城市地下管线探测技术

第一节城市地下管线探测技术

一、城市地下管线分类和结构

（一）地下管线的分类

城市地下管线可分为供水、排水、燃气、热力、电力、电信和工业等管线。

也可以按照系统分为:供水系统，中水系统，排水系统，热力系统，燃气系统，电力电信系统，物料系统。

供水系统：自来水经水厂净化消毒后由供水管网送往不同用户。

中水系统：将生产、生活使用过的污水处理成可利用的中水。

排水系统：按污水和雨水分流原则，分别由雨水管沟和污水管道组成。

热力系统：分工业供热和居民供热。又分为蒸汽管和热水管，部分是架空的明管，部分是直埋的暗管或地下管沟暗管。

燃气系统：分为中、低压供气钢管。

电力电信系统：埋地敷设于电缆沟。

物料系统：分原油、天然气、石脑油、乙烯、丙烯、汽油、柴油、液化气和渣油等直埋管线。

（二）地下管线的结构

地下管线包括管线上的建（构）筑物和附属设施，前者有水源井、给排水泵站、水塔、清水池、化粪池、调压房、动力站、冷却塔、变电所、配电室、电信交换站、电信塔（杆）等，附属设施包括各种窨井、阀门、水表、排气排污装置、变压器、分线箱等。

地下管线包括管线上的建（构）筑物和附属设施，地下管线可抽象为管线点和管线段组成。管线点可细分为：各种窨井、各种塔杆电缆分支点、上杆、下杆、消防栓、水表、出水口、测压装置、放气点、排污装置、排水器、涨缩器、凝水井、边坡点、变径点等。

连接相邻两管线点的部分称管线段，可组成环状网和树状网的复杂网络，有的管线还具有方向。

（三）地下管线的材质

分为三大类：

由铸铁、钢材构成的金属管线；

由钢、铝材料构成的电缆；

由水泥、陶瓷和塑料材料构成的非金属管道，包括钢筋混凝土管、砖石沟道。

管线材质与地下管线探测的仪器和方法密切相关。

二、城市地下管线探测

首先要依据地下管线探测的技术规定确定坐标系统、图幅划分、探测和测量的方法、精度和成果质量检查，进行地下管线图和成果表的编绘等。

城市地下管线探测的基本流程如下：

（1）签订合同。接受探测任务，明确测区范围。

（2）收集整理资料。收集测区控制点成果、地形图、管线图及管线设计、施工与竣工资料。

（3）现场踏勘。了解测区地形、地物、地质、地貌、交通以及管线情况。

（4）编写技术设计书。制定管线探测的技术方法，进行工作进度安排，提出质量保证措施。

（5）对已有管线的现况进行调绘，编制地下管线现况调绘图，同时进行管线控制测量。

（6）地下管线探测的实地调查，对明显管线点作调查、记录和量测。

（7）进行地下管线隐蔽管线点的探测，在地面设置标志。

（8）采用数字测绘方法，进行管线测量，绘制地下管线带状地形图。

（9）同时进行地下管线探测和测量的质量检查、编写质量检查报告。

（10）编绘地下管线图。包括综合地下管线图、专业地下管线图、管线横断面图和局部放大图。

（11）编制成果表。

（12）进行数据处理和转换，建立地下管线网信息系统的管线网数据库。

地下管线外业测量是指对工作区已有和新建的地下管线以及相关的地形、地物进行测量，其主要工作包括：管线控制测量、已有管线测量、新建管线的定线与竣工测量、管线图测绘和测量成果的检查验收等。

在地下管线探测的同时应采用GIS技术建立城市地下管线网信息系统，为城市的规划、设计和施工服务，实现城市地下管线网信息科学化、自动化和规范化管理。

地下管线探测是要确定地下管线的位置，包括平面位置和埋设深度（埋深），平面位置为管线中心点在地面上的投影，埋深为管线点到地面的垂直距离。探测时要在地面上标出地下管线探测点的位置，通过测量获得其平面坐标和高程。

