示踪导线法在非金属管线探测中的应用

徐长虹，朱宏斌，朱能发

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315041； 2.衢州市测绘院，浙江衢州 324000；3.天津市勘察院，天津 300191)

示踪导线法在非金属管线探测中的应用

徐长虹1∗，朱宏斌2，朱能发3

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315041； 2.衢州市测绘院，浙江衢州 324000；3.天津市勘察院，天津 300191)

主要通过多次试验现场采集一些示踪导线的断面磁场响应数据，分析一些无干扰的磁特性曲线，对比得出示踪导线法在解决非金属管线探测问题上的应用。

示踪导线法；非金属管线探测；磁场响应

1 引 言

随着城市建设的发展，地下管线探测技术得到了长足的进步，尤其对于地下金属管线探测，国内外有关科研人员不断钻研实验，已研制出多种地下金属管线探测仪，总结出了一套成熟的技术方法，并成功应用于生产实践中，为城市建设做出了巨大的贡献。但是，地下非金属管线探测一直是管线探测中的一大技术难题，多年来物探研究人员运用各种物探方法，对非金属管线的探测进行了研究，包括电阻率法、红外线法、COD法、听音法等。然而，这些探测方法均有它的特殊使用局限性。为了满足管线探测成果使用的更高要求，宁波市测绘设计研究院针对一端出露并有开口的非金属管线，使用硬质推杆导引示踪导线进入非金属管线中，然后在示踪导线上加载管线仪可以探测的信号，借由探测示踪导线位置确定非金属管线的位置的方法进行探测实验，取得了较好的效果。

2 示踪导线探测方法介绍

2.1 适用范围

开放式管道:有开口端的电力或电信管线套管、重力流管线(排水管线)、带有检修井或是窨井的有开口其他管线。

2.2 使用仪器

管线探测仪(SUBSITE950、RD4000、LD500、PL960等)，硬质推杆、金属导线等。

2.3 方法依据

(1)示踪线标识法:

示踪线的全称是非金属管线示踪线。它是富士公司专为查找和定位地下非金属管线而设计的产品，可有效地解决非金属管线不能用金属管线探测仪探查的问题。示踪导线实际是一种特制的导线，可以在铺设非金属管线的同时，将其布设在管线上同时铺设，以后在查找管线时就可用金属管线探测仪及电缆测位器探测出其位置、方向和埋设深度。

(2)运用金属管线的探测方法，其探测原理比较成熟，在此不多赘述。

3 示踪导线定位、定深方法

3.1 定位方法

以地下金属管线电性分布理论为依据，我们借助地下管线探测仪对示踪导线进行定位，这里采用极大值法。即测定示踪导线磁场水平分量梯度△Hx的极大值位置定位。要求是接收机的接收线圈平面位置与地面垂直，线圈在管线上方沿垂直管线方向平行移动，当线圈处于管线正上方时，接收机测得的电磁场水平梯度分量△Hx最大，如图1所示。

图1 管线定位示意图

3.2 定深方法

用管线仪定深的方法较多，主要有特征点法(△Hx百分比法，Hx特征点法)、直读法及45°法。我们用得最多的是特征点法，它是利用垂直管线走向的剖面，测得的管线异常峰值两侧某一百分比值处两点之间的距离与管线埋深之间的关系，来确定管线埋深的方法。根据外业探测经验，采用△Hx70%法比较易于操作，抗干扰效果好，在本项目的研究中我们主要采用△Hx70%法，同时也对比半极值法(Hx特征点法)的定深效果。参见图2管线定深示意图。

图2 管线定深示意图

(1)△Hx70%法:△Hx百分比与管线埋深具有一定的对应关系，利用管线△Hx异常曲线上某一百分比两点之间的距离与管线埋深之间的关系即可得出管线的埋深，一般采用△Hx70%法，其70%属于理论计算参数，如图2(a)所示。

(2)半极值法(Hx特征点法):利用管线Hx异常曲线在峰值50%极大值处两点之间的距离为管线埋深的两倍，如图2(b)所示。

4 示踪导线探测的相关要求

4.1 管线探测的精度

国标CJJ－2003中规定隐蔽管线的探测精度为:

