复杂条件下城市地下管线探测技术分析

刘华雄

（湖南省水文地质环境地质调查监测所，湖南 株洲 412007）

0 引言

一般来说，城市地下管线探测是在施工开始之前进行的，主要目的是为了查明施工现场地下是否存在正在运行的管线，并针对其位置、走向以及排序规格进行分析，进而避免在施工过程中对管线产生破坏。相关施工单位应提高对管线探测技术的重视程度，确保探测精度，实现工程建设领域的快速发展。

1 城市地下管线探测技术的应用价值

在现阶段的城市建设工程当中，地下管线探测技术主要具备两个方面的应用价值：①保障城市市政基础设施的稳定运行。在当前城市的发展过程当中，给排水、燃气、热力、工业、电力等各类市政部门的运转都依赖着地下管线的输送工作，因此实现对地下管线的精确定位，并在施工过程当中予以有效规避，是保障市政设施安全稳定运转的前提和基础。②为城市建设规划提供进一步参考。由于城市地下空间有限，因此如何将各城市保障部门所辖管线进行更加高效严密的规划是提升城市规划建设水平的重要挑战。相关单位应合理利用地下管线探测技术，对城市内部管线网络进行有效监控，进而使管线整体建设更加科学，使城市规划工作不断进步。

2 常见的城市地下管线探测技术类型

2.1 近距离并行管线探测技术

2.1.1 直接探测法

在现阶段的地下管线类型中，金属管线占据了较大比例。因此运用电磁反应原理将地下管线与电磁场相连，并分析电磁场所发出的信号，明确掌握地下管线信息，这是最常见的探测手段之一[1]。其中，直接探测法，又称为直连法或交流充电法，需要探测人员将电磁波信号直接发射到地下管线当中，按照电磁发射器与地下管线的连接方式进行划分，主要有单端连接和双端连接等两种方式。在直接探测法中，地下管线周围形成的电磁场均为一次场，管线中传输的电流均为一次场电流，因此通过管线电流在周边环境空间中产生的交变磁场，能够有效探测管线的基本信息，从而对管线的分布情况、排列方式以及实际走向和位置做到精准排查，为规划建设方案的确定以及后期施工奠定坚实的基础。直接探测法在实践中能够得出探测结果，其探测精度较高，但在使用过程当中容易受到管线类型、是否存在地上露点、是否存在接地条件等因素的影响。

2.1.2 夹钳探测法

夹钳探测法相较于直接探测法而言，其探测方式更加简洁。探测人员可将仪器设备发出的电信号输送至夹钳当中，并将夹钳与被测目标管线相连接，使夹钳、管线以及地下介质之间形成初级线圈与次级线圈之间的关系，发射机的电信号在夹钳当中形成一次场信号，并在穿过管线时形成二次场，探测人员通过对二次电流的分布范围、分布方向以及位置进行探测，从而使探测结果更加精准[2]。夹钳探测法主要适用于存在地上露点的金属管线或电缆，可在直接探测法无法正常使用的情况下进行探测，受管线周边环境影响较小。需要注意的是，由于夹钳法需要对电缆线路施加信号，因此可能会存在一定的安全风险，应杜绝在没有绝缘的带电导体当中运用夹钳探测。夹钳探测法的注意事项如图1所示。

图1 夹钳探测法的注意事项

2.1.3 感应探测法

感应探测法相较于直接探测法以及夹钳探测法来说，对管线地上露点的依赖较为有限，因此应用范围更广。现阶段常见的感应探测法主要有垂直磁偶极子法、水平磁偶极子法等。探测人员通过地上线圈供电从而建立起一次电磁场，地下金属管线受一次电磁场的影响形成二次电流，并与周围环境介质形成二次电磁场，对二次电磁场的范围、走向和位置进行定位，从而能够精准地判断地下管线的基本信息，提升管线探测工作的有效性。由于感应探测法不需要对地下管线的地表露点进行处理，因此探测位置的选定较为灵活，但由于感应磁场对信号强度要求较高，因此不适用于管线间距较小的敷设和分布环境。

2.2 非金属管线探测技术

2.2.1 雷达探测法

市政设施管网不仅包含了金属管线类型，在给排水、燃气输送、电缆等管网中，PE（聚乙烯）材料以及PVC（聚氯乙烯）材料同样具有极为广泛的应用，这些材料绝缘性能较好，难以采用电磁感应方式进行管线探测，因此探地雷达就应运而出。探地雷达的主要原理是对绝缘材料管线与周围环境介质之间形成的电性差异进行反馈，并通过电磁反射波的曲线波动实现对管线管径的有效探测。通常情况下，雷达反射波曲线的波峰与波谷之间的差距越尖锐，证明地下管线的直径越小，而波峰与波谷之间的差距越平缓，则证明地下管线的管径越大[3]。探测人员可针对电磁波雷达观测到的反射曲线顶点确定管线的中心位置，从而保证管线定位精度。在采用探地雷达对城市地下管线分布状况进行分析时，需要配备信号发射与信号接收两个电线，避免电磁波反射信号受到地下环境介质的影响。

