城市地下管线探测方法

城市地下管线探测方法

地下管线是城市的重要基础设施。近年来，随着城市建设的发展，大力发展交通系统，能源体系，通讯，信息网络等，如铁路、地铁、轻轨、供电、供热、供气等。各项工程的实施均离不开地下管线这一重要隐蔽基础设施。由于种种原因，管线资料不全，有的与现状不符，而且各种管线权属于不同的部门，对管线管理不够重视，这都增加了管线的管理难度。在工程施工中，常因管线位置不明挖断管线，造成停水、停电、通讯中断等事故，给人民生活带来极大不便。为了避免这些状况发生，查明地下管线位置、走向已成为工程施工必不可少的前提，对于促进城市建设和谐发展具有重要意义。

1 地下管线的分类

城市中的管线主要有给水管线、排水管线、燃气管线、热力管线、电力电信管线等。这些管线按埋深可分为浅埋和深埋。按材质可分为金属管线和非金属管线，其中，金属管线主要有铸铁管、钢管、铝管等；非金属管线主要有混凝土管、钢筋混凝土管、PVC管、PE管、电力电信电缆等。

2 各种地下管线探测技术原理及应用

探测管线的目的是确定管线的位置、埋深。地下管线与周围土体之间存在物性差异，各种地下管线探测技术原理追根究底都是利用这种物性差异来进行探测定位。不同的物性差异决定了不同的探测方法。根据探测时依据的不同物性差异可以将探测方法分为电磁感应法、地质雷达法、地震波法、高密度电阻率法、井中磁梯度法等。

2．1 电磁感应法电磁感应法是地下管线探测的主要方法。是以

地下管线与周围介质之间有明显的导电率、导磁率和介电性为主要物性基础 (如表1所示 )，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间和时间变化规律，达到寻找地下金属管线或解决其它地质问题的目的。当地下管线与周围介质间电性差异明显且管线长度远大于管线埋深时，探测效果明显。根据施加信号的方式不同，电磁感应法分为直接法、夹钳法、感应法和示踪法。

直接法：直接法 (也称充电法 )适用于探测大口径的金属管线。该方法是将发射机输出端接到被测金属管线上，利用直接加到被测金属管线上的信号进行探测。按连接方式不同可分为单端充电法和双端充电法。当目标管线有一个出露点时用单端充电法，把发射机的一端接到被测金属管线上，另一端接地来探测地下管线。当目标管线有两个出露点时，用双端充电法，把发射机的两端都接到被测金属管线上。充电法的特点是信号强，定位、定深精度高，且不易受邻近管线的干扰，但金属管线必须有出露点，可用于定位、定深或追踪各种金属管线。电缆。探测时无需中断服务，这样可以减小感应到非目标管线的信号，但是被探测的管线和电缆必须有出露点。工作时，将发射机信号施加于感应钳上，再直接夹于被测金属管线或电缆上。为了使信号能在管线上传输，管线与大地必须形成回路，所以目标管线的两端应接地。在管线密集区探测时，夹钳法是一种影响小的有效方法。夹钳法示意图如图1。

感应法：感应法主要用于地下金属管线的无损检测，适用于埋深较浅的金属管线及带有金属骨架的管线(电力电缆、电信电缆等)。探测时，发射机的发射线圈产生一次电磁场，目标管线受一次电磁场的感应产生二次电磁场，分析接收机接收的目标管线二次电磁场信号来定位地下管线。感应法原理如图2。

示踪法：示踪电磁法是借助示踪装置，使其沿非金属管道发射电磁信号，然后利用管线探测仪寻找追踪信号，从而探测非金属管线的地面投影位置以及埋深。常用的示踪装置有两种，一种是商用示踪探头，通过非金属管道在地面的出入口置于管线内。另一种是将一根有绝缘层的示踪导线送入非金属管线内，示踪导线端部剥开一米左右，裸出金属线，使它与管道内的水汽相接触，以给信号提供回路。将发射机的一端接到示踪导线上，另一端接地，这样在整个导线上产生交变电流，在其周围产生二次电磁场。一然后利用一般地下管线仪追踪电磁信号，从而探测到非金属管线。如图3所示。

甚低频电磁法，简称甚低频法(VLF)，是采用许多国家为军事、商船通讯及导航设立的强功率长波电台作为物探的发射场源，达到勘测或解决其他问题的一种电磁法。甚低频法所用电台的发射频率为15—25kHz，信号非常稳定，在地球上任何一点都至少能收到一个甚低频电台所发射的电磁信号，这也为开展此方法提供了有利条件。工作时，先将接收机校准到所选电台的频率，甚低频无线电发射的电磁场使金属管线感应，产生二次电磁场，分析二次电磁场来定位目标管线。它具有场强均匀、噪声低、电台工作时间长等特点。该方法简便、成本低、工作频率高，但精度低、干扰大。其信号强度与无线电台与管线的对方位有关，可用于搜索电缆或金属管线。

