城市地下管线探测方法探讨

王正玲

（兰州市勘察测绘研究院，甘肃 兰州 730000）

近年来，伴随着城市快节奏的发展速度，地下管线如雨后春笋般地涌现，而旧的地下管线因为各种原因又无法拆除，新旧地下管线交替分布，给城市地下管线管理造成了很大的不便，又因为管线建设时路面开挖、施工不当等问题，导致管线泄露爆炸、路面坍塌、电力电缆裸露使行人触电等事件时有发生，对人民群众的生命和财产安全造成了很大的影响。

为提高城市地下管线的日常建设和管理水平，减少事故发生的概率，全面查清各类地下管线现状，获取各类地下管线的数据，掌握地下管线的基础信息情况和存在的事故隐患，明确管线责任单位，整合各行业和权属单位的管线信息数据，建立综合管理信息系统，各管线行业主管部门和权属单位建立完善专业管线信息系统，必须细致梳理城市地下管线。城市地下管线探测工作的重要性则不言而喻。而掌握有效的探测方法不仅能加快探测时间，大大缩短工期，并可以减少人力、物力以及财力的损耗。

1 物探方法的选定

1.1 物探方法选定的依据

物探方法的选定必须依据下列几个方面的条件：（1）城市地下管线探测任务要求；（2）探测的对象；（3）测区地球物理条件；（4）测区的实际情况；（5）地下管线与其周围环境介质之间的物性差异；（6）保证地下管线能被管线探测仪探测到；（7）所使用的仪器能清楚地分辨出目标管线，从而排除差异，准确到所找到要探测的管线；（8）管线探测仪探测精度满足要求，当上述条件确定之后，才可通过探测方法试验来确定具体的物探方法，不同类型、不同材质的地下管线可能用到不同的物探方法。

1.2 城市地下管线探测的方法及原理

（1）电磁法：利用电磁感应原理，根据不同的地下管线的导电性和导磁性的不同，来对管线进行探测的方法；（2）电磁波（地质雷达）法：利用不同地下管线对电磁波吸收系数的不同，而产生不同的衰减系数的原理探测地下管线；（3）直流电法：利用地下管线的电阻率差异和极化率差异的电性差异得出直流电场的分布特点和规律来进行探测；（4）磁测充电法：将一般充电法中的电场观测改为磁场观测的探测方法；（5）反射地震波法：利用地震波在弹性介质传播的理论,通过人工在地面激发地震波向地下深处传播,遇弹性不同的介质,就会产生波的反射，用检波器接收其反波信号,通过浅层地震仪接收返回的反射地震波,进行时频特征和振幅特征分析,便能获得地下地质体的特征信息,从而达到地下管线探测的目的；（6）红外辐射法：根据不同类型、不同层面的地下管线辐射出不同的红外能量，从而得到地下管线平面位置和埋深的方法[1]。

2 不同类型管线探测方法的选定

地下管线探测主要分为金属管线探测、非金属管线探测、线缆类管线探测以及严重干扰和复杂地段管线探测。一般而言，上述几类地下管线都可以用电磁法进行探测，非金属管线探测也可以用电磁波法进行探测，线缆类电力管线还可采用50 Hz 的被动源法进行探测，遇到地磁干扰比较严重和地下管线分布复杂的地方可以综合其他几种探物探方法进行探测。

管线探测仪是探测地下管线的最简单、探测效果最佳、最有效、最便捷的仪器，利用电磁感应的原理，在收发距离满足要求的情况下，使管线和探测仪之间的信息传送的耦合状态处于最佳，从而使地下管线探测定位和定深的精度得到提高。

管线探测仪最佳发射频率为32.8 kHz，最佳收发距为20 m，管线定深方法采用70%法（通过测区实地核查和探测仪一致性检验的方法确定的数据），在有干扰或遮挡而不能用上述方法探测的情况下也可用感应法来确定管线位置，用直读法定深，一般情况下，感应法只能作为参考，不能直接采用其所探测的数据。

2.1 金属管线探测方法

2.1.1 导电性能好的金属管线探测

对导电性能好的金属管线采用直接法探测，探测时先从明显点处开始，用直接法连接管线和接地，逐步向四周追踪，探测出管线走向。当地下管线的隐蔽点出现转折点或三通等情况时，先在所探测出的每个方向上探测两个以上管线点的位置和埋深，并用记号笔做临时标记，通过线绳或钢尺直线交汇出管线点的准确位置，取其各个方向的埋深中间值作为管线点的埋深。在地下管线周围多处定位，排除遗漏其他管线分支、定错管线连接关系等错误，确保管线点的准确性[2]。

