轨道交通管线详查方法研究

2012-09-22陈恒施立群

城市勘测 2012年1期

陈恒，施立群

(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315041)

1 概述

随着城市化的快速推进，城市轨道交通网络建设也在快速发展。轨道交通作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，号称“城市交通的主动脉”，与其他公共交通相比，具有用地省，运能大(轨道线路的输送能力是公路交通输送能力的近10倍)，每一单位运输量能源消耗少，环境污染小等特点。因此发展轨道交通是宁波解决城市交通问题的主要措施，在确保功能的前提下，如何有效地进行安全施工和控制建设投资，特别是地下管线的敷设和搬迁，一直是轨道交通建设管理者关心的课题，也已越来越引起轨道交通建设部门及其他相关单位的高度重视。因此，掌握所有地下管线现状资料显得尤为重要。而管线详查作为摸清地下空间各类管线现状的唯一手段，必须解决各类管线的探测难题。

2 管线详查必要性

宁波市在2005年～2007年曾开展过管线普查工作，根据普查成果可知:轨道设计线路地下管线种类繁多，敷设密集，纵横交错，相当复杂，虽然已有管线普查成果，但管线普查与详查存在着明显区别，主要表现为:

(1)探测区域不同。普查范围是具备城市功能的道路和街巷沿线的各类地下管线，没有包括附属临街第一排建筑物、保密级别很高的部队和河道水域的各种管线。而轨道设计施工需要的是设计范围内及周边所有地下管线的资料，特别是车站、车场部分没有完全普查到，故普查成果不够完整。

(2)管线取舍不同。普查时对于电压小于380 V的电力、管径小于100 mm的给水、管径小于200 mm的排水进行了取舍，故普查成果不够完整，不能完全满足轨道设计，特别是管线迁移施工的需要。

(3)探测方法不同。普查时主要以明显管线点为线索进行追踪探测的，对于没有任何明显点的未知管线容易遗漏，如当时无法探测的管线，也是以疑难问题进行留存;而详查时要应用盲测扫描的方法对整个测区进行搜索探测，避免遗漏管线，且要求必须进行精确定位定深。

(4)成果现势性不同。由于普查面积大，耗时达两年之久，期间新建、改造管线较多，管线成果难以准确反映管线现状，而管线详查是局部探测，详查完马上使用，故成果的现势性较好。

(5)成果用途不同。普查成果是为城市规划设计、管理和施工而建立的宏观管线数据，如电缆类(包括电力和电信)探测时只调查了管线的孔数，而涉及搬迁管线费用还需要探测管线的根数和材质，故需要补充探测。

如果不能具体掌握地下各种管线的详细信息，就会给轨道交通设计和施工带来诸多不便，甚至造成严重事故，因此在轨道交通设计施工之前对规划区域范围内进行地下管线的详查工作，是轨道线施工的地下管线进行合理搬迁，确保轨道顺利施工的根本保证。基于以上情况，管线普查不能完全代替管线详查。宁波市管线普查时，受时间和经费条件限制，未能在全市范围内大面积开展管线详查，因而在轨道一号线沿线没有详细管线资料。为确保工程安全、有序、高效推进，开展管线的详查工作是必要的。

3 管线详查作业流程

图1 管线详查作业流程图

4 管线详查方法

轨道建设一般处于城市繁华区域，线路长、基础深、管线密、探测精度要求高。采用传统、单一的探测方法难以解决各种复杂环境下的管线探测，根据具体情况，因地制宜，灵活选择一种或几种方法联合使用，是解决管线探测的有效手段。

(1)电磁法——管线探测仪探测

电磁法是利用电磁感应原理，探测出被测管线的位置和埋深。目前电磁法探测常用的探测设备为管线探测仪，如英国的RD系列、美国的Subsite系列等。

(2)电磁波法——地质雷达探测

电磁波法探测管线常用的仪器设备是地质雷达(Ground Penetrating Radar)，目前常用的管线探测雷达有日本的GEORADAR系列、瑞典的RAMAC系列等:地质雷达一般以剖面法或网格法作业。探测前，必须根据现场的地质、地球物理特点进行已知管线的现场试验，以选定最佳的测量参数。

(3)地震波法——瞬态瑞雷波探测

地震波法是利用地下各种介质的弹性差异，由人工震源产生地震波的方法探测地下管线。一般采用瞬态瑞雷波法探测。

在管线探测方面，电磁法以其经济性、高效率和准确性的优点，是目前最常采用的探测金属管线的方法，电磁波法和地震波法由于其作业效率较低，一般用于解决非金属管线和管线探测仪无法探明的疑难管线，如并排管线、深度较深的管线等。

