城市地下管线疑难探测的方法及应用分析

文/聂清帅

1 地下管线探测技术方法的原理及特点

1.1 电磁探测法

电磁法是地下管线探测的核心技术。电磁探测技术的核心是地下管道信号(即两个磁场)的激发方式，它是目前国内外最成熟的地下管道探测技术。实际工作的关键是通过实验找到一种能够清晰有效地激发目标信号的方法。一般主要通过改变工作频率和信号应用方式的组合来实现。

1.2 电磁波（地质雷达）探测法

Gpr 是一种广谱(1mhz-2.5ghz)电磁波探测技术，用于确定地下介质的分布。探地雷达采用一个天线发射高频短脉冲和宽带电磁波，另一个天线接收来自地下介质接口的反射波。当电磁波在介质中传播时，它的路径、电磁场强度和波形会随着介质的电性质和几何形状的改变而改变。因此，根据传播时间(也称为双向传播时间)，可以推断出接收波的振幅和波形、介质的结构、结构和埋藏物。探地雷达技术是目前适应未来各种地下非金属管线探测技术最必要的技术。

1.3 地下管线探测的技术特点

局限性：首先经济特性使得探测技术的应用不足，在探测技术和方法的选择上存在一定的局限性。其次，任何检测方法都有一定的适用条件和固有的局限性。再次，检测结果往往基于模糊间接证据(检测信号) ，并且各种未知因素会对其产生干扰，因此基于它得出的结论往往具有一定的局限性。最后，探测人员的知识水平和工作经验往往对结果有一定的影响。在实际的检测工作中，各种制约因素交织在一起，对检测结果起着一定的作用[1]。

模糊性：在地下管线探测的实际过程中，探测器很难全面、准确地判断和预测电磁背景、地面电气状况、工作环境中目标和非目标管线的状况以及它们之间的相互干扰关系。在地下管线检测的实际过程中，检测方法受到限制。作为间接证据，检测信号的判断是主观的。因此，整个检测工作是在模糊状态下进行的，检测结果是模糊的。

经济的快速发展促进了测绘事业的不断进步。新仪器、新设备、新技术、新方法不断涌现。地下管线检测是城市基础设施的重要组成部分，随着地理信息系统的发展，城市地下管网的现状越来越受到人们的关注。为了使工程规划、设计和施工更加科学，使现有的地下管线工程得到有效的管理，获取现有的、准确的地下管线施工数据，为城市管理和总体规划提供科学有效的依据就显得更加迫切。

2 地下管线探测的现状

城市地下管线探测过程中遇到的困难大致有三个方面：一是管线并行埋设方式相互干扰大，为了更好地节省城市空间资源，管线通常在管线之间并行埋设；但是管线间距离较近，分离管线之间的相互干扰很大，特别是相邻管线之间的电磁干扰较大。二是非金属材料的地下管线探测较为困难，因为非金属材料不能用电磁感应探测，管线探测器不能探测其位置和埋深。

由于目前地下管线探测技术主要针对金属材料管线，硬磁材料管线探测技术发展迅速，但非金属材料管线探测技术发展不够，增加了非金属材料地下管线探测的难度。三是由于地下管线埋深较大，进一步增加了普通探测器准确探测的难度。

影响地下管线探测的主要因素有以下几点。

2.1 测仪器本身存在一些不足

需要对探测器进行一致性对比试验，以确定仪器的校正系数。

2.2 土质条件不同导致探测精度不够

由于直埋管道的土质条件不同，对管道的探测精度有一定的影响，需要进行一定数量的开挖验证，或者在能够准确确定埋深的位置进行验证，以确定是否应增加埋深和平面位置修正系数。根据工作经验，细湿土的探测效果好，干旱、沙土层的探测效果差，积水区域和高铁土层的探测效果差[2]。

2.3 探测效果受管道埋深影响大

由于探测仪器的探测效果受管道埋深的影响很大，特别是采用感应法进行探测时，深埋管道能接收到的信号很弱，探测效果一般不理想。在这个时候，有必要不断改变探测方法，如改变发射机的姿态。

2.4 探测重叠管道误差大

住宅管道在重叠的情况下也能满足管道的使用要求。用电磁法探测金属管道重叠时，由于重叠管道之间的相互干扰，观测到是上下管道的异常重叠，再加上电磁法可以精确定位，但测深误差较大，但重叠管道并不总是重叠。一般情况下，它们可以分别设置在分岔点，计算重叠管的深度。

2.5 地下管线的探测精度受以下因素影响

埋深与管径的比值、接收器是否偏离管道上方、探头与交汇处的距离受外界条件的影响，因此在跟踪定位探测过程中应随时注意探测，并提取出异常深度值，其中以探头深度作为某一断面的深度。