2.1.2 导电性能差的铸铁管线的探查

许多地方在敷设地下管线时惯用灰口铸铁管或球墨铸铁管，其连接处多用橡胶垫圈或水泥密封，此种连接方式导致它的电流不流通、电磁信号传输距离短，且此种类型管线多用于给水、排水等与居民生活息息相关的管线，探测难度大，特别是一些无明显管线点的地域，给管线探测造成了很大的不便。

探测时，先从明显管线点处开始探测，用直接法将发射机连接到目标管线上，调整发射机和接收机的频率，选择最佳频率，左右调整接收机的位置，准确探测出地下管线平面位置和埋深；也可用钎探法，即使用细钢钎，在不破坏管线的前提下向下砸到管线上，并保证钢钎与管线接触，用直接法探测。当直接法难以见效时，可采用感应法探测，探测结果经多次验证后方可使用[3]。

2.2 非金属管线探测方法

非金属管线主要涉及砼管、PVC 管、玻璃钢管以及PE 管等几种材质的管线，目前许多城市在铺设管线时多采用这些管线布设管道，而其接管处多充填膨胀水泥及橡胶垫绝缘物，因此造成管线通道的电性连接不良而导致电磁波信号传播距离较近，特别是一些无出露点地段，探查难度更大。

选择已知部位追踪探查，将发射机置于管线上方，选择合适频率，并使发射机线圈方向稍稍偏离目标管线方向，并左右调整，探查出管线位置及埋深。当感应法难以见效时，通常采用细钢钎砸至目标管线上，利用直接法探查，简称为钎探充电法，当在水泥或沥青路面无法钎入时，则采用长导线法，利用管线两端出露部位连接进行充电探测，以便准确判断管线的位置和埋深。利用管线权属单位所提供的管线资料，根据其临近管线点的走向、埋深等信息进行判断，对实在无法查清的管线，与权属单位进行沟通指认，查缺补漏，确保管线数据的完整性。

2.3 线缆类管线探测方法

对电力电缆、通讯线缆等线缆类管线进行探测时，尽量采用电磁法探测，管线探测仪使用夹钳法，在无条件采用夹钳法的情况下可以采用感应法探测，探测数据经多次验证后方可使用。探测时，对于断面尺寸较小的管块，取其中心位置的管线施加信号，探测其埋深和平面位置；对于较大断面尺寸的管块，分别取其两侧上端管线施加信号进行探测，各自探测其埋深和平面位置，由此两点确定一中心位置作为此处管线的平面定位点，此两点埋深的平均值即为此处管线的埋深。当管线遇到弧线弯曲时，增设管线点以确保真实反映地下管线的走向。

2.4 严重干扰和复杂地段管线探测

因城市某些区域十字路口较多，管线密集，部分管线穿插分布、重叠交替情况时有遇到，对探测有一定的干扰。探测时，先对已有管线资料进行分析，再根据明显管线点的走向、线缆类管线的根数等信息进行判断，从简单处入手探测，根据明显管线探测未知管线，从外围管线复杂处延伸探测，综合多种探测方法，尽量从接收信号较强的管类开始探测，逐步探测出所有管线的走向。尽量使用受外界干扰小，且信号施加容易，被探测管线接收信号较强的探测方法，如直接法和夹钳法。管线探测时，沿管线走向连续探测，在所定位管线点处用探测仪正、反两次读数，当仪器的转向差小于3 cm 时，开始管线探测及读数，并确定其平面位置。转折点和多通点处在各个方向探测至少两个点，采用线绳或钢尺直线交汇法确定管线平面位置。管线弧线转弯处应增设管线点，以保证能真实反映管线的平面位置。

2.5 多条并行管线探查

在一些密集分布着几条并行排列的管线上，通过直接法、感应法，有时能判断出组合异常中存在几条管线，但无法准确有效地确定其位置及埋深，此时应根据管线埋设的不同物点，选择合适的激发方式使目标管线上产生的感应电流最大，并使邻近的非目标管线上的电流相对于目标管线而言可以忽略，来准确区分出目标管线。

首先，可在出露点处利用直接法分别进行探测、定位，根据每条管线所探查结果进行比较；其次，利用感应法，在距离发射源不太远（15～20 m）的部位进行探查定位，同时尽量调低发射频率，以避免附近管线的感应影响；再次，利用并行管线中目标管线的分支拐点进行激发，使干扰管线上不产生太强的感电流。另外，采用压线法对于近距离并行管线探查效果也比较明显，但有时受条件限制。如水平压线法适用于间距稍大的并行管线，当间距较小时，水平压线虽可压制干扰信号，但目标信号亦较弱；倾斜压线法，适用于近间距的并行管线，但上下并行太近的管线不宜使用，而垂直压线法，适用于上下平等的管线探查。

