西寧市地下綜合管線普查及應(yīng)用

陳興芳，馬錦山，郭德福，薛晉宇，賈國龍

(西寧市測繪院，青海 西寧 810001)

1 引 言

作為城鎮(zhèn)重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的地下管網(wǎng)，擔(dān)負(fù)著城鎮(zhèn)生產(chǎn)與生活所需的廢物、廢料的輸出，能源、物質(zhì)的輸送及通信、信息傳輸工作，是城鎮(zhèn)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。西寧市現(xiàn)有的給水、排水、熱力、通訊、電力、天然氣等各類管線，在市區(qū)內(nèi)已經(jīng)形成了錯綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)。目前，這些地下管線的資料由各管線權(quán)屬單位保管，因而存在資料分散、管理方式落后、信息不完整、信息不能共享等問題，嚴(yán)重影響著西寧城區(qū)管理、規(guī)劃、建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)工作。為了積極響應(yīng)國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》，由西寧市測繪院承擔(dān)建設(shè)西寧市地下管線普查項目，此次普查范圍為西寧市區(qū)東至城東區(qū)小峽口、南至南川工業(yè)園區(qū)清河路、西至湟水路、北至青海大學(xué)路，總面積約 120 km2。項目探測完成 5 172 km的地下綜合管線，并在普查的基礎(chǔ)上，建立地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，利用新技術(shù)對管線資料進行整合，提高管線數(shù)據(jù)的利用效率，加強城市地下管線建設(shè)管理。

2 測區(qū)范圍及概況

西寧市區(qū)為狹長分布，區(qū)內(nèi)路網(wǎng)密集，七一路、八一路、西大街、昆侖大道、海晏路、南川西路、五四大街、祁連路、同仁路、新寧路、海湖路等交通流量大、管網(wǎng)密集，探測難度相對較大；海湖新區(qū)道路寬闊、交通量小，探測相對容易(測區(qū)范圍如圖1所示)。

圖1 作業(yè)區(qū)范圍

3 工作內(nèi)容及取舍標(biāo)準(zhǔn)

3.1 工作內(nèi)容

此次普查的地下管線主要分地下管道和地下電纜兩大類，地下管道包括給水、排水(雨水、污水、雨污合流)、燃?xì)狻崃Α⒐I(yè)等，地下電纜包括電力(供電、路燈)、通信(電信、移動、聯(lián)通、電視、電力通信、長途傳輸、監(jiān)控等)。主要探測查明測區(qū)內(nèi)地下管線的平面位置、高程、埋深、走向、材質(zhì)、規(guī)格、管線性質(zhì)、權(quán)屬單位以及管線附屬構(gòu)筑物信息；測量地下管線點及管線附屬物的平面坐標(biāo)及高程。最終建立地下管線數(shù)據(jù)庫并編繪地下管線圖。

3.2 地下管線探查的取舍標(biāo)準(zhǔn)

地下管線普查取舍標(biāo)準(zhǔn) 表1

4 技術(shù)路線及工藝流程

為保證管線實地調(diào)查、儀器探查、測量與機助成圖等工序的充分配合，保障內(nèi)外業(yè)一體化工藝的實施，同時達(dá)到有效利用工時，避免重復(fù)作業(yè)和保證質(zhì)量等效果，特采用如圖2所示工作流程。

圖2 探測前工作流程

第一部分：探測前的準(zhǔn)備工作，包括資料收集、測區(qū)踏勘、施工設(shè)計、組織設(shè)計、物探及測量試驗，具體流程如圖2所示。

第二部分：施工中內(nèi)外業(yè)一體化工作，包括物探及測量生產(chǎn)施工，外業(yè)成果質(zhì)量檢驗，數(shù)據(jù)處理，綜合、專業(yè)管線圖制作及成果表生成，如圖3所示。

圖3 施工中內(nèi)外業(yè)一體化工作流程圖

5 主要技術(shù)方法

5.1 地下管線探測技術(shù)

(1)明顯管線點的探查

對測區(qū)內(nèi)各類地下管線專用的檢修井、出露地表的管線點及與管線相連的附屬物、建(構(gòu))筑物等明顯管線點均進行調(diào)查。主要對管線的埋深、斷面尺寸、材質(zhì)、根數(shù)和孔數(shù)、流向、電壓、井邊框等進行了探查。實際工作中，排水通過用L尺量取管徑和深度，個別地方探測人員直接下井量測。通信類窨井直接放置木梯，探測人員下井量測、記錄。對于給水檢修井采用經(jīng)檢驗合格的鋼尺直接量取，個別雜物填埋采用鋼釬直接扎到管頂量測埋深。各專業(yè)管線通過明顯點調(diào)查，確定了需儀器探查管線段，為進一步采用儀器探查打下良好的基礎(chǔ)。

(2)隱蔽管線點的探查

測區(qū)內(nèi)金屬管道主要有給水，材質(zhì)大部分為鑄鐵。探查時從已知點處施加信號，在管線單一、干擾較小的條件下，采用感應(yīng)法或直接法探測。管線敷設(shè)密集地段，如五四大街、西關(guān)大街等，采用直接連接方式施加信號，在無法連接時，采用旁側(cè)感應(yīng)法、水平壓線法等以減弱旁側(cè)管線的干擾。

測區(qū)內(nèi)通信、電力電纜的埋設(shè)多為套管、管塊，部分為直埋。由于通信、電力電纜實地人孔、手孔或出露點較多，具備了使用夾鉗激發(fā)信號的條件，因此，此類管線的信號激發(fā)方式主要采用夾鉗法，個別條件不具備地段采用感應(yīng)法。定位、定深時根據(jù)被夾電纜在管組中的實際位置校正到管組中心位置及外頂埋深。