（一）地下管线探测方法

地下管线探测方法有两种：

a.开井调查、开挖样洞和进行触探的方法。

b.用地下管线探测仪进行物探的方法。

两种方法要结合起来，以物探方法为主。地下管线物探方法分电探测法、磁探测法和弹性波法等，电探测法又分直流电探测法和交流电探测法两类。

管线探测仪的工作原理

管线探测仪的发射机在地下管线上施加一个交变电流信号，该信号在管线传输中，会在管线周围产生一个交变磁场，将磁场分解为水平和垂直方向的磁场分量，通过矢量分解可知，在管线正上方时水平分量最大，垂直分量最小，而且它们的大小与管线的位置和深度呈一定的比例关系。用管线探测仪接收机的水平和垂直天线分别测量其水平和垂直分量的大小，就能测出地下管线的位置和定深度。

管线探测仪的工作原理图：

管线二次场管线磁场分量曲线

1、电探测法

a.直流电探法

用两个供电电极向地下提供直流电，电流从正极传入地下再回到负极，在地下形成一个电场。当存在金属管线时，金属管线对电流有“吸引”作用，使电流密度的分布产生异常；若地下存在水泥或塑料管道，由于它们的导电性极差，对电流有“排斥”作用，同样也使电流密度的分布产生异常。

b.交流电探法

利用交变电磁场对导电性、导磁性或介电物体具有感应作用的特性，通过对发射产生的二次电磁场的测量来发现被感应的物体。

交流电探测法分电磁法、电磁波法（或称探地雷达法，Ground Penetrating Radar Method）。

（1）电磁法

电磁法又分为频率域电磁法和时间域电磁法。频率域电磁法主要用于金属管线的探测，先使导电的地下金属管线带电，在地面上测量由此电流产生的电磁异常，从而探测出地下管线的位置。

频率域电磁法又分主动源法和被动源法两种方法，主动源法是采用人工方法把电磁信号加到地下金属管线上，又包括直接法、夹钳法、电偶极感应法、磁偶极感应法和示踪法等。被动源法是直接利用金属管线本身所带有的电磁场进行探测，又分工频法和甚低频法。

（2）电磁波法（探地雷达法）

利用高频电磁波（宽频带短脉冲）由地面通过发射天线传送入地下，由于周围介质与管线存在明显的物性差异，脉冲在界面上将产生反射和绕射回波，接受天线收到这种回波后，将信号传到控制台，经计算机处理后，形成雷达图像，通过对雷达波形的分析，可确定出地下管线的位置。

该方法能准确探测金属管线和非金属管线，具有快速、高效、无损及实时等特点。

2、磁探测法

磁探测法只适于地下铁质管道探测。由于铁质管道在地球磁场的作用下会被磁化，磁化后的磁性强度与管道的铁磁性材料有关。铁质管的磁性较强，非铁质管则无磁性。

磁化的铁质管道可形成自身的磁场，与周围物质的磁性有明显差异。通过在地面观测铁质管道的磁场分布，可以发现地下的铁质管道并确定出管道的位置。

3、弹性波法

弹性波法分反射波法、面波法以及弹性波CT法等。反射波法又分为共偏移距法（Common Offset Distance，COD法)和地震映像法。

COD法主要用于非金属地下管线的探测，非金属管线与周围介质存在显著物性差异，激发的弹性波在地下传播时遇到这种物性差异界面时会发生反射，反射波被仪器接收记录，可根据发射信号的同相轴连续性及频率变化来确定非金属地下管线的位置。

地震映像法是近几年才出现的新方法，弹性波在地下介质传播过程中，遇到地下管线后会产生反射、折射和绕射波，使弹性波的相位、振幅及频率发生变化，在反射波时间剖面上出现畸变，从而确定地下管线的位置。

