《測繪通報》2016年增刊

作者：韓沙沙，王照天，郭凱

摘要: 通過對地下管線探測方法及其適用性和利弊的研究分析，總結(jié)出不同類型地下管線的最適宜方法，并結(jié)合近幾年本單位管線探測項目開挖驗證資料給出精度分析。通過精度分析，進而得出針對不同管線探測所采納的最優(yōu)方法，從而實現(xiàn)野外工作高速、高效、高精度的生產(chǎn)目標。

關(guān)鍵詞: 管線探測;精度分析;方法綜述

地下管線工程設(shè)施，貫穿于整個建設(shè)過程，是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施。其給水、排水、供氣、通信電纜、電力等，構(gòu)成城市的“生命線”，擔負著城市的能源供給、信息傳輸、污水和廢水排放，對城市的生存和發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。隨著社會現(xiàn)代化的日益發(fā)展，城市地下的管線種類日趨增多，管線在地下互相交錯，錯綜復雜，這無疑給地下管線探測增加了難度[1]。

本文通過分析研究各種地下管線探測方法的適用性及利弊，為地下管線探測施工方法的選擇提供參考。

一、地下管線探測方法及其適用性和利弊

1. 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法以目標體與周圍介質(zhì)存在的導電性和導磁性的差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究電( 磁) 場空間與時間分布規(guī)律，從而達到尋找目標體的目的的一種物探方法[2-3]。

電磁感應(yīng)法的原理是通過發(fā)射機向地下發(fā)射諧變磁場，地下管線在諧變磁場的激勵下形成電流，進而產(chǎn)生二次磁場，接收機地下返回的二次場信息，進而推斷地下管線的平面、深度等空間位置[4]。

應(yīng)用電磁法探測地下管線常用的施加信號的方法有: 直接法、感應(yīng)法、夾鉗法、甚低頻法和示蹤法[5]。

1) 直接法:將發(fā)射信號的輸出端直接連接在被測管線上，給其供電，利用接收機接收管線中電流產(chǎn)生的交變磁場[6]。

直接法有3 種連接方式:單端連接( 如圖1 所示)、雙端連接和遠接地單端連接。選用直接法時，無論哪種連接方式，連接點必須接地良好，應(yīng)將金屬的絕緣層潯刮干凈，接地電極盡量布設(shè)在垂直管線走向的方向上，距離大于10 倍埋設(shè)深度的地方，應(yīng)盡量減小接地電阻。

直接法直接向金屬管線施加電流，信號強，定位、定深精度高，易分清近距離管線，但金屬管線必須有出露點，且接地必須良好。該方法條件要求高，操作較麻煩，應(yīng)用面窄，可用于探測金屬的供水管道，嚴禁在易燃、易爆管道上使用。

該法信號強，定位、定深精度高，易分清近距離管線，但金屬管線必須有出露點，且需良好的接地條件。

1 直接法單端連接

2) 夾鉗法:將專用的環(huán)形夾鉗套在被測金屬管線上，通過夾鉗產(chǎn)生的諧變磁場直接耦合到被測管線上，使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，用接收機接收被測管線感應(yīng)電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場。

夾鉗法直接將信號施加于金屬管線上，方法簡單易操作，信號強，精度高，適用于通信線纜、輸電電纜等小口徑線纜，可用來探測電力、信號燈、路燈、通信等管線。

3) 感應(yīng)法:通過發(fā)射機發(fā)射諧變電磁場，使地下金屬管線產(chǎn)生感應(yīng)電流，在其周圍形成二次場。通過接收機在地面接收二次場，從而對地下管線進行搜查、定位。

感應(yīng)法依據(jù)壓制干擾管線的方式不同，又分為垂直壓線法、水平壓線法、傾斜壓線法。在邊上無相鄰管線干擾的情況下用水平壓線法信號最強，當邊上有相鄰管線且距離較近時，采用傾斜壓線法效果最好，因為其壓制干擾信號能力最強[7]。

感應(yīng)法操作簡單，適用面廣，可用于探測所有金屬管線，但因其信號弱、易受到干擾、精度低的缺點，一般只在夾鉗法和直連法無法操作的情況下才使用，比如管徑較大的金屬燃氣、供熱、供水管道，線纜很粗的高壓線纜，管線沒有出露的國防光纜和供電光纜等無法直連和夾鉗的情況。同時感應(yīng)法也適用于盲探，以初步確定管線走向。

4) 甚低頻法:利用甚低頻無線電臺所發(fā)射的無線電信號，探測在金屬管線中感應(yīng)的電流所產(chǎn)生的電磁場進行的探測方法。甚低頻法具有場強均勻、噪聲低、電臺工作時間長等特點，但易受干擾，精度低，應(yīng)用較少，可用來做盲探[8]。

5) 示蹤法:借助示蹤裝置，使其沿非金屬管道發(fā)射電磁信號，然后使用接收裝置在地面追蹤信號，以探測非金屬管道的一種探測方法[4]。

示蹤法解決了電磁感應(yīng)法不能探測非金屬管道的難題，信號強、探測精度高，可用來探測雨污水管道，但施工麻煩、效率低，應(yīng)用較少。

穿線示蹤法作為示蹤法的變形，主要針對通信管線空管設(shè)計，即在空管中穿上電線，使用夾鉗法探測空管的平面位置和深度。

圖2 示蹤法示意圖

綜上所述，電磁感應(yīng)法探測手段多樣、使用面廣、探測精度高，是地下管線探測最常用的一類物探方法。

2. 高密度電法

高密度電法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，都是以目標體與周圍介質(zhì)存在的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析不同極距的電位差確定目標體的平面位置和深度。高密度電法的電極布置一次完成，通過程控方式使供電極和接收極自動切換和組合，一次性可以采集大量不同位置和深度的視電阻率值，經(jīng)過處理解釋，依據(jù)視電阻率的分布規(guī)律了解地下異常體的分布狀況，最終達到探測目標體的目的。