對于給水、電纜等金屬管線，由于其與周圍介質(zhì)存在明顯的電性差異，具備了利用電磁法進行探測的條件，本文中多采用感應(yīng)法進行探測，其中具有接地條件的路段，為了增強信號的傳遞，增大分辨率采用了直接法或夾鉗法，實踐證明，探測效果非常明顯。

測區(qū)內(nèi)非金屬管線主要為雨污水、少部分為給水管線及通信預(yù)埋空管。污水管線埋深較大但檢修井較多，通常采用實地調(diào)查的方法確定。通信、電力等預(yù)埋空管，通常套管內(nèi)穿有鐵絲或保護材料本身為金屬套管，因此可通過對內(nèi)示蹤線或金屬套管施加信號采用電磁法探測。對于給水材質(zhì)為PE或PVC的非金屬管線，邀請權(quán)屬單位指認(rèn)和采用地質(zhì)雷達(dá)進行探測，有釬探、開挖條件的進行釬探、開挖驗證。

(3)主要疑難管線、疑難地段的探測方法

對近間距并行管線探測的技術(shù)關(guān)鍵，根據(jù)現(xiàn)場管線埋設(shè)的不同特點，靈活選擇最合適的激發(fā)方式，使目標(biāo)管線上產(chǎn)生的電流最大，并使鄰近的非目標(biāo)管線上的電流相對于目標(biāo)管線而言可以忽略。

對地下管線密集地段探測時盡量采用受外界干擾小的直接法、夾鉗法。當(dāng)存在干擾時，查明干擾原因及影響幅度，進行相應(yīng)的修正。各種管線確定后從正反方向及分支線上采用壓線法改變頻率、增加輸出功率、提高信噪比，來確定目標(biāo)管線的平面位置和埋深。

5.2 定位定深方法

在本項目開始之前，我們在西寧市海湖新區(qū)進行了試驗區(qū)探測，結(jié)果表明西寧市區(qū)的管線定位方法宜采用極大值法，定深方法宜采用△Hx70%法。

(1)極大值法

接收機的接受線圈平面與地面垂直，線圈在管線上方沿垂直管線方向平行移動，當(dāng)線圈處于管線正上方時，接收機測得電磁場水平分量(Hx)或水平分量梯度(△Hx)最大，如圖4所示。

圖4 極大值法

(2)△Hx70%法

△Hx百分比與管線埋深具有一定的對應(yīng)關(guān)系，利用管線△Hx異常曲線上某一百分比處兩點之間的距離與管線埋深之間的關(guān)系即可得出管線的埋深。有的儀器由于電路處理，實測異常曲線與理論異常曲線有一定差別，可采用固定△Hx百分比法探測，如圖5所示。

圖5 △Hx百分比法

6 成果與應(yīng)用

本次普查共探測管線點總數(shù) 241 365個(其中明顯點 125 429個，隱蔽點 115 936個)，管線長度 5 172.466 km，共測設(shè)圖根點 1 435個，測量管線點 239 623個，各類管線工作量統(tǒng)計如表2所示。

各專業(yè)管線工作量統(tǒng)計表 表2

西寧市中心城區(qū)地下管線普查完成之后，地下管線數(shù)據(jù)庫發(fā)揮了很大作用，這些成果以二維和三維的形式展示出來，并為各行業(yè)提供分析服務(wù)(如圖6、圖7所示)。地下管線信息管理系統(tǒng)是基于ArcGIS平臺開發(fā)的管線應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)主要用于管線的數(shù)據(jù)分析，包括管線的碰撞分析、開挖分析、消防栓搜索等功能，其中開挖分系功能一定程度上減少了城市規(guī)劃建設(shè)中管線被挖斷等現(xiàn)象，從而保障了人民的生命和財產(chǎn)的安全。

圖6 二維成果樣圖

圖7 三維管線橫斷面分析

地下管線普查成果已經(jīng)為西寧市中心廣場北擴、南繞城高速公路、海湖新區(qū)萬達(dá)廣場、城市道路建設(shè)、輕軌一號線等重點項目建設(shè)提供了現(xiàn)勢性強、準(zhǔn)確度高的地下綜合管線資料，并為天然氣公司等管線權(quán)屬單位共享了更為詳細(xì)、更為精準(zhǔn)的專業(yè)管線信息。截至目前，共計提供300多千米的管線數(shù)據(jù)，防止因開挖造成的事故50多起，避免將近2 000多萬元的損失。為保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，西寧市測繪院積極安排測繪隊伍，定期巡檢，如若有新建管線，在未竣工之前進行測量，補充和更新管線數(shù)據(jù)庫，如若已經(jīng)竣工覆土，積極找管線權(quán)屬單位要管線施工設(shè)計圖，根據(jù)圖紙判定大概布設(shè)情況及位置，然后再進行測量，以此方式不斷進行動態(tài)更新。

7 結(jié) 語

西寧市地下綜合管線普查的完成，徹底查清了西寧市中心城區(qū)的地下綜合管線信息，摸清了西寧市地下管線家底，將會極大地減少城市建設(shè)中因盲目開挖導(dǎo)致管線挖斷等現(xiàn)象，從而避免給人民造成經(jīng)濟和財產(chǎn)的損失，為后期西寧市城市規(guī)劃建設(shè)提供了一雙可靠的“眼鏡”。同時，西寧市在地下管線普查工作中總結(jié)的探測技術(shù)方法及經(jīng)驗，為后期開展西寧市所屬三縣區(qū)域管線普查打下了堅實的基礎(chǔ)。