间距很小并行管线探测，并排管道区分，拐点、终点、分支点及变坡点确定，以及上下重叠管线探测等是城市地下管线探测中的难点，需要采用特殊方法和技术解决。

地下管线探测野外采集数据时应尽可能减少噪声，提高信噪比。

在信号处理方面，可将小波变换、遗传算法和神经网络等方法，应用于地下管线探测信号分析，还需要和开井调查、开挖样洞和进行触探结合，与化探结合，

综合应用多种探测方法，提高地下管线探测中管线位置确定的精度。

以上方法总结

电磁波法（探地雷达）受场地和自然因素影响较大，在含水层一下及非金属小管径（<200mm）管道探测的效果为零。

其他探测方法成本高，人员技术要求高，效果一般，很少使用。

（二）地下管线探测仪器

RD4000系列地下管线探测仪：

技术和工艺先进，功能、性能优越，应用范围广。

LD 500数字管线仪：

采用差分技术、相位识别技术和超强的发射机，精度比RD4000提高了一倍。探测煤气、电力、电信和给排水等各类地下管线的有效仪器。

LD 500数字管线仪RD 8000 PDL/PXL 系列：采用最新的专利数字固件设计，取代了原来的作为行业标准的RD 4000 PDL/ PXL 系列管线探测仪产品，其响应速度更快、准确性高、可靠性更强，为全球用户提供了一种可控性强、可靠性高、高性价比的地下管线探测解决方案。

RD8000PDL/PXL地下管线探测仪

MALA公司的管线探测雷达Easy Locator（易捷）既可以探测金属管线，也可以探测各种材质的非金属管线，与RD4000结合使用是地下管线探测的有效方法。

RYCOM公司的850/8875/8878/8831地下管线探测仪，采用多频率工作模式，可以准确探测地下电缆、管线的位置。德国的竖威管线探测雷达Pulse EKK01000型和探管仪EI_/GI，适合城市燃气、供水及市政管网的普查。

Sensors&Software公司生产的EKKO100、EKKO1000及Noggin250型数字探地雷达，可用于各种地下管线及其他埋设物的探测。

GXY系列、SL系列地下管线探测仪，适用于各种复杂的地下管线探测、定位及故障查找，并能对破损点进行定位。

（三）地下管线探测的程序和检验

程序和检验包括：仪器检验、方法试验、实地调查、仪器探测和质量检验等。

（1）仪器检验管线探测作业前，应对所有准备投入使用的仪器设备按照有关技术指标要求和仪器检验有关规定进行检验。

（2）方法试验选择有代表性的路段进行不同类型的管线和不同的地球物理条件下的方法试验。试验结果写入是地下管线探测技术设计书。

（3）实地调查

根据地下管线现况调绘资料在实地对管线位置、走向和连接关系进行核查，对明显管线点如消防栓、接线箱、窨井等作详细调查、记录和量测，确定需要用仪器探测的管线段。明显管线点调查一般采用直接开井量测法，并现场填写明显

管线点调查表，按管类分别记录调查项目。应查明每条管线的性质和类型，量测埋深。按规定的要求设置地面标志，并绘制位置示意图。

（4）仪器探测

针对工作区内不同地球物理条件，选用不同的物探方法和仪器进行仪器探测，确定地下管线的水平位置、埋深。对管线分布复杂、地球物理条件较差和干扰较强的路段应综合采用多种物探方法。

（5）质量检验

针对隐蔽管线点执行作业台组自检、作业项目部抽检和探测施工单位验收检查的三级质量检查验收制度。方法是：仪器重复探测，探测点开挖验证。仪器重复探测量不少于全测区总点数的5%。统计计算点位中误差、埋深中误差。开挖验证是评价地下管线探测工作质量最直接而有效的方法，应遵循“均匀分布、随机抽取”和有代表性的原则。

