地下管线探测方法技术与探测队伍施工组织

李凤之

(沈阳地球物理勘察院，辽宁 沈阳110121)

近年来随着地下管线普查探测在我国的全面铺开，投入到地下管线探测中的单位和人员越来越多，地下管线的探测设备、方法技术越来越丰富，探测精度和技术要求也越来越高。但各探测施工单位在快速发展的同时，探测人员的业务能力、知识水平参差不齐。如何提高地下管线普查探测项目的组织管理能力，加强各单位作业人员的技能培训，使他们熟练掌握地下管线探测方法和技术，无疑对工程的顺利进行和提高工作效率具有重要的意义。

一、地下管线探测对象和任务

地下管线是指埋设于地下的管道(包括给水、排水、燃气、热力及各种工业管道)和地下电缆(包括供电电缆和通信电缆)。地下管线探查是指对上述管线采用实地调查或仪器探查的方法，查明地下管线的敷设状况、在地面上的投影位置、埋深、管线的相关位置及走向，以及地下管线性质、规格、材质、建设时间和所属单位等，并测绘地下管线图、通过计算机对上述地下管线信息进行编辑和处理，为管线信息管理系统提供管线基础属性数据库。

二、地下管线的探测方法

地下管线的探测方法分为实地调查和仪器探查。实地调查是指到现场对地下管线的明显点(如各种窨井、阀门、接线箱和变压箱等)作实地调查或开井量测，并记录地下管线的各种属性、标记其位置。地下管线仪器探查的基本原理是管线的存在能引起物理异常，通过测量各种物理场分布的特征来确定地下管线的存在和位置。可供选择的物探方法有频率域电磁法、时域电磁法、电磁波法(探地雷达)、浅层地震法、磁法、电阻率法、红外辐射法、遥感法等，而其中最常用的方法是频率域电磁法和电磁波法。

1.频率域电磁法

(1)基本原理

一般在实际工作时，地下管线的长度要远大于埋深的5倍，因此被测地下管线可视为无限长直导线。这样就可以绘出单一管线上各种电磁响应及其参数含义，如图1所示。

图1 水平无限长单管线电磁异常曲线

从曲线图上可以看出各曲线的特征:Hx曲线峰值最大且在管线正上方，其半极值点宽度正好是管线埋深的2倍，0.8倍极值点的宽度正好等于管线的埋深;Hz曲线的最小点(哑点)在管线的正上方，其两极值间的宽度也等于2倍管线的埋深。因此，电磁法的工作原理就是用Hx分量、Hz分量确定管线平面位置，利用Hx半极值点间距等于2 h确定管线点埋深。

根据场源激发方式的不同，地下金属管线的探测方法可分为被动源法和主动源法。利用工频(50～60 Hz)或空间存在的其他电磁波信号在金属管线中所激发的电磁信号而进行探测的方法称为被动源法，如工频法、甚低频法等。主动源法的探测仪器由发射机和接收机两部分组成，发射机在发射线圈中供谐变电流，在空间建立谐变电场;地下管线在谐变磁场的激励下产生二次电流，在地面上通过接收机测定二次电流所产生的谐变场来推求管线的存在及具体位置。主动源法工作方式又根据激发方法的不同分为直接法、感应法、夹钳法。主动源法一般信号强且稳定、抗干扰能力强、定位深精度高。

(2)管线点定位方法

根据接收线圈位置的不同，地下管线定位方法可分为极大值法和极小值法。

当接收线圈与地面垂直时，接收机接收的电磁异常的水平分量Hx，根据图1可知，当x=0即接收线圈在管线正上方时，曲线有极大值。当接收线圈与地面平行时，接收机接收的是电磁异常的垂直分量Hz，根据图1可知，当x=0即线圈在管线正上方时，曲线有极小值。不管哪种场源激发方式，通常采用极小值法进行管线追踪，用极大值法精确定位管线点。