平面位置限差δts:0.1h埋深限差δth:0.15h。

其中h为地下管线埋深(cm)，当h＜100 cm时以100 cm代入计算。

4.2 保证精度的措施

误差是难以避免的，但是我们应该采取相应的措施减小误差。

(1)搜集整理资料

施工前应该充分收集已有的地下管线设计、施工、竣工图及以前的旧管线图，同时调阅相应的地形图，通过现有资料对工区有一个宏观认识。

(2)实地踏勘

对照已经收集到的资料实地了解工区环境，地形变化，附近的物理场环境，以及房屋和房屋用途，因为通常特定的单位会有特定的管线。

(3)方法的有效性

方法正确有效是施工的前提。根据收集到的工区资料和历史数据在工区选择可行方法进行实验性探测，根据探测结果选择有效的方法。

(4)深度修正

进行深度测量时仪器的规律性误差是一定存在的，这个误差是可以修正的，根据统计数据选择一个合理的误差修正系数，对探测深度进行修正。

5 数据整理及分析

5.1 数据甄选及处理

(1)原始数据的采集

对于示踪导线，利用地下管线探测仪，采用电磁感应的激发方式，利用接收机接收二次场的磁场水平分量。通过识别水平分量的空间变化，综合利用管线的定位方法，先确定管线平面位置并准确确定管线的走向，然后在垂直管线走向的直线上布设测线，利用管线仪接收机，分别选择接收磁场水平分量和磁场水平分量梯度功能，在管线正上方选择适当的增益，使仪器接收的信号峰值趋于一稳定的较大值，并记录在《管线仪磁特性响应试验记录表》中，在固定增益不变的情况下，沿着测线向两侧每间隔20 cm记录一相应磁场水平分量和磁场水平分量梯度值并记录在《管线仪磁特性响应试验记录表》中，如图3所示。

图3 某有干扰顶管示踪线磁场特性曲线

本实验共采集了27组数据，每组数据包括垂直管线走向的断面上一系列磁场水平分量数据和一系列磁场水平梯度分量数据。各组数据的理论埋深获取方法是:窨井部分埋深采用开井量测，非开挖管线埋深主要依据管线施工时的基础资料推断所得(为了使推断数据更加准确，均采用深度断面的拟合检验)。

(2)数据处理

①归一化

采集数据全部以管线为中心对称，由于操作及仪器灵敏度的问题数据的中心起始数值不同，无法进行横向对比，故对数据进行归一化处理。将中心数据值赋为100，其他数据根据中心数据增益倍数进行归一。

②插值取数

为了方便依据特征点百分比法测深选取对应管线埋深宽度的百分比系数，先对归一化后的数据进行插值。插值取数采用Matlab中“interp1”命令进行，分别选取磁场水平分量和磁场水平梯度分量的对应系数，每组数据取中心对称位置的两个值。

③数据甄选

数据中不可避免地存在误差，综合考虑异常曲线的对称性、异常合理性等，剔除有干扰的异常数据和采集条件有变化的异常数据，如地面的起伏变化。最终筛选出具有代表性的磁特性数据16组。

5.2 数据分析

(1)磁场响应特性曲线的特征

根据实验数据绘制出磁场响度水平分量曲线图，其中图3为示踪线左侧2 m处有一深度为1 m的电缆干扰的磁场响度水平分量曲线图；图4为示踪线两侧均无任何干扰的磁场响度水平分量曲线图；图5为不同深度示踪导线磁场特性对比曲线。从各曲线图中可以看出，磁场强度水平分量曲线(Hx)与磁场强度水平分量梯度(△Hx)曲线相比，前者峰值要宽，变化较缓，后者峰值区间较窄，后者比前者更易于对管线准确定位；埋深大的磁场强度水平分量梯度曲线(△Hx)与埋深小的磁场强度水平分量梯度曲线(△Hx)相比(如图5)，前者峰值要宽，变化较缓，后者峰值区间较窄，后者比前者更易于对管线准确定位。

图4 某有干扰顶管示踪线磁场特性曲线2

图5 不同深度示踪导线磁场特性对比曲线

(2)用特征点百分比法测深分析

测深百分比系数分析主要对采用SUBSITE950探测仪接收的数据进行分析。

不同的Hx百分比定深结果(示踪导线) 表1

表1为示踪导线剖面数据采用不同的Hx百分比定深试验结果。表中的斜体数据为误差值超过限差的数据。从表1中可以看出，采用50%测深法时，16组数据有12组数据的误差值超过最大限差，与理论埋深相比，多数是偏浅。采用30%测深法时，16组数据有4组数据的误差值超过最大限差，与理论埋深相比，多数是偏深。采用33%测深法时，16组数据有3组数据的误差值超过最大限差，与理论埋深相比，多数是偏深。