5 关键技术

5.1 传感器探测法

传感器探测法实际上是将非开挖管线施工领域中导向钻探方法引入到管线探测，其工作原理详如图2所示。该法(又称导向仪法)主要适应于通信、电力、雨水、污水等非封闭式埋设的管线，标准精度平面和高程为5h%(h为管线埋深)，有效探测深度24 m。宁波市轨道交通1号线福明路站电力管线(埋深2.8 m～7.8 m)27个点位开挖验证(借助轨道车站明挖施工进行)，结果为平面中误差为 0.186 m(限差为0.265 m)，高程中误差为0.277 m(限差为0.398 m)，满足《城市地下管线探测技术规程》要求。

图2 传感器探测法工作原理图

5.2 磁梯度法

在均匀无铁磁性物质的土层中，地球磁场强度理论上应是均匀场，如果在其中有铁磁性物质存在，将会在其周围分布有较强的感应磁场，从而产生磁异常，且磁异常强度由近及远逐渐衰减。因此，可以通过观测其磁异常的变化，尤其是垂直分量Za的梯度值的分布来判定异常物的平面位置及埋深。如图3所示，通过钻孔的手段将磁力梯度仪下到钻孔内，由上而下测量铁磁物质在垂直方向上的Za曲线变化，可以得到较理想的效果。由图3可知，在接近金属管的钻孔内，Za梯度值随深度的变化非常明显，在接近铁磁物质的深度位置，梯度值变化强烈，犹如一个“S”型。在稍微远离铁磁物质的钻孔内，梯度值的变化幅度相应减小，当水平间距大于1.0 m时，几乎无任何变化了。

图3 金属管线在垂直剖面上的Za梯度值理论曲线

5.3 综合法

综合法就是综合利用各种物探方法对管线进行定位定深的过程。宁波市测绘设计研究院于2010年运用综合法成功探测了一条埋深约16 m的天然气管道，精度为±0.15 m(精度要求近乎苛刻)。其具体思路为首先根据收集的大埋深管道设计或施工资料，运用PCM检测仪探测出管道的大概位置、走向及埋深，然后根据工程范围按一定的距离布置多个垂直于管道走向的断面，通过钻孔配合孔中磁梯度法对管线进行粗略定位(水平和垂直方向上定位精度均在1 m左右)，再根据粗略定位结果，通过钻孔(高压水枪钻探仪配合全站仪，其中2台全站仪在互相垂直于测点方向上架设，确保钻孔的垂直度)并实量钻杆长，根据测点高程、管径大小进行拟合后，确定管道位置、埋深及精度。

5.4 数据处理方法

(1)图形数据和属性数据一体化保存

在数据处理过程中，充分考虑了设计单位对信息化现状的需求，我们将管线所有信息(如权属单位、起点高程、终点高程、埋深等)通过属性的方式全部存储在AutoCAD中，当设计单位需查询相关信息时，无须再去寻找海量纸质资料，可以直接借助CAD扩展属性查询命令，查询到与数据库中等同的信息。如图4所示为查询YS609点信息的查询界面。

(2)实现了图、库一致性

在探测过程中，一般做法是通过图纸对详查成果进行质量检查(包括各级检查)，按检查结果对图纸进行整改，之后再生成数据库;对数据库中存在的问题则通过修改数据库完成。因此有可能出现图纸与数据库中数据不一致，而我院则按数据联动更新方式进行编辑，即在CAD中进行保存时，后台自动实现数据库保存，从而确保了数据的一致性。

图4 CAD属性查询界面

(3)综合管沟的技术处理

综合管沟常见的处理方法为每家权属单位的管线分别绘制一次，这样图面负载大，管线长度统计重复次数多，当管沟新增用户单位时，数据不易维护。在这次详查时，综合管沟为一种管线类型，虽然有多家权属单位的管线，但只用一种线型表示，该线型除一般属性外，还有管线权属和管沟权属，管线权属值为所有管沟使用单位，不同单位之间用“;”分隔;管沟权属值则为管沟所有权单位。当提供专业管线图和进行数据分析时，只需对该字段设置条件即可，和重复绘制各单位管线相比，不但图面清晰美观，而且成图工作量和图面负载明显减少。

6 轨道交通管线详查实例

宁波市轨道交通1号线一期工程为宁波市线网规划中的东西向主干线。线路全长22.56 km，其中地下线16.10 km，地面线 0.51 km，高架线 5.40 km，U形槽0.55 km。管线详查分2个标段实施，Ⅰ标段管线长度249.567 km，管线点17 627个;Ⅱ标段管线长度206.404 km，管线点数13 751个。涉及供电、路灯、交通信号、电信、给水、污水、雨水、雨污、天然气、蒸汽、废水、人防等管线种类13种。各标段院级检验精度统计如下:

(1)地下管线探查数学精度