复杂条件下城市地下管线探测技术的实施以及应用

杨起营 张宝

0 引言

在复杂条件下开展城市地下管线探测工作，应用率较高的探测方法包括电探测法、瞬变电磁法、电磁感应法、探地雷达电磁波法等。为了满足地下管线探测工作要求，施工人员需要结合施工场地的具体状况，选择符合要求的探测方法，在有效识别和消除各项干扰因素之后，保证探测工程整体施工质量符合标准要求。本文从地下管线探测基本原理和优势入手，结合复杂条件下城市地下管线探测方法展开阐述，针对地下管线探测技术的具体应用表现进行全面探讨。

1 地下管线探测基本原理及技术优势

1.1 基本原理

在实际开展城市地下管线探测工作期间，施工人员非常依赖地下管线探测仪，主要就是利用电磁信号的原理，对地下金属管道的具体走向、深度等进行探测。工作原理是指在发射机正常运行的状况下产生电磁波，通过不同的发射连接方式，将具体发送的信号传送到地下被探测金属的管线上，在地下金属管线感应到电磁波之后，就会在地下金属管线的表面产生相应的感应电流，其会沿着金属管线向远处传播，在此期间也会通过地下金属管线向地面辐射出电磁波。在此之后，地下管线探测仪接收机在实际对地面进行探测时，能够在地下金属管线的正上方地面接收到电磁波信号，依据信号的强弱变化状况，可以精准地判断城市地下金属管线的位置和走向。在城市建设项目逐步增多的状况下，更应着重开展地下管线探测工作，主要因为城市地下管线非常复杂，要保证城市地下管线处于合理分布状态，如何选用科学合理的地下管线探测技术非常关键，其会对城市人们生活质量造成直接影响。

1.2 技术应用优势

城市在发展建设过程中，会在地下埋设多种类型的管线，不同的管线工作状态不同，其中较为常见的地下管线，包括输配电电缆、绿化供水管线、工业用水管线、生活和消防供水管线等。为了在复杂条件下高效开展城市地下管线探测工作，就要充分利用地下管线辐射的电磁场信号做好定位工作，在获取地下管线的埋设深度这一信息之后，精准找到地下管线的具体位置，便于施工人员掌握地下管线的分布位置。

城市地下管线的具体分布状况，能够反映出城市的发展水平。基于此，这就要高效应用地下管线探测技术，了解地下管线实际分布状况，从而为后续制定具有针对性的城市建设方案提供依据。除此之外，正确应用地下管线探测技术，也可以补充地下管线信息，在确定地下管线分布位置和深度等多项信息之后，保证具体制定的城市建设和规划方案具有科学合理性，进而实现推动城市长远发展的目标。

2 复杂条件下城市地下管线探测方法

2.1 电探测法

在复杂条件下开展城市地下管线探测工作时，具体应用的电探测法有直流电探测法、交流电探测法。

（1）直流电探测法：在实际操作过程中，主要利用两个供电电极达到直流电供电的目的，同时也要在地下环境中构建一个供电循环系统，在保证电流长期维持稳定的同时，精准地判断城市地下金属管线所处的位置。在具体应用直流电探测法开展地下管线探测工作时，一定要明确地下管线与周边介质二者之间存在的差异，并要充分应用电流在低阻体、高阻体中的差异化分布状况，高效完成地下管线探测工作。通常状况下，在低阻体中应用直流电探测法的探测效果更加显著。

（2）交流电探测法：在应用交流电探测法开展地下管线探测工作时，主要是利用交流电所形成的磁场来探测地下管线，能够保证地下管线探测数据具有精准性。在交流电探测法充分发挥作用之后，可以全面掌握并分析地下不同介质之间的差异，这样就可以明确差异来源。

2.2 瞬变电磁法

在开展自来水、污水、雨水管道探测工作中会应用瞬变电磁法，主要就是向地下实现脉冲电磁场的发射，使底层介质出现二次电磁场之后，同步使用线圈接收信号。在做好信号分析工作之后，可以获取相关数据信息，这样可以为后续高效落实地下管线探测工作提供参考依据。瞬变电磁法与探地雷达法具有相似性，在具体探测过程中金属管道或是管道内电物质反应均属于低电阻体，而附近的介质属于高阻体，这样就可以精准地掌握地下管线具体分布的深度和位置等方面的信息。瞬变电磁法具有诸多应用优势，如反应灵敏性强，将其应用到排水管线和其他类型的管线探测工作中，可以获取真实可靠的信息。