(3)管线点定深法

利用金属管线探测仪探测地下管线常用的定深方法有直读法、比值法。

①直读法

一般的管线探测仪如RD系列、LD系列、PL系列等仪器均有直接测深功能，直读埋深的计算公式为

此法测量地下管线的埋深操作简单、快速，但当周围存在干扰时，由于受干扰的程度不一样，直读埋深往往误差较大，因此在实际探测工作中，直读埋深一般只能作为参考。

②比值法

a.特征比值法:特征比值法是指用极大值两侧某点其值与极大值之比为一确定比值的两点之间的宽度或半宽度等于所测地下管线中心埋深这一特征来确定地下管线深度。对于水平分量Hx，这一比值分别为0.8、0.5，0.8 的宽度和 0.5 的半宽度均等于地下管线的中心埋深。其理论证明是非常简单的，根据电磁理论，有垂直管线方向上，二次场水平分量Hx可表示为

式中，K为常数;x为探测点与管线地面投影的距离;h为地下管线的中心埋深。

将 x 分别设置为0、h/2、h，即有

用此方法探测，由于受旁侧管线的干扰较大，其值可能偏深，使用时要注意修正。

b.70%定深法:对于RD系列类型仪器，通常使用70%进行定深测量，即ΔHx极大值两侧的0.7比值点的宽度即为地下管线的中心埋深。大量实践证明，用此法测深具有较高的精度，但在使用此法时，要注意所使用的仪器类别和型号。

2.电磁波法(探地雷达)

自上世纪末期国内引进探地雷达以来，探地雷达在工程勘察领域的应用日益广泛。由于其仪器轻便、工作效率高和无破坏性的特点，在城市地下管线普查中成为非金属管线探查的主要手段。

在探地雷达的工作点上，地下目标管线与周围介质的介电常数和电导率之间是否存在足够的差异，是探地雷达工作是否有效的前提。发射天线向地下发射宽频短脉冲电磁波，电磁波在地下传播过程中遇物性差异界面发生反射，反射波被接收天线所接受，并以图像的形式反映出来，通过分析研究反射信号的形态、位置等特征而达到探测的目的。管线在雷达图像上呈双曲线强反射特征。

三、地下管线数据处理

每天的外业探测结束后，作业人员必须把每天的记录(包括隐蔽管线点探测手簿和明显管线点调查表)整理出来，并绘制地下管线草图，以供内业人员数据录入(或导入计算机)中使用。

管线属性数据采用手工录入方式时，为了保证数据录入规范、快速，一般采用专门的地下管线数据处理程序，该程序应具有管线数据录入、编辑修改、检查、查询、接边，以及生成管线图形、图形编绘各输出成果数据等功能。

四、探测施工组织

1.施工作业组织作业流程

地下管线的实地调查、仪器探查、测量与建立地下管线数据库、编绘地下管线图、成果输出等均由施工单位内外业一体化完成，因此必须使作业组织、人员素质与专业结构、作业方式等做到管理的一体化，以适应多专业、多工序相结合的要求，便于工序衔接，充分配合，有效利用工时，避免重复作业和保证质量。应根据单位作业技术力量情况选择最优的配置和组织形式。根据多年施工的经验总结，采用的施工组织结构和施工作业流程如图2和图3所示。

图2 地下管线普查探测项目部组织机构图

图3 内外业一体化操作流程图

2.质量保证体系

作业单位应严格执行三级检查制度，即作业组自检、分队检查、单位质检部门检查。各级检查应按工序分别进行，避免将上道工序的问题带入下道工序，各级检查的比例一般应为自检100%，互检不得少于50%，质检不低于30%。对于探查作业的开挖检查，开挖点不得少于测区隐蔽管线点总数的2%，开挖点应均匀分布在不同种类的管线上和有代表性的地段，对超差点应分析查明原因然后改正，严格执行奖惩制度。

五、结束语

实际工作中，地下管线的敷设方式及其周围介质都可能较复杂，因此，每个管线点的定位定深都是多种探测方法综合应用的结果。地下管线探测技术是一项新兴的应用技术，因为理论和探测仪器等方面的原因，还存在许多难点问题:①小口径非金属管线的探测;②近间距平行管线的探测;③多层管线的探测;④超深管线的探测。因此，还需大力进行新技术、新产品的开发和利用，为管线探测服务。

［1］李启明.城市地下管线探测与非开挖施工新技术实用大全［M］.北京:科学技术出版社，2006:161-164.