石油管道地下交叉管线探测方法的探究

【摘 要】通过分析石油管道地下交叉管线探测的必要性和趋势性，提出了探测基础数据的准确性要求；通过智能化管线管理系统建设经验，总结出了地下交叉管线探测内容、范围、基本流程及方法；通过实地探测及摸索，提出了石油管道地下交叉隐蔽管线的追踪探测、管线平面位置的确定、地下管线的定位、地下管线深度的确定等探测实用性技巧；文章还分享了地下交叉管线测量过程、地下交叉管线图编绘、地下交叉管线成果检查等方法；为智能化管线管理系统中地下交叉管线探测提供方法借鉴。

【关键词】地下管线；密闭空间；隐患；探测方法；智能化管线

引言

地下管线是指在埋设于地下的各种管道和电缆，包括给水、排水（污水、雨水和雨污河沆）、燃气（包括管道煤气、天然气、液化气）、热力、工业等管道及电力、通讯（市话、长话、有线电视及其他专业通讯的电线、光缆）等市政及公用管线和铁路、民航、部队等其他单位专用管线[1]。石油长输管线经过区域纵横交错，长期使用，随着相关管线老化，破坏，它们会相互的影响，给输油管线带来安全隐患。第三方管线权属单位众多，生产建设活动频繁，区域内管线可能会经常开挖，维修，改建等施工活动，在施工过程中可能会对输油管线造成破坏；附近市政管线带有的杂散电流、或者管线泄漏带来的液体、气体通过近距离渗透等来腐蚀长输管线，造成隐患；管线近距离发生爆炸、塌陷等极端事故，其能量会波及周边管线安全，在发生事故时可能互相影响。据调研，2014年之前成品油长输管线管理部门除了对自己管理的管线位置有所掌握外，对周边的、近距離的、地下其他管道管线几乎不知晓，没有进行数据的获取和分析，手上没有可用资料来用于识别和防范，对成品油长输管线的安全管理存在巨大的隐患。

2014年中国石化启动了以建立管道完整性管理系统、风险预防式的管理模式为目标和方向的智能化管线管理系统建设工作，其中一项重要的内容就是石油管道地下交叉管线探测。经过近五年的探测摸索，形成了一套管道地下交叉管线探测方法。

1 基础数据准确

地下交叉管线勘测是个获取数据的过程，相关数据是通过调查探测得到，要求完整、准确，保证系统安全运行，满足系统及企业等对管线管理的应用需求。数据要求是电子的，部分图形数据是矢量化的，数据中应包括地下管线位置信息，管线介质、材质、管径、起终点、埋深、设计压力、权属或管理单位等静态属性信息，数据形式以图形（dwg）、表格（excel）、文档（word）形式体现，最终汇入智能化管线管理系统，并通过系统运用这些数据中位置和管线相关属性信息进行可视化处理，满足企业管理需要。

2 地下交叉管线探查

2.1 管线探查流程

结合销售华中分公司智能化管线管理系统数据采集经验，总结出地下管线探查是一项复杂的系统工程，为确保各环节的顺利衔接及便于质量监控，摸索出采用下图所示工作流程。

图1地下管线探查工作流程图

2.2 管线探查内容及取舍标准

探查内容包括在明显管线点上进行实地调查和量测、在隐蔽管线点上应用仪器探测管线的地面投影位置和埋深，根据探查数据实地填写管线探查记录表，及时建立管线属性数据库。

本体管线全测，交叉管线取舍按下表执行。在探测中发现属性不明、走向不明的管线，应尽可能查明，确实无法探查清楚时，应报管理部门确认。

2.3 探测范围

总体控制原则道路上与本体管线平行外扩50米，与本体管线交叉线以交叉点沿本体管线走向外扩100米（具体根据实地地形情况而定）。穿越小区、厂区、学校、医院等沿本体管线外扩200米，至小区范围外止。

2.4 管线探测方法

2.4.1 地下管线探查的主要方法

地下管线探查应遵循从已知到未知、从简单到复杂的原则，优先采用轻便、有效、快速、成本低的方法。复杂条件下宜采用多种探查方法相互验证。地下管线探查的主要方法包括：电磁感应法、电磁波法、示踪电磁法、CCTV法、触探法。

2.4.2 隐蔽管线的追踪探测

追踪的目的是确定管线的走向及连接方式。追踪应沿管线走向连续探测，追踪中应密切注意信号的变化。对于信号变化点，应以变化点为圆心做圆周式搜索，并进行定深，根据信号的衰减程度、变化方向及埋深，判断是变向、变深、变径、变材质、断头或其它情况。

变向（分支）点的判断：当管线发生变向（分支）时，其信号方向和强度必然发生变化。在转折点处，信号衰减较小；在分支点处，由于管线的分流作用，信号衰减较大。同时还需在不同信号施加点上激发，并在不同方向上定向、定深，进行对比验证分析变向（分支）信号特征，做出正确判断。

变深点的判断：在变深点处，信号方向不发生变化，但信号强度会有明显的增加或减小，这时应在信号变化点的两端1-3m处进行测深。两点深度不同，说明管线埋深发生了变化；深度相同，说明管线在此处连接不好或材质发生了变化。