2.3 电磁感应法

一般状况下，在导电金属周围会分布磁场，这样可以通过电磁感应法收集相关磁场，之后再精准地判断地下管线埋设的具体深度和位置。在复杂条件下开展城市地下管线探测工作，应用电磁感应法具有方便快捷的特性，能够高效探测出金属类和线缆类的地下管线。地下管线探测人员为了进一步提高探测信息精准性，也可以通过人工激发的方式完成管线中的电流激发工作。人工激发方法主要包括直连法、夹钳法、磁偶感应法，需要结合不同类型的管线选择符合要求的激发方法。

2.4 探地雷达电磁波法

地下管线探测人员在实际操作期间，将探地雷达电磁波法作为一种辅助方法进行应用，其比较适合应用在非金属地下管线的探测工作中。正确应用探地雷达电磁波法来探测地下管线的布局状况，主要利用探地雷达发射天线来发射电磁波，之后通过接收天线来接收管线反射出的相应电磁波，在做好电磁波分析工作之后，可以明确地下管线的深度和位置。

3 复杂条件下城市地下管线探测技术应用表现

3.1 在探测近间距并行式管线中的应用

受到城市建设这项工作的影响，现阶段一些城市中可以使用的地下空间比较少，在实际开展管线埋设工作时，主要以应用平行埋设方式为主。虽然具有一定优势，但是也会给探测近距离并行式管线造成不利影响。例如：如果管线之间的距离比较小，并且异常曲线处于单峰状态，这样就无法通过峰值来判断复杂条件下城市地下埋设的管线数量。如果管线之间存在的距离过大，就会形成一些峰值，而曲线具有不对称性，会使管线对应的平面位置针对异常峰值产生位移问题。出现这两种现象的主要原因，是因为管线之间存在互感与耦合的作用，这样就会出现异常叠加的状况。为了做好异常处理工作，需要结合具体状况，科学合理地调整施工方式，具体如下。

在具体操作过程中充分应用直接法，主要针对管线向外出露的位置进行充电，并要保证电流可以顺延目标管线进行流动，这种方法适合应用在探测金属管道施工中。此外，在探测电力与电信类的电缆管线期间，可以使用夹钳法形成感应电流。在一些比较特别的探测条件下，如果无法使用夹钳法和直接法，那么可以应用压线法进行探测，需要引进感应阀，在严格管控干扰问题过程中，也要充分应用垂直、倾斜、水平压线法。除此之外，如果发现两条管线的位置处于相邻状态、材质与埋深都存在差异、管线处于电磁场内部的具体场位与磁感应缺乏一致性，导致形成了差异化的感应电流，就要充分利用发射机设备具体产生的压线感应，在目标管线中产生感应电流，并要对旁侧具体存在的干扰因素进行控制，在精准获取目标管线产生的有效异常之后，可以更加精准地定位地下管线。

3.2 在探测各种非金属类管线中的应用

复杂条件下的城市地下管线种类较多，并且管线的材质存在差异性，在一个管线系统中也会应用多种材质。在管线仪器设备的辅助下，能够精准地探测金属管线，但是此项操作也存在一定的弊端，如不能完成非金属类的管线探测工作。现阶段具体可以使用的物探技术多种多样，但是仍然存在使用效果不佳的问题。基于此，在实际开展管线探测工作时，需要对处于浅地表中的管线对应的精准空间位置定位问题进行处理，考虑到此项工作对精度具有较高的要求，这就要保证达到厘米级别。在应用管线探测仪装置开展非金属管线处理工作期间，极易产生探测效果不佳的问题，这就要结合具体的探测要求，高效应用探地雷达。

以A 城市的道路交叉口管线探测工作为例，进行分析，使用RD8000 管线仪探测信号非常弱，该项目的天然气管道采用顶管（钢管外加800mm 套管）进行施工，可知套管管底的深度为4m，顶管施工至30m 处发现给水管道与套管正交，已经完成的30m 工程处于作废状态。在到施工现场探测之后，可知离路口东侧100m 处的湖下发现600mm 给水管道出露，测量管顶标高为19.6m，推算路口处该管道的深度为3.7m，其与顶管施工发现该水管道的深度具有一致性。基于此，为了提高探测结果精准性，就要明确以下几项影响因素。