三、城市地下管线测绘

地下管线外业测量是指对工作区已有和新建的地下管线以及相关的地形、地物进行测量，其主要工作包括：

管线控制测量

已有管线测量

新建管线的定线与竣工测量

管线图测绘

测量成果的检查验收等。

（一）一般规定

（1）城市地下管线普查采用的平面坐标和高程系统必须与当地城市平面坐标和高程系统相一致，当厂区或住宅小区地下管线探测和施工场地管线探测采用非当地城市统一坐标系统时，应与当地城市坐标系统建立换算关系。城市地下管线探测采用的地形图比例尺应与城市基本地形图比例尺一致，施工场地管线探测地形图比例尺可按实际情况而定。

（2）城市地下管线探测的取舍应根据各城市情况、管线密程度和委托方的要求确定，如给水管线的管径大于等于50或100cm、排水管线的管径大于等于200cm、燃气管线的管径大于等于50或75cm时才需探测，工业、热力、电力和

电信管线需全测。探测的精度应符合下列规定，地下管线隐蔽管线点的探测限差为：

平面位置限差:

t

0.10 s

h

δ=

埋深限差:

t 0.15

h h

δ=

其中，h为地下管线的中心埋深，单位cm，当<100cm时，以100cm计算。相对于邻近控制点，管线点平面位置中误差不得大于5cm，高程中误差不得大于3cm。地下管线图精度。地下管线与邻近的建筑物、相邻管线以及规划道路中心线的间距中误差不得大于图上0.5mm。

（二）已有地下管线测量

1、管线控制测量

分平面控制测量和高程控制测量，主要是指为进行管线点联测及相关地物、地形测量而建立的等级控制和图根控制。平面控制测量可采用GNSS技术或地面边角测量技术平面控制网、导线网，随着网络RTK技术的推广应用，可直接利用城市CORS系统获取测站坐标。高程控制测量主要有水准测量和电磁波测距三角高程测量。

2、管线点测量

1、对已有地下管线的普查测量，内容包括：对管线点的地面标志进行平面位置和高程测量，测定地下管线有关的地面附属设施和地下管线的带状地形图，编制成果表。

2、在管线调查或探测工作中设立的管线测点统称管线点，分明显管线点和隐蔽管线点，前者是地面上的管线附属设施的几何中心，后者是地下管线或地下附属设施在地面上的投影位置。

3、管线点的平面位置可采用导线串连法、极坐标法测量或GNSS法测量。

4、导线串连法通常用于图根点稀少或没有图根点的情况，这时需重新布设图根点，将全部或部分管线点纳入图根导线，起闭点应不低于城市三级导线。采用极坐标法时水平角宜观测一测回，钢尺量距应双次丈量，距离不宜超过50m，电磁波测距不宜超过150m。采用全站仪同时测定管线点坐标与高程时，水平角和垂直角宜测一测回。

5、管线点的平面位置可采用导线串连法、极坐标法测量或GNSS法测量。

6、导线串连法通常用于图根点稀少或没有图根点的情况，这时需重新布设图根点，将全部或部分管线点纳入图根导线，起闭点应不低于城市三级导线。采用极坐标法时水平角宜观测一测回，钢尺量距应双次丈量，距离不宜超过50m，电磁波测距不宜超过150m。采用全站仪同时测定管线点坐标与高程时，水平角和垂直角宜测一测回。

7、采用GNSS技术测量管线点平面位置时，要顾及环境影响，可采用快速静态法或RTK法。

8、管线点的高程宜采用直接水准联测，也可采用电磁波测距三角高程法。管线点的高程精度不得低于图根水准精度，高程起始点为四等以上水准点。

3、管线横断面和带状地形测绘

1、为满足地下管线改扩建施工图设计的需要，这时需要作横断面测量，提供一些路段的横断面图。横断面的位置要选择在主要街道有代表性的位置，应垂直道路中心线，一幅图不少于两个断面。