变径点的判断：在变径点处，信号方向和探测中心埋深不变化，但信号的衰减速率发生变化。目前大部分管线仪不具备探测管径的功能。

材质变化的判断：可根据相关资料和探测信号的衰减、实地调查结果及查阅资料进行判断。

截止点判断：在管线截止点处，信号不会完全消失，可根据管线埋深及信号衰减情况以及经验系数，定出截止点的位置。

地面存在浅层屏蔽（如钢筋网、废铁、金属栅栏等）时，会对管线形成干扰这时可适当提高接收机高度，以消除浅层干扰。

2.4.3 管线平面位置的确定

管线平面位置的确定可分为两种探测方式，即扫描方式和追踪方式。扫描方式通常用于盲区管线探测；追踪方式应用于某一根管线走向的跟踪探测。两种方式交替使用，相互弥补。

在盲区探测时，应先用扫描方式，调查出管线的大致位置后，再进行追踪探测定位。

在对管线定位时，可采用峰值和零值两种检测方式。在进行定位的全过程中，应使表头指针（或读数）在刻度之内，使接收机在管线两侧来回移动，反复比较找出最大（或最小）响应点，然后水平转动接收机寻找出最大（或最小）响应方位，其垂直方向即为管线走向。

无论采用哪一种激发方式在目标管线上激发起发射信号至为关键。因此，在不同的现场条件下应采用不同的方法技术。而接收机距发射机距离的确定，应根据方法试验确定的最小收发距。

在管线密集地段工作时，应采用多种方式对管线激发，通过多种耦合形式并使用多种频率，仔细分析信号分布及其变化特征以确定目标管线的位置。

2.4.4 地下管线的定位方法

（1）对管线特征点如转折、分支的定位宜采用交汇法。定位前先查明管线走向和连接关系，在管线各方向上均应至少测2～3个点，然后通过交汇定出特征点的具体位置。

（2）对于缓慢变向的管线，应加密用于交汇的测点数，并应适当加密特征点数，以保证管线整个走向和位置的准确性。

（3）定位时应采用多种激发方式和接收方式进行对比验证。一般先采用峰值法测定极大值定位，再用零值法测定其极小值加以验证。

极大值法：亦称为峰值法，地下管在场源激发下产生一定强度电流时，在管线正上方，地下管线形成的磁场水平量值最大，即在管线的地面投影位置上出现极大值。

极小值法：亦称零值法，在地下金属管线的正上方，管线所形成磁场垂直分量最小，即为“0”也就是说地下金属管线所形成的磁场垂直分量在管线的地面投影位置上出现零值点，在垂直管线走向的方向上，用管线仪的水平线圈接收此垂直分量，根据极小值点位来确定管线的平面位置。极大值法异常幅度大且宽，易发现异常；而极小值法，在理想的条件下定位精度较高，但易受邻近管线异常干扰的影响。有时不论极大值法，还是极小值法，都会受干扰的影响，使异常偏离管线的实际位置，这时应综合分析干扰的来源及地下管线的分布情况，采用多种方法综合识别目标管线所引起的异常，正确判断管线的水平投影位置。在有怀疑的管线点处如能开挖，应采取开挖的方法，确定管线位置及埋深，同时为下一步工作提供依据。

（4）定位时应保证测点信号（曲线）相对于管线中心的对称性，只有信号对称时，才能确认定位的精确，必要时应做剖面进行精确定位。

（5）定位时应注意仪器的转向差，当转向差较大时，应调整信号的施加点，消除转向差影响，减少定位误差。

2.4.5 地下管线深度的确定

（1）在确定管线平面位置后，应在同一记录点上确定管线的埋深。

（2）定深应于精确定位之后进行，管线各变化方向均应测定埋深，测深点的位置应选择在距特征点至少1m外的直线段上，不可在特征点处定深（直线点除外）。

（3）应尽可能在没有干扰或干扰较小的地段进行测深。如无法避开干扰，须采用消除干扰的有效方法，同时应对在有干扰情况下的定深精度进行评定。

3 地下交叉管线测量

3.1 管线测量流程

为了满足数据化计算机辅助成图的要求，采用全野外数字采集，并将采集数据直接传入计算机中，即达到内外业一体化建库的模式。地下管线测量工作流程如下图。

图1 地下管线测量流程图

3.2 控制测量控制点布设方案

平面与高程控制点是管线的测量基础，作业前应收集可利用的控制成果。按现行《城市测量规范》（CJJ/T 8）、全球定位系统城市测量技术规程（CJJ/T 8-2011）的有关规定进行测量和检测。

3.3 管线点及附属设施的测量

管線点平面位置和高程的测绘应采用解析法，使用全站仪以导线串测法或极坐标法进行测量，管线点测量均应保留原始观测值记录。若测区比较空旷，且没有干扰信号，可采用动态RTK直接测定管线管线点三维坐标。