3 管线探测方法及其应用类型

3.1 地质雷达探测法

地质雷达既能探测金属管道，又能探测水泥管、塑料管、金属陶瓷管等非金属管道，还能探测信号弱的金属管道（如铸铁管、带橡胶垫接口的球墨铸铁管），探测信号难以区分平行管道和交叉管道等，探地雷达探测是一种基于不同地下介质介电常数差异的地球物理勘探。它通过发射天线发射高频电磁脉冲，主频率为数十兆赫（到百兆赫至千兆赫），当这种脉冲在地下传播时，遇到异常物体与周围介质分界面时会产生反射波。反射波反射回地表后，由接收天线接收，传输到主机进行记录和显示，然后穿过地下岩土层界面，通过数据的后处理和反演解释，得到地下管线的位置、埋深等参数。由于非金属管道一般具有较高的电阻率，其介电常数与周围介质有明显的差异，因此采用探地雷达法探测，效果明显[3]。

3.2 金属管线仪探测法

金属管道探测器的探测方法主要用于探测金属管道、地下电缆等，主要采用英国雷迪公司生产的RD系列、日本富士公司生产的PL 系列等管道探测器，均具有电磁波宽、性能稳定、分辨率高的特点。金属管道探测器的主要工作方式有直接法、电磁感应法和耦合法。

直接法（装料法）:金属管道勘探的主要方法。这种方法对于带露点（阀门等）的金属管道的探测是非常有效的。探测时，将发射机输出线红色端直接连接到管线的裸露金属部分，另一端接地，并保持良好的电气接触和接地条件，使目标管道通电产生磁场，操作者持有探测器的接收器，保持与发射器在同一频率上，沿着管道的前进方向左右搜索，根据磁场信号强度的显示将目标管道定位以进行跟踪和探测。

电磁感应法：这种方法用于探测露点稀少、直径大的金属管道。在知道目标管道大致方向的前提下，探测器的发射机将目标管道水平放置在地面上与目标管道平行，打开电源，将发射机产生的电信号诱导到目标管道产生电磁场，操作员将接收机垂直于目标搜索方向，探测管道走向，并根据显示在目标管道上的磁场信号强度确定目标管道，从而进行跟踪探测。

耦合法：这种方法适用于管线外露，但无法（或不允许）接触其金属部位，且待测地下管线的近端和远端都必须接地以形成回路，特别适用于电力电缆以及弱电电缆。这种方法是一种特殊的外部感应线圈（有时称为耦合钳），其工作原理与感应法相似。由发射机产生电磁信号，夹钳部位电缆感应到电磁信号后，在电缆上产生感应电流，在电流的传播过程中，通过该地下电缆向地面辐射出电磁波并由接收机接收信号。

3.3 其他管线探测方法

大型地下排水沟（或防空洞）、带有示踪线的非金属管线探测中，如果地表明显点少，探测障碍物多，地质雷达无法探测目标，可采用示踪法。示踪电磁法：采用非金属管道探头沿管道埋设路面，探测器接收器用于接收地面上非金属管道探头的调制发送讯号。为了解决排水管道的常规探测和调查问题，方便了排水管道的定位，但难以确定支管的实际连接关系。

声波探测法适用于小口径管道的探测，但对埋地过深的管道难以探测，使用场所必须有管道设施的外露点，才能安装振动器。其原理是声波原理，利用管道及其内部液体的声波传播特性来探测管道的位置。它的基本使用方法是利用振荡器信号向管道中加入一个具有特定频率的声音，利用拾音器采集管道在远处路面上传输的声波，从而达到管道定位的目的。非金属管道脉冲定位仪只能对管道进行平面定位，不能测量埋深。

信标探测方法适用于在管道的重要部位（如三通、拐点、盲端）布置信标，或适用于开放管道，即非压力管道、重力管道、信带、维修井或检查井及其他设施，只适用于这一水平的排水管道。信标探测器通过发送信标频率脉冲信号，定位埋设在地下管道上方的信标分布，使地下信标探测器的探测精度降低。该仪器采用这种感应方式，将信号转换成音频报警信号，确定管路的位置。信标探测器可探测不同形状的圆柱或环形地下信标，不同埋深的信标对应不同的频率。

4 结语

城市地下管线分布复杂，管线施工工艺差异大，大直径、非金属、深埋管线日益增多，找出管线的方向、埋深及连接关系已成为管线探测的难点。随着城市化水平的提高和经济的发展，对城市地下管网的检测提出了越来越高的要求。为了满足这些要求，顺应这一发展趋势，城市地下管网的检测技术也在进行改革，地下管线的科学设计、规划和建设是未来城市地下空间成功、高效利用的重要前提，是城市健康、绿色、协调、可持续发展和有效应对突发事件的重要保证。