由此说明，对于示踪导线，利用Hx百分比定深时，50%测深法测得的数据误差较大，需要调整比例系数为33%(外业操作时便于计算)较为合适。

②△Hx特征点百分比定深

表2为示踪导线剖面数据采用不同的△Hx百分比定深试验结果。表中的斜体数据为误差值超过限差的数据。从表2中可以看出，采用70%测深法时，17组数据有14组数据的误差值超过最大限差，与理论埋深相比，全部是偏浅。然后分别采用50%、55%、60%三种百分比的特征点定深，其中，百分比为55%的17组数据的数据误差值均在限差范围内。对于示踪导线，利用△Hx百分比定深时，调整比例系数为55%(便于外业操作时计算)较为合适。

不同的△Hx百分比定深结果(示踪导线) 表2

5.3 示踪导线探测工程验证

(1)中山西路电力顶管探测工程中，先用硬质推杆导入示踪导线93 m，使用SUBSITE 950仪器，采用单端直连法加载电流，通过测读磁场水平分量梯度法(△Hx)探测示踪导线，用特征点法测某一点的管线埋深，采用百分比为55%对应的点间宽度作为该示踪导线的埋深，其值为6.8 m。利用甲方提供的拉管报告确定同一位置的管线深度为7.1 m，其差值为0.3 m，小于其限差1.06 m。平面位置相差0.16 m，小于其限差0.71 m。

(2)中山路与解放路交口顶管探测中，用硬质推杆导入示踪导线62 m，使用SUBSITE 950仪器，采用单端直连法加载电流，通过测读水平分量梯度法(△Hx)探测示踪导线，用特征点法探测某点的管线深度，采用百分比为55%对应的点间宽度作为该示踪导线的埋深，其值为5.45 m。利用甲方提供的拉管报告确定同一位置的深度为5.3 m，其差值为0.15 m，小于其限差0.79 m。平面位置相差0.21 m，小于其限差0.53 m。

6 结 论

(1)示踪导线的载体是导线，其更加符合管线探测原理中的线电流假设，具有探测信号强，信噪比高，异常信号易于识别等优点，更易于实现对管线进行精确定位、定深。

(2)断面的水平分量磁特性曲线(Hx)和水平梯度磁特性曲线(△Hx)相比，前者比后者曲线宽，后者更易于确定管线的平面位置，外业操作时更易于识别管线异常，所以通常建议采用测读磁场水平梯度分量(△Hx)方法探测地下管线。

(3)示踪导线与金属管线(直径大于100 mm)的磁特性曲线相比，前者比后者曲线形状尖，更易于确定管线的平面位置。使用特征点法测深时，前者的百分比参数要小于后者。

(4)在使用测读磁场水平分量法(Hx)探测地下管线过程中，金属管线(直径大于100 mm)的测深百分比参数为65%，其对应点连线距离的一半为该管线的埋深；示踪导线的测深百分比参数为33%，其对应点连线距离的一半为该管线的埋深。

(5)管线的埋深越大，其磁特性曲线的形态峰值越宽，平面定位误差也就越大。

[1] CJJ61－2003.城市地下管线探测技术规程[S].

[2] 邓仰岭，韩新芳，赵地红等.非金属地下管线探测问题的探讨[J].勘察科学技术，2007

[3] 袁厚明.地下管线检测技术[M].北京:中国石化出版社，2006

[4] 钱荣毅，王正成，孔祥春等.探地雷达在非金属管线探测中的应用[J].市政技术，2004

[5] 王万顺，王争明，张殿江.高分辨率地下管线探测技术研究与信息系统[M].北京:中国大地出版社，2005

[6] 张正禄，司少先，李学军等.地下管线探测和管网信息系统[M].北京:测绘出版社，2007

TracerWire in Non－metallic Pipeline Detection

Xu ChangHong1，Zhu HongBin2，Zhu NengFa3
(1.Ningbo Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315041，China；2.Quzhou Institute of Surveying and Mapping，Quzhou 324000 China；3.Tianjin Investigation Institute，Tianjin 300191，China)

This paper mainly collected through several test site，a number of field tracer response data section of the wire，the magnetic interference of some non－characteristic curve，contrast derived tracer wire metallic pipe and cable detection in solving problems on.

Tracer wire law；non－metallic pipe and cable detection；magnetic response

1672－8262(2011)01－159－05

P631.2

B

2010—07—19

徐长虹(1972—)，男，工程师，主要从事地下管线探测、规划测量等相关工作。