管线仪探测盲区的解决方案探讨

2018-03-26何辉，曾平

水利规划与设计 2018年3期

何辉，曾平

(深圳市水务规划设计院有限公司，广东深圳 518000)

1 概述

目前，管线探测仪是地下管线探测作业中最常用、最经济、效率最高且精度较高的仪器设备，其探测理论和技术方法已日益完善。管线仪的工作原理是通过管线仪的激发装置加载数千赫兹的交频电磁脉冲信号至地下目标管线，并沿目标管线传播，而致目标管线周围产生圆形磁场，管线仪的接收装置通过捡拾其圆形磁场而判定管线的空间位置。从理论上说，该类设备及其采用的方法仅针对导电且能在其周围产生圆形磁场的管道、缆线行之有效。对于不导电管线(即非金属类，如塑胶类、混凝土类)就无能为力了，亦即管线仪在管线探测作业中存在一定的“探测盲区”。

简单的说，管线仪探测盲区是指针对现状存在的某条地下管线或管线段，利用管线仪探测无效或无法获取有效数据的情况。根据管线的特性，本文将管线仪探测盲区分为三类：第一类指利用管线仪无法直接进行探测的情况，比如对塑胶管道、水泥管道等非金属管线，这些由于管线材质本身原因造成的探测盲区本文称之为“直接性探测盲区”；第二类指表面上满足管线探测仪工作条件，但在实际探测中接收机无法获取有效信号或根本接收不到信号的情况，如有金属丝但存在接头(接头内金属丝未连通)的光缆、外涂保护层(相当于绝缘层)完好且管段两端均未接地的金属管道、未接通的备用高压电缆等金属类管道，此等情况造成的探测盲区并非由于管线材质本身的原因，本文称之为“假象性探测盲区”；第三类指深埋的地下金属管线，由于加载的电磁脉冲信号使之周围产生的磁场信号相对较弱，不易被接收机识别或易于被其它干扰信号串扰，从而无法获取有效信号，本文称之为“疑难性探测盲区”。

本文从理论出发，结合多年经验和多件实例对利用管线仪探测地下管线的探测盲区进行总结，并提出有效的解决方案进行探讨。

2 管线仪的工作原理

现阶段使用的管线仪主要由发射机和接收机组成，发射机以直接充电、电磁感应或线圈耦合的方式加载高频率的交流脉冲信号至埋设于地下的目标管线，使之产生瞬变电流，该瞬变电流在目标管线上传播，并与远方大地连接而形成“回路”。目标管线上传播的瞬变电流在传播过程中，在管道四周产生圆形的磁场，接收机在地面通过捡拾圆形磁场信号而推算出管线的走向、埋深等空间信息数据。根据电磁理论，传播于目标管线上的瞬变电流只有在有去有回时(即形成回路)，才能在管线周围产生连续的磁场。接收到的磁场强度与管道上加载的电流强度、衰减程度及距离目标管线的远近密切相关。

3 直接性探测盲区

对于不导电的非金属管线，由于无法通过管线仪激发装置对其进行信号加载的手段使之周围产生磁场，从而在理论上就成为管线仪的探测盲区。

3.1 直接性探测盲区总结

造成“直接性探测盲区”的原因是因为管线的材质不能作为电流的载体，常称之为“非金属管道”。非金属管道主要包含塑胶管线(PVC、光纤、玻璃夹砂、塑钢等)管道、混凝土质(水泥、钢筋混凝土等)管线、陶瓷类管线等。这类管线的一个共性即不导电，在市政管线中涵盖了给水、雨水、污水、燃气、电力、电信及工业管道等各专业管线。正是因为其具有不导电性，致使管线仪无法直接对其进行探测。

3.2 解决方案探讨

针对非金属管线，要根据现场实际情况、灵活多变、不拘一格的采用各种手段解决问题，不要拘泥于定式思维。常用的咨询权属单位、辅以人工调查、分析推断等的方式本文不再赘述，本文主要就如何创造条件变“非金属管线”为“金属管线”(变不能为可能)进行探测的思维方式进行论述。

要想“非金属管线”变为“金属管线”，就要创造条件通过间接的方法来达到目的。譬如通过探测塑胶燃气管道伴随敷设的示踪线的方法、通过捡拾塑胶燃气管道埋设的示踪器芯片的方法、通过对电力电信空套管穿设电缆导线的方法、通过对混凝土质排水管道拖放示踪探头的方法等等，均可通过“变换探测对象”的间接手段对目标管线有效的进行探测。

实例：在深圳南海大道与东滨路的交叉路口，业主拟顶管施工修建过路管群，但与同是顶管施工的过路深埋电信管群交叉。技术人员通过现场作业发现，由于电信管群为深埋且管孔内敷设的光缆有接头(接头内金属丝为断开状态)而导致管线仪无法有效激发电磁信号，故而无法利用管线仪探测作业。经现场调查、分析，笔者发现电信管群尚有一条空管可利用，便采取在空管内穿设电缆线、再将电缆线两端均与管线仪发射机直连充电的方法进行探测。这样既避开了电信管群塑胶材质的“非金属性”，又解决了深埋管线磁场信号较弱的难题(相当于仪器激发信号直接在电缆内传输，信号极强)，有效的解决了这一深埋、非金属管线的探测难题。