3 定深方法的选定

地下管线定深也是管线探测很重要的一步，准确探测出管线的埋深不仅能分析出各管线的垂直分布情况，也为以后管线开挖、敷设提供详细的数据支持，避免各种事故的发生。

利用管线探测仪对地下管线探测定深的方法主要有以下几种。（1）双线圈直读法：当探测仪频率在最大值时，直接读取探测仪上的埋深数值，即为此处管线的埋深；（2）双线圈70%法：用探测仪探测出某处管线的最大频率数a，再乘以70%得出b，探测仪分别向管线左右移动，直到频率数变成b，用卷尺量测这两点的距离，得出的数即为此处管线的埋深；（3）单线圈45°法：在探测仪所探测出管线的正确位置上，让接收机与地面成45°角，并同地下管线走向成90°角的方向平行移动接收机，当接收机屏幕数值为0 时，标记出接收机底部投影到地面的位置，量测接收机与管线走向的距离即为地下管线的埋深；（4）单线圈80%法：管线HX 异常曲线在峰值两侧80%极大值处两点之间的距离即为管线的埋深；（5）单线圈50%法：用探测仪探测出某处管线的最大频率数，探测仪分别向管线左右移动，直到频率数变成最大频率数的一半为止，用卷尺量测这两点的距离，得出的数即为此处管线的埋深的2 倍。

除上述探测几种方法外，还有极值法、比值法等其他探测方法，探测方法的选择可根据管线探测仪的类型及探测方法试验的结果确定[4]。为保证定深精度，管线定深点的平面位置必须准确，且符合《城市地下管线探测技术规程》的限差要求。

4 定位方法的选定

城市地下管线探测，对定位有着严格的要求。在管线探测过程中经常遇到地下管线分布情况复杂，由于受附近管线的感应电磁场信号影响以及管线自身因素的存在，仪器所反映的管线位置与目标管线的实际位置会有很大差异，所以针对不同情况，寻找能满足精度要求的定位方法，是城市地下管线隐蔽点探测阶段的核心技术。一般应遵循从已知到未知、从简单到复杂的原则，采用有效和快捷的方法。

地下管线定位方法主要有磁电充电法、夹钳法、感应法、固定频率法、充电法等，针对不同类型的管线，采用不同的方法进行探测。

4.1 磁电充电法

此方法又称直连法，主要用于金属管线的探测。将探测仪一端连接管线另一端接地，接通电源，将交变电流直接注入金属管线，管线通电，并与地线形成回路，观测管线电流产生的磁场。由于管线产生的信号很强，故信噪比和分辨率均较高，可以提供很高的定位精度。在各种方法中探测效果是最好的，缺点是必须要有金属管线出露点，用于连接电路。

4.2 夹钳法

用夹钳套在金属管线或线缆类管线上，使其产生感应电流，观测该电流产生的磁场，以此定位管线。此方法信号强、探测精度高、易区分于相邻管线，缺点是管线必须要有出露点，用于连接电路，如果是金属管线，管径必须小于夹钳直径。

4.3 感应法

感应法分为电偶感应法和磁偶感应法。电偶感应法是将探测仪置于地下管线的上方地面上，两端均接地，使管线中产生感应电流，观察电流激发的磁场强度来定位管线。磁偶感应法将探测仪发射线圈置于管线内部，以此观察其在地面产生的磁场强度来定位管线。此方法适用于非金属管线的探测，探测深度大，效果好，但操作复杂，成本较高。

4.4 固定频率法

电缆和特殊金属管线会产生50 Hz 的感应电流，此电流会激发磁场，能被探测仪探测到。此方法成本低，效率高，操作简单，但容易受其他管线的干扰，当其他方法无法探测管线时，可用此方法辅助探测。

4.5 探地雷达法

由发射天线向地下发射高频短脉冲电磁波，接收天线接收来自目标管线反射至地面的电磁波来定位管线。此方法对金属管线和非金属管线均可探测，分辨率也高于其他方法，但其价格昂贵。

4.6 其他方法

包括瑞利波法、浅层地震反射法、磁梯度法、自然电场法、磁场强度法、电阻率法、充电法、音频大地电阻法、甚低频法等方法探测地下管线，但这几种方法都不是主流，且局限性较大，可辅助上述几种方法用于地下管线探测。

5 总结

地下管线的探测方法有很多种，不同地域有不同的物理特征，即使同一地域地磁影响也不尽相同，不管用何种方法探测，都是为完成地下管线探测工作服务的。选择合适探测方法是地下管线探测工作的重要步骤，多数情况下要几种探测方法配合使用，才能准确地反映出被探测管线的真实走向、分支情况和管线深度，为建立管线信息系统提供数据支持。