2 地质雷达法

地质雷达法 (又称探地雷达 )工作时，由发射天线向地下介质发射一定中心频率的高频脉冲电磁波，当电磁波在岩层中遇到探测目标时，电磁波会反射回地面，被接收天线所接收。分析接收到的反射波波形，波形的正负峰值分别以黑白色或灰阶或彩色表示，这样同相轴或等灰度、等色线就可形象的反映出目标管线的剖面图，从而达到定位目标管线的目的。雷达波在地下介质中的传播遵循波动方程理论，反射回地面的电磁波脉冲，其传播路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波走时 (亦称双程走时)、幅度及波形资料，可以推断出地下管线的位置。探地雷达工作原理示意图如图4。

电磁波在介质中的双程走时。式中，t为脉冲波行程时间，Z为管线埋深，x为收发天线问距，V为电磁波在介质中的传播速度。V可根据宽角法直接测量，也可根据介质的相对介电常数计算，即：

式中：

c——真空中的光速 (c=0.3m／ns)。

当收发天线间距 X< Z时，目标体的埋深可由式 Z= V·t／2计算得到。

探地雷达既能探测金属管线，又能探测非金属管线，应用范围广泛。其探测效果主要取决于目标管线与周围介质的电性差异。

2．3 地震波法

地震波法又称浅层地震勘探法。基本原理是利用地下介质的波阻抗值 (密度、速度)差异，当地下不同介质界面两侧的弹性波速度和波阻抗差越大时，地震波法探测效果就越好。

以地下各种介质的弹性和密度的差异为基础，在地表以人工方法激发地震波，在地下传播的地震波遇到不同介质的分界面时 (如地下

金属、非金属管线与周围介质的分界面)，会产生反射、折射和透射；地震波在地下不同介质中的传播速度各不相同，研究分析人工震源产生的地震波的传播规律，通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下管线的位置和埋深。根据地震波不同，地震波法又具体分为直达波法、折射波法、反射法，利用地下管线与周围介质的面波差异来定位地下管线。

2．4 高密度电阻率法高密度电阻率法与常规电阻率法的探测原理相同，都是以以目标管线与周围介质之间的导电性差异为基础的一种物探方法。利用高密度电阻率法探测时，将数十根电极一次性布设完毕，利用转换器选择不同的电极排列方式和移动方式，快速采集现场数据。根据电极排列形式和移动方式的不同，将电阻率法分为电测深法、电剖面法和高密度电阻率法。高密度电阻率法实际上集中了电剖面法和电测深法的双重特点，可实现现场数据的快速采集，采集信息量大，并在现场进行数据实时处理，提高了工作效率。

2．5 井中磁梯度法地下铺设的金属管线，一般具有较强的磁性。井中磁梯度法就是利用金属管线与周围介质之间的磁性差异，通过测量磁场的垂直分布强度，判别出由地下管线引起的磁异常，从而探测出地下管线的走向，再定量计算，得到地下管线在地表投影的确切位置和埋深。

3 探测技术的应用

3．1 直接法的应用单一管线如果有出露点，用直接法 (充电法 )探测，探测距离远，定位定深较准确。在成都市2006年7月开展的中心城市地下管线普查工作中，姜文青等人在探测马鞍西路给水管时发现Js55~J$19段与DL20~DL21重合，对此怀疑，遂对该管段复查。采用长导线双端充电法，探测到深度1．1m的分支给水管。因此断定原探测JS16、JS17、JS18、Js19一段错误。他们又在武侯祠探测到位于剖面 1．4m处，中心深度 1．5m的DN200给水管，这与阀门井口的深度一致。

3．2 直接法和感应法应用

感应法的优点是现场不需要有管线的裸露点就可以追踪探测，缺点是易受旁侧金属管线的干扰。何厚志等人在湖州市某路段地下管线探测时，通过资料调查知，目标探测区域的给水主干管是一条直径为200mm的球墨铸铁管。用直接法和感应法都探测到了路灯上去，这样会遗漏S3和S5两个转折点，因此，再用感应法探测。随着探测的逐步向前，异常慢慢偏离了预想的管线走向，而且异常逐渐由弱变强，经测定为目标管线。这样用交汇法就把管线s3~is5两个转折点确定下来。

3．3 探地雷达的应用

随着科学技术的进步，城市地下管线的材质不断由金属向非金属过渡，并有取而代之的趋势。非金属管线抗污染强、不易结垢、造价低、安装方便、不易腐蚀、易于埋设和维修等。非金属地下管线的定位是探测的难点，在探测非金属管线时多采用探地雷达。

4、结语

在管线探测时应根据实际情况，采用实地调查与仪器探查相结合的方法，探测时应遵循以下原则：从已知到未知；从简单到复杂；选用方法有效、快捷、轻便；相对复杂条件下根据复杂程度宜采用相应综合方法。随着国家对城市建设投资规模的进一步加大，地下管线探测的工作量日益增加，对探测精度要求也越来越高，加之城市不断发展，各种管线密如蛛网，交叉并行，管线探测工作面临严峻的挑战，探测环境也越来越苛刻。探测时应根据经验与实际，结合多种方法准确定位地下管线。