2、横规划道路应测至两侧沿路建筑物或红线外。应测出道路的特征点、管线点高程，地面高程变化点以及各种设施，高程点可按中视法实测，高程检测较差不大于4cm。

3、带状地形图测量主要是为保证地下管线与邻近地物有准确的参照关系，测区没有相应比例尺地形图或现有地形图不能满足管线图要求时，应采用数字测图技术施测比例尺为1：500或1：1000的带状地形图。

4、测绘宽度：规划道路测出两侧第一排建筑物或红线外20m为宜，非规划路根据需要确定。测绘内容按管线需要取舍，测绘精度与基本地形图相同。

（三）新建地下管线测量

新建地下管线主要包括定线测量和竣工测量。定线测量是把图上的设计管线放样到实地，竣工测量是对新敷设管线进行测绘，得到图表结果。

1、定线测量

定线测量主要采用全站仪极坐标法、交会法和GNSS定位法，应在两个测站上用不同的起始方向用极坐标法或两组前方交会法进行坐标测量，当两者差小于限差时，取平均值。定线测量中，应进行控制点校核、图形校核和坐标校核等各种校核测量，校核限差应符合有关规定。

2、竣工测量

1、竣工测量应尽量在覆土前进行，主要内容包括管线调查、测量和资料整理。当管线不能在覆土前施测时，应设置管线待测点，将设置位置准确地引到地面上，做好点之记。竣工测量管线点的平面位置中误差不大于5cm，高程中误差不大于3cm。

2、管线竣工测量应采用全站仪和GNSS技术基于图根控制点或定线控制点用解析法进行。

3、覆土前应现场查明各种地下管线的敷设状况，确定在地面上的投影位置和埋深，同时应查明管线种类、材质、规格、载体特征、电缆根数、孔数及附属设施等，绘制草图并在地面上设置管线点标志。在实地逐项填写“地下管线探测记录表”。管线点宜设在管线特征点的地面投影位置上。

4、管线特征点包括交叉点、分支点、转折点、变深点、变材点、变坡点、变径点、起讫点、上杆、下杆以及管线上的附属设施中心点等。在没有特征点的管线段上，宜按比例设置管线点，如图上间距≤15cm，管线弯曲时，应能反映管线弯曲特征。

3、质量控制

对城市地下管线测量成果必须进行质量检验，对管线图要作100%的图面检查，在外业作实地对图检查，对管线点一般按测区管线点总数的5%进行检测，平面位置较差不得大于5cm，高程的较差不得大于3cm。并填写记录，编写质量检查报告。

（四）管线数据处理与图形编绘

1、管线数据处理

1、城市调查与外业测绘采集的数据，需经过数据和图形处理，输出地下管线带状图和各种成果表。管线属性数据应具有科学性、可扩性、通用性、实用性、唯一性和统一性。数据采集所生成文件应便于检索、修改、增删、通讯与输出，应具有通用性，便于转换。

2、数据处理与图形处理包括：城市管线属性数据的输入和编辑，元数据和管线图形文件的自动生成等。

3、地下管线属性的输入应按照调查的原始记录和探测的原始手簿进行。

4、数据处理后的成果应准确、一致和通用。

5、野外采集生成的管线图形数据和属性数据能联动修改编辑，管线成图软件应具有生成管线数据、管线图形、管线成果表和管线统计表等文件，绘制地下管线带状图、分幅图，输出管线成果表与统计表等功能，所绘制的地下管线图应符合国家和地方现行的图式符号标准。

2、城市地下管线网图编绘

（1）一般规定

1、地下管线数据处理完成并检查合格后，可采用计算机或人工方法编绘城市地下管线图。

2、计算机编绘包括：比例尺选定、数字化地形图和管线图导入、注记编辑、成果输出等。

3、人工编绘包括：比例尺选定、复制地形底图、管线展绘、文字和数字注记、成果表编绘、图廓整饰和原图上墨等。

4、专业及综合管线图的比例尺、图幅规格及分幅应与城市基本地形图一致。编绘用地形底图比例尺应与所绘管线图的比例尺一致，坐标和高程系统应与管线测量所用系统一致，图上地物地貌应反映测区现状，质量应符合现行行业标准，数字化管线图的数据格式应与数字化地形图的数据格式一致。