（1）在具体应用探地雷达法开展地下城市管线探测工作时，最终的探测结果极易受到其他因素的影响，如周边介质的材质、地下管线材质等是不能忽视的影响因素。介电常数之间存在一定的差异，在差异逐步增大之后，反射界面就会变得更加明显，进而也会使反射系数增大，异常图变得更加清晰；在介电差异逐步缩小之后，反射界面并不会表现得非常明显，此种状况下雷达将难以探测反射信号。电导率也是影响探地雷达使用效果的一项关键因素，介质吸收系数与电导率二者之间具有负相关的关系。如果介质电阻率不大，但是吸收系数却比较大，电磁波仅有较小的穿透深度，那么雷达就难以接收反射信号。

（2）地下管线周边介质的分布均匀程度，也是非常重要的一项影响因素。在实际开展地下管线埋设工作时，通常需要采取挖沟回填、覆盖等施工技术，最终原土层与回填土结构就会遭到破坏，进而就会使电导率与介电常数出现不一致的问题；在回填土的内部存在建筑垃圾，如砖头和石块等，土质与这些建筑垃圾之间存在电导率、介电常数差异，极易在雷达剖面上出现干扰异常的问题，进而就会对管线异常识别工作造成影响。在实际开展探测工作时，非常关键的一项工作就是掌握地下管线的主要信息，如掌握地下管线的具体埋设状况、材质与规格、规模与异常形态等，在此之后对地下管线进行探测和识别。

（3）探测环境是影响复杂条件下城市地下管线探测结果的一项关键因素。在实际开展探测工作时，应用雷达需要在较为平坦的地势条件下开展，并且要规避无线电式射频源与大件的金属材质物体，这样干扰因素在对雷达产生一定的影响之后，就会使其反射波形成异常的状况，进而无法保证雷达系统安全稳定运行。现阶段可以利用的地下空间资源比较少，在实际埋设管线期间会在近距离的条件下开展，并且一部分的管线还会采取平行排列、斜列敷设与上下排列的方法等。实际上，这些操作都会对雷达探测活动造成影响，在全面开展探测管线这项工作时，需要在前期阶段调查各种类型管线具体的位置、制作的材质、规格等，最终目标是为后续排除干扰因素创造条件。

为了保障复杂条件下城市地下管线探测工作符合标准要求，就要在明确探测技术应用要点之后，对管线探测的精度进行严格管控。比如：严格管控隐蔽管线点的探测精度，高程中误差不大于±2cm；水平位置的限差不大于±（5+0.05h），在测区较大并且缺少四等及以上水准点的状况时，地下管线埋深不大于±（5+0.07h）；管线点的解析坐标中误差不大于±5cm，地下管线图上测量点位中误差不大于±0.5mm。

4 城市地下管线探测技术未来发展趋势

在实际开展城市建设工作时，需要着重开展地下管线探测工作，在初期建设管线时，存在没有及时保存完整材料、材料精准度不高的问题、地下管理效率低等问题。为了保证地下管线探测技术充分发挥应用价值，在未来应用该项技术过程中先要围绕管线的具体状况进行分析，制定具有集约化特征的管理方案，如不仅要解决地下管线无序布设的问题，也要避免出现重复建设的问题，从而为后续降低探测管线条件的复杂性创造条件。考虑到非金属类的管道被广泛应用在地下管线系统中，加之还要预防煤气管道泄露和腐蚀等问题，这样就会使用铝塑复合材质类的管道、PE 管道、PE 塑料管等，但是非金属管线不导电、不导磁，其成为探测工作中一项难以处理的问题。基于此，在未来解决非金属管线探测问题时，需要结合实际状况，做好以下两项工作。

（1）在铺设管线同时预埋金属示踪线，或是埋设记标钉，这样能够为后续精准探测非金属管线创造条件，在金属管线探测仪探测示踪线发挥作用的状况下，精准定位地下管线。构建完善的地下管线建设法规，大范围推广非金属管道示踪线的埋设。

（2）二是在研发非金属管线探测方法、探测仪器工作中投入更多的时间和精力，如保证精度、效率等满足城市地下管线探测要求。

5 结语

综上，在对复杂条件下的城市地下管线进行探测时，具有较高的难度，不仅要结合探测要求进行分析，也要选择具有针对性的探测技术，在保证探测方案具有科学合理性同时，为后续城市建设与发展提供保障。现阶段较为常用的探测方法包括电探测法、瞬变电磁电、电磁感应法、探地雷达电磁波法等，在实际探测近间距并行式管线、非金属类管线期间，需要充分考虑各项影响因素，在保证探测技术最大程度上发挥作用之后，满足地下管线探测要求，从而获取精准的信息，为后续制定科学合理的城市规划和建设方案提供依据。