上海市地下深埋管线探测方法

2021-08-19卓路路孙雷江

岩土工程技术 2021年4期

卓路路孙雷江

（1.上海旻悦勘察设计有限公司，上海 200120；2.上海海洋地质勘察设计有限公司，上海 200120）

0 引言

随着城市基础设施及配套管线建设的不断完善，开槽埋管的施工安全性低、破坏环境、影响交通、综合成本高等问题日益突出，且城市区域浅层地下空间多被既有管线占用[1−2]，特别是对于地下管线复杂、存在或敷设大直径管道的情况时，浅层地下空间不足的情况尤为明显；另一方面对于管线需穿越高速公路、铁路、河道、湖泊等情况，开槽埋管法一般难以实施。

鉴于此，非开挖技术敷设管线技术得到迅速发展，成为各类管线敷设的重要方法[3]。但是由于早期资料的缺失及现有探测技术的局限性，非开挖施工的深埋管线探测问题日渐明显。根据姚君鹏、张汉春、陈丽等对深埋管线探测的研究，各探测方法均有一定的局限性[4−9]，本文在此基础上对常用的探测方法优、缺点及适用性进行总结，并结合上海区域工程实例对探测方法的选择及验证做了具体分析，为类似工程方法选择及方案实施提供参考。

1 上海市地下非开挖管线的现状

上海市的城市建设日趋完善，非开挖技术铺设管线在环境保护、成本控制等方面的优势明显，得到了政府部门及各管线单位的有力支持；且上海大部分地区地层30 m 以内分布着流塑−可塑状的黏性土或松散−中密状的粉（砂）性土，土层力学性质强度低，非常适于非开挖技术的应用。

由于城市建筑密集，空间有限，各类管线多集中分布于既有市政道路两侧，故存在各类管线错综复杂、埋深不一的特点；采用非开挖技术敷设的管线主要为信息管线、电力管线、高压燃气管道等；采用非开挖技术的管线主要位于穿越河道、铁路、公路、建构筑物以及浅部既有管线复杂的区域。

一方面，非开挖管线的埋深差异较大，一般的非开挖管线埋深约3~15 m 不等，部分穿越重要河道或建构筑物的管线埋深超过25 m，非开挖管线交叉错综的现象普遍存在；另一方面由于早期疏于地下管线信息管理，很多管线原始资料缺失或信息有限，无法准确获取管线的位置及埋深情况，且对于埋深大于5 m 的管线探测难度大、精度低，故地下非开挖管线的信息采集情况不甚理想[4]。

2 深埋地下管线探测的需求

管线新建、管线维修、地下桩基础的实施及深基坑开挖等区域存在或紧邻既有深埋地下管线的情况时有发生，为了避开或有效地保护既有管线，需要准确获取管线的三维坐标信息。近年工程施工破坏地下管线时有发生，特别是深埋的地下管线，多为重大管线，一旦破坏，其维修难度大、维修时间长、影响范围广、危险性大；如2018年深圳地铁施工期间连续打断7 条电缆及1 条供水主管道，造成了较大的经济损失，严重影响了周边居民及商户的日常生活、生产。地下深埋管线的精确探测问题亟待解决。

3 深埋管线的探测方法及适用性分析

虽然目前各地非开挖深埋管线探测有多种探测方法及成功案例，但是考虑到各个场地环境及管线本身的差异性较大，地下深埋非开挖管线的定位还是存在很大的难度，值得进一步探讨。

根据前人对地下深埋管道的探测研究及实践应用情况，现阶段深埋管线的探测常用方法包括：导向仪法、电磁法、地质雷达法、井中磁梯度法、直接法等及两种或两种以上方法相结合的形式[5−9]。依据以上各探测方法的探测原理及方式不同，各方法的适用性、优缺点有较大差别，结合上海市非开挖管线的特点、地质条件、环境情况及工程实践经验，对各个探测方法的特点及适用性进行分析见表1。

表1 常用的深埋管线探测方法特点及适用性分析

电磁法、地质雷达法、高密度电法、地震映像法及面波法，探测效果较差，精度低，在对管线大概位置也不知晓的情况下，可根据现场条件进行前期的初步查找定位，然后可采用直接法或其他方法进行对比验证，但成本较高；一般已知管道大致位置时，根据场地环境，建议优先采取以下方案：

（1）对于大直径的金属或非金属管道可采用直接法，该方法简单直接，探测精度高，对于管道保护要求较高或安全隐患较大时慎用；

（2）对于金属性管道可采用井中磁梯度法，虽然效率较低，但探测精度高，相对于直接法可适当增大钻孔距离，避免触碰管道，且对于小管径金属管道可避免密集钻孔；

（3）对于两端非封闭的非金属管道，建议先采用导向仪法进行定位，当管道埋深较深（>7 m）或干扰较大且精度要求高时，建议采用陀螺仪法（金属管道亦适用）。

4 实例应用

4.1 工程概况

项目为上海市某区排水系统工程，拟建排水管道直径为2400 mm，采用顶管法施工，管道呈南北走向。拟探测的东西走向目标航油管道与拟建排水管道呈近似正交，其材质为金属、管径为273 mm，埋深约为6～9 m 之间，平面位置分布区间宽度约8 m；另该段拟建管道距西侧并排规划地铁线边线距离约3～12 m 不等；横穿既有S20 外环线高架桥墩之间，且与一路深埋原水管道斜交，原水管道直径3500 mm，管道中心标高–16.0 m（由原水管道竣工资料查取），详细分布见图1。