5、管线展绘和数字化应采用地下管线探测采集的数据或竣工测量的数据。地下管线图编绘所采用的软件应能进行数据输入或导入，对进入数据库中的数据进行检查，能根据数据库自动生成管线图的注记文件、管线点文件、线属性数据库和元数据文件，可对文件进行编辑，可对管线图按任意区域裁剪、拼接，可绘制任意多边形窗口图形，输出各种成果表，具有开放式的数据交换格式，能将数据转换到城市地下管线网信息系统。管线图的各种注记不得压盖管线及其附属设施符号。注记应平行于管线走向，字头朝图的上方，跨图幅的文字、数字注记分别注记在两幅图内。

（2）专业管线图编绘

1、专业管线图编绘。表示一种管线及其与之有关地面建（构）筑物、地物、地形和附属设施的为专业管线图。可按一种专业一张图，也可按相近专业组合成一张图进行编绘。

2、采用计算机编绘时，应采用专业管线与城市基本地形图的图形数据文件

叠加方法编辑成图。不同专业管线图的编绘内容不同。

3、给水管道专业图编绘。水源池、干管道、支干管道和支管道；在市政公用管道探测区，主要编绘干管道及其建（构）筑物和附属设施，支干管道至入户为止；在工厂、居住小区等探测区，主要编绘从城市接水点开始至工厂、小区内的给水管道系统；施工区和专业管道探测区，编绘内容根据工程规划、设计和施工的具体要求确定。

4、排水管道专业图编绘。排水管道的主干道、支干道、支管道；其上的建（构）筑物主要有排水泵站、沉淀池、化粪池和净化构筑物等；附属设施包括检查井、水封井、跌水井、冲洗井、沉淀井和进出水口等。

5、电力电缆专业图编绘。地下电力电缆、附属设施和有关的建（构）筑物以及地面上的架空线路。

6、电信电缆专业图编绘。包括测区内各种电信电缆、与线路有关的建（构）筑物如变换站、控制室、电缆检修井、各种塔（杆）和增音站等，电缆上的附属设施如交接箱和分线箱等，以及地面上的架空通信线。专业管线图上应注记管线点的编号、管线的规格和材质；电力电缆应注明电压和电缆根数，电信电缆应注明管块规格和孔数，沟埋或管埋时应加注管线规格，直埋电缆注明缆线根数。（3）综合管线图编绘

城市综合地下管线图是表示各类地下管线、附属设施、有关地面建（构）筑物和地形特征图，是市政建设规划、设计和管理的重要图件。其编绘应以外业探测成果资料为依据，需保证编绘的完整性和准确性。

综合地下管线图上的管线应以0.2mm线粗进行绘制，当管线上下重叠且不能按比例绘制时，应在图内以扯旗的方式说明。扯旗线应垂直管线走向，扯旗内容应放在图内空白处或图面负载较小处。

（1）图上的各种注记、说明不能重叠或压盖管线；应注记管线点的编号，编号图幅内应进行排序，不允许有重复点

（2）应注明管线的类别代号、管线的材质、规格和管径等

（3）电力电缆应注明管线的代号、电压，沟埋或管埋时，应加注管线规格。

（4）电信电缆应注明管线的代号、管块规格和孔数。直埋电缆注明管线代号和根数。

3、地下管线断面图编绘

地下管线断面图分纵断面图和横断面图两种。一般只要求根据断面测量成果编绘断面图。其比例尺一般为1：50或1：100。横断面图应表示的内容有：地面线、地面高、管线与断面相交的地上地下建（构）筑物，测点间水平距离、地面和管顶或管底高程、管线规格等。