地下管线点的数据采集，各种管线点均以全站仪直接测量记入仪器内存或用电子手簿通讯记录数据。在数据采集记录的同时，按测量顺序进行编号，并记录顺序号对应的管线点号，数据通讯到计算机后，将顺序号还原成物探管线点号。

在测量过程中，所有管线点均是全野外数字采集，隐蔽点以“+”字为中心，明显点以井盖中心为中心观测，测量时将有气泡的棱镜杆立于管线点上，并使气泡严格居中，以保证点位的准确性。

每一测站均对已测点进行站与站之间的检查，记录其两次结果的差值作为检查结果，确保控制点和定向的正确性。每天测量的重合检查点，均应计算出坐标、高程进行对比，发现问题及时处理。

为了保证地物图的正确性和测量精度，对所测地物图在现场进行巡视检查，检查注记、地物要素表示是否正确，地物点连接是否合理；同时抽取一部分地物点进行重复测量，用其坐标与图上坐标比较，评定测图精度。

4 地下交叉管线图编绘

管线图的编绘应采用外业测量采集的管线数据，使用成图软件在计算机上自动生成管线图。编绘工作应包括下列内容：比例尺的选定、管线图的导入、注记编辑、成果输出等。同时还要对管线点、线段属性信息的填注。必要时还要绘制断面图。

交叉管线是综合图，要素通过分类、分层及属性来组织和表示。

5 地下交叉管线成果检查

检查工作分为外业和内业两部分，作业单位的检查必须落实二级检查制度。

检查内容包括探查成果、测量成果及数据处理和图形成果等；外业主要是管线位置和深度重复探查，相关管线属性核查，管线点位置和高程测量，以及图形符合性巡查；内业主要是对管线属性数据、图形连接、图形整饰、资料的完整性等检查；检查工作由作业单位的相关质检人员按规定要求进行。

5.1 探查成果质量检查

地下管线探查质量检查采用明显管线点重复调查、隐蔽管线点重复探查方式，进行管线图实地巡视对照检查。

探查质量检查内容主要有管线点几何精度检查和属性调查结果检查。

（1）明显管线点的平面位置和埋深精度；

（2）隐蔽管线点的平面位置和埋深精度；

（3）管线漏查率和连接关系正确率；

（4）管线属性调查正确率。

在明显管线点和隐蔽管线点中分别抽取不少于各自总点数的5%且不少于30点进行质量检查。检查的管线点应随机抽取且应在测区内均匀分布。重复探查包括对明显管线点的属性、埋深，隐蔽管线点的平面、深度、连接关系的检查。抽取样本应符合如下原则：在测区内分布均匀、各种管线具有代表性，对易产生危险的管线要相对增加抽样检查数量。

地下管线探查质量检查完成后，编写地下管线探查质量检查报告。质量检查报告内容包括工程概况、检查工作概述、问题及处理措施、精度统计和质量评价。

5.2 测量成果质量检查

地下管线测量成果质量检查采用同精度重复测量管线点方法进行。

对明显管线点和隐蔽管线点分别分层随机抽取不少于总点数的5%进行测量，重复采集的点应均匀分布测区，具有代表性。

重复测量管线点的平面中误差ms和高程中误差mh分别按下式计算：

式中Δsi和Δhi分别为重复测量的管线点平面位置较差和高程较差；n为重复测量的点数。

计算公式得到的重复测量平面或高程中误差，不得超过《北京市地下管线探测规程》的规定，否则，返工重测；重测依然超限时，全面分析確定成果存在的问题所在并更正。

5.3 数据处理和图形成果质量检查

数据处理完成后应对管线数据文件进行质量检查。

过程检查分为作业员自检和作业组互检。过程检查应对所有成果进行100%检查校对。

管线数据进行图面检查和实地巡视对照检查，管线数据的质量应符合下列规定：

（1）管线无遗漏；

（2）管线连接关系正确；

通过管线数据处理软件对数据文件进行检查，数据文件应与管线图、成果表相互一致。

6 结语

石油长输管线大部分远离城区，一般没有纳入城市管线的管理系统，地下第三方交叉管线安全管理仍然存在诸多难题，为此需提高安全隐患识别技术，对管线经过的区域特别是高危险区采取相应的调查和测绘，为事故预防提供基础地理信息资料。石油管道地下交叉管线探测将是未来智慧管道发展的趋势，如何精确有效的探测出复杂交叉地段管线埋设情况，摸清管线勾稽关系，将是今后石油管输行业必将探索的方向，本文通过智能化管线管理系统建设经验，总结出了地下交叉管线探测内容、范围、基本流程及方法，提出了石油管道地下交叉隐蔽管线的追踪探测、管线平面位置的确定、地下管线的定位、地下管线深度的确定等探测实用性技巧，为石油管道地下交叉管线探测提供方法借鉴。

参考文献：

[1] 张丹.试论城市地下管线档案管理与信息化建设[J].档案学研究，2008，第3期：18-20.

作者简介：

徐从齐 中国石化销售有限公司华中分公司区域调控中心副主任师、工程师，主要从事成品油管道智能化系统建设、化工工艺研究、设备管理、信息项目建设等。

（作者单位：中国石化销售有限公司华中分公司）