后再进行定位检查探测，一般将接收器平行放在距传感器已知距离处，导向仪探测实际距离，当探测出的实际距离与已知距离相符后可开展施测工作。

(2)导向仪探测

利用校准合格的导向仪进行探测，首先打开检修井盖(窨井盖)，确定好初始位置，将传感器(探棒)和穿线器的一端挂接，并使传感器(探棒)处于工作状态，把带有传感器(探棒)和穿线器插入空孔中如图2所示。通过穿线器软杆逐步推进传感器(探棒)使探棒依次前行。

图2 传感器(探棒)穿越示意图

为使地面标志点位置和方向与地下管线的位置和走向更接近真实，利用接收器逐点探查传感器(探棒)所经过的位置，实现对非开挖敷设的管道连续追踪定位并在地面上做好标志，从而获得非开挖管线的实际穿越轨迹和埋深，设定地面标志点一般距离为 9 m～15 m。

(3)管线点测量

管线点测量内容包括管线点的平面坐标和高程，使用GNSS或全站仪直接测量或导线串测法测量[7]，并直接记录采集数据。在测量过程中，所有管线点均是全野外数字采集，隐蔽点点位以物探人员所设点位中心为准[5]。

5 工程应用案例

上海某市政工程项目，要求探明市政道路上所有管线空间位置。根据踏勘发现姚家车路有一段非开挖顶管技术施工的通信管线，总孔数为8孔、占1孔，需要对该段通信类空管进行准确定位和定深。本次采用猎鹰F1导向仪和地下管线探测仪(PL960)进行对比探测，同时对部分隐蔽点进行开挖验证。

导向仪探测工作流程主要包括前期准备工作、控制测量、导向仪探测、管线点测量、数据处理与图形编辑、报告输出等工作。其主要工作流程如图3所示。

图3 工作流程

图4 管线平面位置示意图

本次探测管类为通信类信息管线，管线长度为 110 m管径规格200×100，总孔数8孔，占1孔，材质PE。其中，21XX4和21XX11两点分别为检修井。探测成果如图4所示。

根据图4管线平面示意图可得出：两种仪器探测管线平面位置近似，与其现场开挖点位置一致，说明两种设备探测的平面位置都符合实地。

两种探测方法在探测非开挖敷设管线的平面位置的准确性上均有较好的效果，但其对管线埋深的探测效果存在巨大差异，如表1所示。

不同手段测得管线点的埋深情况 表1

续表1

(1)导向仪探测情况

导向仪从21XX11号点进入，至21XX4号点出，点间距约为 12 m，共测得6个隐蔽点，隐蔽点的平均埋深为 3.2 m，隐蔽点埋深走向呈抛物弧线状如图5所示。

图5 埋深对比图

(2)探测仪探测情况

探测仪共探查管线点8个其中2个明显点，6个隐蔽点，点间距约为 15 m，隐蔽点的平均埋深为 2.55 m。

(3)开挖验证情况

开挖点一个点号为21XX8，埋深为3.45 m，其分别与导向仪探测埋深 3.35 m相差 0.10 m、与探测仪探测埋深 2.54 m相差 0.81 m。

根据两种仪器所测得的6个点轨迹进行比对，导向仪的埋深都在 3 m以上，探测仪探测的埋深在 2.5 m左右，根据现场开挖点埋深数据验证，说明导向仪探测隐蔽点的埋深数据近似真实埋深。

6 结 语

鉴于非开挖方式敷设的地下管线施工特点，常规物探手段即电磁感应法的地下管线探测仪无法有效探测其埋设深度，探测精度和效果不佳。通过导向仪、管线仪的探测结果与开挖验证数据进行对比发现：在非开挖方式敷设的地下管线探测中，导向仪探测与常规的管线探测仪的平面定位精度近似；导向仪探测的定深精度高于常规的管线探测仪，因此导向仪可以解决线缆类非开挖方式敷设的深埋地下管线探测不准确的问题。