4 假象性探测盲区

在实际工作中，管线探测技术人员常会遇到金属管道、仪器连接正常、工作电流显示正常，但接收机就是无法接收到电磁信号的情况。这种情况通常表明管线激发装置未能成功的在目标管线上加载交频电流，从而导致目标管线周围未能形成圆形磁场。这就是表面上满足管线探测仪的工作条件，但实际上存在着一定的假象性。

4.1 假象性探测盲区总结

在管线探测作业中，假象性探测盲区多出现在带有金属芯光纤的追踪探测、外涂保护层(相当于绝缘层)完好且管段两端均未接地的金属管道、未启用的备用高压电缆的追踪探测等情况。究其原因，主要是因为拟探测的带金属芯光缆存在接头(接头内金属芯为断开状态)、外涂保护层的金属管道与大地绝缘隔离且接头处有橡胶圈密封隔离、备用高压电缆一端未接电而另一端未接通用户，致使加载在目标管线上的交频电流不能形成回路所导致，从而表面上管线探测仪发射机工作正常，但接收机接收不到激发的磁场信号。

4.2 解决方案探讨

对于假象性探测盲区，除了人工开挖、地质雷达、浅层地震等解决思路外，想办法满足管线仪的探测条件无疑是省时省力的好办法。比如采用更换目标光纤进行追踪、在套管中另外穿缆进行探测、对防腐完好的新埋设钢管进行双端充电、未启用的备用电缆双端接地等手段，人为创造条件去满足管线仪的工作需求，既省力又可有效解决这一难题。

实例：在深圳宝安自来水厂，有两条专用供电电缆(一主一备用，直埋地段约为1公里)，当时主供电电缆出现故障，准备启用备用电缆，却发现备用电缆在直埋地段不知何时何处被损出现短路故障，无法合闸。急需查清电缆的精确走向和故障点，以便及时修复。经现场踏勘、分析，我们采用了管线仪配合电缆破损检测仪进行工作。但当加载了激发信号至目标电缆时，指标、状态显示一切正常，就是接收不到信号。正当业主无奈准备更换检测单位和探测设备时，笔者经仔细询问业主工作人员，却发现目标电缆在检修时远端已断开，导致发射机激发电流无法形成回路。经现场连接接地线，顺利的避开了这一假象，完成了检测任务。

5 疑难性探测盲区

随着施工工艺的发展，目前在城市管网的施工中顶管施工非常普遍，而且为了避开其它管线，顶管深度越来越大。这就使管线探测工作越来越困难。根据电磁理论，目标管线周围产生的磁场强度和管道上加载的电流强度、接收机距离目标管线的远近密切相关，即同等条件下目标管线的埋深越大，则在地面接收到的磁场强度越弱。当管线埋设超过一定深度时，地面几乎就无法分辨接收到的磁场信号，形成“疑难性探测盲区”。

5.1 探测盲区总结

由于地下管线的复杂性，疑难性探测盲区包含甚广，概括而言，主要包括仪器接收不到或人工分辨不出接收到的磁场信号、接收到的磁场信号是干扰的假信号等情况。本文主要总结和探讨仪器接收不到或人工分辨不出接收到的磁场信号的情况。此类情况主要是由于接收到的磁场信号较弱而导致的，多出现于采用顶管施工的深埋过路金属管线，常见的有跨市政道路顶管施工的电力、电信、给水、燃气等金属管道、缆线等。

5.2 解决方案探讨

对于由于接收到的磁场信号较弱所导致的疑难性探测盲区，其解决思路就是如何想办法增强激发的磁场强度。而要增强磁场强度，就要加大管道上的交频电流强度。由于发射机施加电压有限、功率有限，但待测管道的电阻是固定的，故采用常规的手段是无法达到这一目的的。另辟思路，比如可通过增加激发发射机的数量(当然激发频率要一致)来增强磁场强度、通过利用长导线进行双端充电的方法来增加电流强度、通过套管内穿设电缆导线然后双端充电的方法来增大电流强度等。

实例：在深圳深南大道，有一过路的给水钢管，道路中间埋设深度超过7m，由于地铁施工需精确探测其走向和埋深，但常规方法均因接收到的磁场信号太弱无法精确定位、定深。经技术人员现场搜寻，发现市政道路两侧相距500m各有一个阀门井露头，我们就购买了一条700m的普通电线作为导线，采用双端充电法对其两个露头同时加载激发电流，由于相对管道长度(相比理论上的远方接地)变小，而使管道电阻值变小、电流强度增强，随之管道周围的磁场强度大大提升，完全达到了探测条件，顺利解决了这一疑难问题。