图1 管线分布相对位置情况

该段拟建大直径排水管道实施空间极其有限，平面位置受既有桥墩及规划地铁路线的限制可调范围很小，埋深受整条排水线规划标高及下部原水管道的限制可调整范围亦很小，为了保护既有管道需求，需精确规划拟建排水管道的空间位置，委托方要求探测深度及平面位置误差小于0.3 m。

4.2 探测方案及过程

针对项目的特点及场地情况，采用磁梯度法进行航油管道的探测，并采用直接法静力触探对探测成果进行验证，同时复核了斜交的深埋原水管道埋深。具体的探测步骤如下：

（1）根据收集的航油管道资料，利用大功率管线探测仪进行追踪，探测出两头浅部管线的走向，大致确认与拟建排水管道交叉区域（拟探测区域）的走向及平面位置。

（2）利用管线探测仪等对拟探测区域进行浅埋管线探测，为钻孔布置做参考，避免破坏浅部管线。

（3）根据航油管道的管径及可能的平面分布区间宽度，确定在拟建排水管道两侧垂直于航油管道布置A、B 两条测线，每条测线均匀布置8 个钻孔（见图2）；根据管道的埋深6～9 m，确认钻孔深度为12.5 m，探测深度为12 m。

图2 探测孔平面布置

（4）根据钻孔布置图，现场利用GPS 进行钻孔位测放，采集孔口高程，并根据现场情况避开既有浅埋管线。

（5）根据场地地层情况，开孔进入地面以下2 m后，采用水冲法钻进，并将钻头更换为同尺寸的塑料钻头，防止破坏管道保护层，钻孔顺序为从两侧向中间进行。

（6）成孔后将准备好的PVC 管下至孔底，孔口高出地面0.1～0.3 m，PVC 管径一般可选7～11 cm，且接管处不得采用金属材质扣件。

（7）采用CCT-4 型磁梯度仪进行探测（可测读±20000 nT，测读分辨率为0.1 nT/字），先将磁梯度探头放入PVC 套管内至12 m 深度处（自孔口起算），准备就绪后，以0.1 m 的间隔逐步向上探测各深度处的磁梯度值，每孔采集两次。

（8）根据现场探测的磁梯度异常情况，确认下一个钻孔的实施位置，根据磁梯度数据成果，有针对性地进行静力触探法验证。

4.3 成果分析

按照以上步骤，本次从测线A 上1 号孔位置进行钻孔及探测，根据探测结果显示在1、2 号孔内的量测磁梯度无异常，其代表性磁梯度曲线如图3所示；在3 号孔内的磁梯度曲线如图4所示，经分析在埋深约7.53 m 处磁梯度异常，初步判断为拟探测的目标航油管道引起；然后分别进行5 号孔及4 号孔的探测，磁梯度曲线如图5所示，在约7.45 m 处磁梯度异常，5 号孔磁梯度无明显异常；据此判断A 测线处航油管道位于4、5 号孔之间，管顶埋深约为7.49 m（标高−2.88 m）。对于测线B，参照A 测线的成果，由外侧向内依次进行探测，结果显示，只有11 号孔及12 号孔分别在7.51 m 及7.55 m 存在磁梯度异常现象，故判断测线B 处航油管道位于11、12 号孔之间，管顶埋深约为7.53 m（标高−2.94 m）。

图3 孔1 号磁梯度曲线

图4 孔3 号磁梯度曲线

图5 孔4 号磁梯度曲线

根据磁梯度探测成果，分布在A 测线的4 孔、5孔之间及B 测线的11 孔、12 孔之间采用静力触探法进行管位及埋深的验证，最终确认A 测线处管道顶的标高为−2.85 m，B 测线管道顶标高为−2.90 m，与磁梯度仪探测结果基本一致。另外为了准确掌握原水管道的埋深情况，利用静力触探在两条管线交汇处进行复核，测得原水管顶标高为−16.12 m，与收集的竣工资料−16.0 m 相差不大。

4.4 注意事项

（1）钻孔前，应进行浅部常规管线探测，根据管线情况布置灵活调整钻孔位置，避免破坏浅部既有管线；水冲钻孔过程中应采用塑料钻头，匀速钻进，特别是接近预估埋深2 m 以内时，建议钻进速度不大于30 cm/min，一旦遇到障碍，立即停止钻进。

（2）由于上海区域大部分地区浅层2.0～20.0 m区间土层性质差，很容易出现塌孔、缩孔现象，故成孔后应立即下PVC 套管。

（3）探测孔完成后应立即进行仪器探测，为了避免触碰管道，建议由外侧向内侧顺序进行，并根据探测成果情况确定下一个实施的钻孔位置。

（4）采用直接法进行验证时，应提前收集附近的地层数据，如本次探测前收集到附近工程地质资料显示，除了表层约2.5 m 深度内土层，其余土层的比贯入阻力Ps值最大不超过1.5 MPa；据此，在探测静力触探压入过程中，当屏显Ps值出现明显大于1.5 MPa现象时应立即停止贯入，分析其原因；且在接近管线预估埋深范围2 m 以内时应控制贯入速度，建议贯入速度不大于40 cm/min。