2.2.2 移动信标探测法

移动信标探测法同样也是地下非金属管线探测的一项重要技术。探测人员通过穿孔器、电缆推进装置或闭路电视（CCTV）管道爬行器（图2）将信标植入到地下管线内部，并通过探测设备对信标发射出的信号进行接收和分析，从而对地下非金属管线进行有效的定位和定深。但由于移动信标探测法的应用流程较为特殊，因此不适用于压力管道、燃气管道等管线类型，在城市管线地下探测工作当中具有一定的局限性。

图2 管道爬行器

3 地下管线探测精度的影响因素

3.1 地下管线与介质材料

在地下管线探测活动中，地下管线的材料以及周边环境介质的类型对定位探测工作的精确度具有十分重要的影响。由于不同类型管线与环境介质材料之间的介电常数存在差异，因此对发射机电磁波同样也会产生差异化的影响。与此同时，不同类型介质所产生的电导率也同样对电磁波的穿深产生一定影响。城市地下管线探测工程，常见的环境介质包括空气、水、土壤、黏土、干砂、湿砂、混凝土、沥青等不同类型，其中相对介电常数最低的介质是空气，介电常数是1，最高的是湿砂，介电常数的25～30。探测人员可针对不同环境介质之间的介电常数进行分析，相对介电常数的差异越大，探地雷达显现的电磁波信号图像就会越清晰，同时也能够更方便探测人员对复杂条件下的地下管线实现精准的定位定深[4]。

除此之外，受我国气候、环境等因素的影响，南北方之间的潜水面高度也存在一定的差异，地下环境介质在接触水源后，其原有对电磁波产生的吸收能力会陡然增强，因此在干燥地区或干燥环境当中使用探地雷达对地下管线参数与信息进行探测，其精确度更好。

3.2 管线周边环境密度

地下管线埋设周边环境的密度同样也对探测活动的精准度产生影响。在现阶段的城市市政地下管线埋设流程中，常常采取开掘、挖沟、回填、覆盖等一系列的施工模式，这种施工模式会使原有的地质结构产生一定的变化，因此，回填土层与原有土层之间的相对介电常数、电导率以及电磁波的传播速度和衰减系数也会产生变动。在很多市政管线的敷设工程中，没有对回填土层进行彻底的清理和筛选，导致砖块、瓦片等建筑垃圾回填到土层中，这些物质相较于普通土层来说，会影响各项探测参数，导致给探地雷达的探测活动带来了严峻的挑战。因此，探测人员在对复杂条件下城市地下管线进行探测之前，应当结合管线权属单位提供的相关资料，利用逐次逼近或交汇的形式对其进行探查，有效剔除其他环境介质对探测工作精度产生的干扰，使探地雷达显示的反射电磁波波形更加清晰，从而进一步强化管线探测效能，保障管线探测质量。

3.3 管线埋设及排列方式

在城市的发展建设过程中，由于地下空间存在一定程度上的限制，因此给管线规划工作带来了一定的难度。很多地区的管线采取了平行并列的埋设模式，各独立管线之间的间距较小，会对地下管线探测工作产生严重影响。很多管线埋设区域会产生一定的互感效应，相互之间产生一定的干扰，影响探测人员对管线位置和深度的判断，在对金属管线采取感应法进行探测的过程中，这一现象更加普遍。因此地下管线探测人员应当了解管线埋设工程的基本信息，并选定合理的探测技术，制定出完善的地下管线探测方案，有效规避地下环境给探测活动带来的干扰和影响，使最终的管线探测结果更加精准，工程建设质量得到进一步保障。

3.4 探测设备信号干扰

除了地下介质的影响外，地表地势走向同样也会对管线探测精度产生一定影响，由于在城市环境中，高层建筑、金属构筑物的数量和密度较大，容易对探地雷达的探测电磁波形成干扰，使雷达最终获取到的管线信息出现异常。因此，在利用探地雷达对复杂条件的城市地下管线进行测量和分析时，应当尽量确保探测场地的空旷平坦，进一步减少周边环境对探测结果产生的影响，使管线定位更加精准。

4 实际案例分析

在某城市地铁线路建设的过程当中，需要针对该地区地下管网线路进行细致探测和分析，从而有效避免施工过程当中对管线正常运行产生影响。相关技术人员选择使用探地雷达对地下非金属管线进行探测，根据电磁波反射曲线的顶点位置精准测定非金属管线中心，并对其管径、深度、走向等重要参数进行分析，使施工设计方案得到更清晰的信息参考。在探测过程当中，技术人员发现电磁波反射曲线存在一定的异常，为了有效提升地下管线探测的合理性，保障最终探测结果的精准度，技术人员针对管线探测导线网进行坐标确定，并绘制成图像，结合探测现场的地势走向以及周边环境有效地优化和调整探测设备，从而使地下管线的位置测定更加精准。

此外，技术人员还综合采用了夹钳法与感应法实现了对地下金属管线的有效探测，并明确地下不同类型的管线位置，保障地铁建设安全，对促进城市建设的全面发展产生了积极影响。

5 结语

总而言之，在当前市政建设与发展过程当中，针对地下管线的位置和深度进行明确测定，对提高市政建设质量，保障城市正常运转具有重要意义。相关市政部门应当针对当下常见的各类地下管线探测技术进行全面研究，并采取措施对其应用特性进行分析，从而有效提升探测技术的应用效果，避免发生安全事故。