高密度電法具有抗干擾能力強，探測精度高，可探測金屬管線和非金屬管線等優(yōu)點，但其一次布極往往需要36 個以上電極，電極需砸入地面30 cm 以上，且要保證良好的接地，同時測線需與管線垂直，測線長度往往達到幾十米甚至上百米，在城市里的往往不具備這樣的施工條件，所以實用性較低。

3. 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達一個天線向地下發(fā)射一個高頻的電磁波，同時另一個天線接收地下介質(zhì)反射回來的反射波。通過分析反射波的波形，推斷地下管線的平面位置和深度。

地質(zhì)雷達在探測非金屬管線時具有快速、高效、無損及實時展示地下圖像等特點，所以是非金屬管線探查的首選工具[9]。但是當?shù)貙与娮杪实蜁r，由于電磁波的衰減，探測深度低，而且在實際應(yīng)用中，地下管線反應(yīng)特征不明顯，較難辨別，但其依然是目前最為有效的探測非金屬管線的一種方法，適用于探測非金屬燃氣管、供水管和排水管。

4. 人工地震法

人工地震法以目標體與周圍介質(zhì)存在的波阻抗的差異為基礎(chǔ)，通過分析反射波時間剖面的畸變點確定目標體的平面位置和深度的一種物探方法。其原理是在一側(cè)激發(fā)人工震源產(chǎn)生彈性波，在另一個接收反射回的彈性波。彈性波在地下介質(zhì)的傳播過程中，遇到地下管線后產(chǎn)生反射、折射和繞射波，使彈性波的相位、振幅及頻率等發(fā)生變化，在時間剖面上顯現(xiàn)出各種畸變點，通過分析這些畸變點位置，從而確定地下管線的位置[9]。

人工地震法具有探測深度深，對非金屬管線尤其是孔徑較大的深埋排水管反應(yīng)明顯，但因其操作復雜、施工成本高、施工噪聲大、淺層和小管徑的管線反映不明顯、異常解釋難度大等缺點，實際應(yīng)用較少。

5. 高精度磁測法

高精度磁測法以目標體與周圍介質(zhì)存在的磁性差異為基礎(chǔ)，通過分析地質(zhì)體的磁場分布特征來確定目標體的平面位置和深度的一種物探方法。

由于鐵磁性管道在地球磁場的作用下被磁化，其磁場與周圍會形成明顯的差異，高精度磁測法就是通過儀器探測這類磁異常來確定地下管線的位置。該方法儀器輕便，施工便捷，但因為采集的是天然磁場，信號弱容易受到干擾，適合用來探測鑄鐵管道等鐵磁性地下管線，如供水、供熱管線。

6. 磁梯度法

磁梯度法通過測量不同深度的磁梯度值，來確定管線的平面位置和深度的一種方法。該方法測量精度高，效果明顯，可用來檢驗其他物探方法的有效性。但施工麻煩，一般用來做精密測量，可用來探測非開挖管線[4]。

7. 開挖和釬探

開挖是最直接的一種探測方法，但施工成本高，對環(huán)境破壞大，一般用來檢驗探測精度是否滿足規(guī)范要求。釬探是開挖手段的縮減版，簡單易操作，對環(huán)境破壞小，但施工要求高，只能釬探土蓋層的管線，并且容易造成管線損壞。比較適合探測非金屬大管徑非深埋且不易損壞的PE 管和水泥管，如供水、排水管線等。

綜上所述，針對不同類型的地下管線，探測方法多種多樣，有時為了提高探測精度，往往采用多種探測方法綜合應(yīng)用。

二、探測方法的應(yīng)用

依據(jù)上文對地下管線探測方法研究分析，結(jié)合本單位2014—2015 年度4 個不同工區(qū)的214 個開挖驗證資料，總結(jié)了各種類型的地下管線的適宜探測方法，見表1。

表1 不同類型地下管線的適宜探測方法

依據(jù)《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》(CJJ61—2003)，平面位置限差為0.10 h，埋深限差0.15 h。對比表中各種地下管線方法和精度，筆者得出以下

結(jié)論:

1) 各種管線類型最適宜探測方法的精度均能達到規(guī)范。

2) 金屬管線適合用電磁感應(yīng)法探測，非金屬管線適合用地質(zhì)雷達和釬探施工。

3) 電磁感應(yīng)法探測金屬管道的精度比地質(zhì)雷達探測的非金屬管道的精度高，這可能與地質(zhì)雷達異常不易解譯有關(guān)。

4) 感應(yīng)法的探測精度較直接法和夾鉗法略低。

5) 同樣是非金屬管線，同樣采用地質(zhì)雷達探測，大管徑的排水管道探測精度要比小管徑的燃氣管道精度高。

三、結(jié)論及建議

本文通過對地下管線探測方法及其適用性和利弊的研究分析，總結(jié)出不同類型地下管線的最適宜方法，并結(jié)合近幾年本單位管線探測項目開挖驗證資料給出精度分析，得出以下結(jié)論。

1) 地下管線的探測方法多種多樣，選擇適宜的探測方法，既可以提高施工效率，又可以提高探測精度。

2) 探測金屬管線電磁感應(yīng)法效果最佳，非金屬管線地質(zhì)雷達能發(fā)揮比較重要的作用。

3) 探測金屬管線的難度較非金屬管線難度小，同時探測精度更高。

本文精度統(tǒng)計數(shù)據(jù)源于本單位近幾年的管線探測項目，統(tǒng)計分析難免存在一定的片面性，本文推薦的最適宜方法可作為地下管線探測施工方法選擇時的參考。