管線探測儀結合地質雷達在城市地下管線測量中的應用

唐麗新

廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，中國·廣西 桂林 541000

1 引言

基于管線探測儀自身工作特點，工作時電磁信號只能在金屬類管線上有顯著的探測反射接收作用，對于非金屬管線因其存在導電性弱等局限性，其效果并不顯著，且從測量結果上反映出的誤差較大。目前使用的地質雷達大多使用脈沖調幅電磁波，發射接收裝置采用半波偶極天線，雷達脈沖波的中心頻率為數十至數百兆赫甚至千兆赫。寬頻帶高頻短脈沖電磁波通過發射天線向地下發射，由于地下不同的介質具有不同的物理特性，對電磁波具有不同的波阻抗，能夠從反射中推斷出地下介質的結構。

2 工作原理

管線探測儀的工作原理：由發射機產生電磁信號，針對通過不同的發射連接方式將信號傳送到地下隱蔽被測管線上，地下管線感應到電磁信號后，在電纜上產生相應的感應電流，感應電流沿著管線向遠處傳播，在電流的傳播過程中，通過該地下管線向地面輻射出電磁波，這樣當管線探測儀接收機在地面探測時，則會接收到電磁信號，通過接收到的信號強弱來判別管線的走向、位置和是否故障。

地質雷達工作原理：地質雷達工作是利用脈沖雷達系統，連續向地下發射寬度為幾毫微秒的高強度視頻脈沖，然后接收從管壁反射回來的電磁波脈沖信號，通過利用波譜對掃描圖像信號強弱進行分析，從而識別確定管線的位置和埋深。地質雷達工作時可以較顯著地探測地下的非金屬管線，一般在傳統的常規方法利用管線探測儀無法探測的情況下采用，尤其對于口徑較、管道壁有鋼筋網的非金屬管線常用，如排水管道等，對于快速區分和驗證管線有顯著的作用。

3 隱蔽管線的測量方法

通過分析一個區域內所有的管線種類和分布情況，將管線分為金屬管線和非金屬管線兩類，利用管線探測儀和地質雷達兩者結合在測量工作中的應用即可測量并精確定位測區內所有隱蔽管線的探測方法。

3.1 隱蔽的給水管線、球墨鑄鐵材質構成的排水（污水）管線、燃氣管線、碳素鋼質油管管線探測方法

3.1.1 直連法

由于上述幾類管線較為常見且均屬于金屬類管線，利用其具有良好的導電性特性，異常值較容易在背景值中分析出來，故設計使用直連法進行探測[1]。直連法時將管線探測儀發射機一端與調查的金屬管線連接，另一端可以與大地相連或者與探測管線另一端接觸，利用發射機將源信號施加到金屬管線上，沿著金屬管線通過并形成交變電磁場，從而達到探測金屬管線的目的，此方法的局限性在于金屬管線必須有出露點，對于球墨鑄鐵排水管線因其不純屬于金屬材質，需要適當加大發射信號進行探測。

3.1.2 磁偶極感應法

利用發射線圈發射信號所產生的電磁場，使得傳至金屬管線感應后金屬管線能夠產生二次電磁場，通過探測二次電磁場完成對金屬管線的定位、定深和金屬管線走向的追蹤。該方法測量時，發射機、接收機均不需要接地，操作靈活、方便，較直連法效率更高。

3.2 隱蔽地下非金屬管線、塑料雨水管線、排水管線、排水砼管、排水塑膠管的探測方法

3.2.1 示蹤法

通過在非金屬管道中放入發射電磁信號的示蹤探頭，探測過程中通過不斷改變示蹤探頭在管線中的位置，并在地面上設置追蹤信號源，完成對非金屬管線的探測，此法探測非金屬管線須找到放入示蹤探頭的出入口才可以進行非金屬管線的探測工作，而對于一些現場條件局限的地區，施展起來極為困難，工作量大且此法對于管線的定位、埋深探測精度較差。

3.2.2 地質雷達分析法

由于該類管線在材質上與金屬管線材質存在差異，并不具備導電的特性，所以在此類管線探測上單純應用傳統的管線探測儀短期完成該工作。需采用地質雷達進行探測工作[1]，通過地質雷達向地下發射脈沖，然后通過接收管線管壁反射回來的電磁波脈沖信號，并對掃描圖像進行波譜圖像分析，進而確定管線的位置及埋深，此方法可以探查地下非金屬管線。

3.3 地下隱蔽路燈線、輸電線等電力電纜、通訊（中國電信、聯合通訊）管線的探測方法

夾鉗法：由于該類管線具有導電性，且相對于排水管線管徑較小，利用地下管線探測儀配備的夾鉗，夾套在管線上，夾鉗內的磁芯將所探測管線夾在中間，此做法可以使得感應線圈將信號傳輸到這類金屬管線上，產生感應電流完成對這類管線的探測工作。夾鉗法信號強，定位及定深精度高，廣泛運用于上述管線的探測工作[2]。

上述所述感應法、直連法也同樣適用于測區內電力、通訊管線的探測。

3.4 管線測量中疑難管線點的探測方法

對于施測地內由于部分地段地形起伏變化比較大，地下管線鋪設密集、交叉無序及路面上交通及電力線等各種因素的干擾，使得管線探測儀在探測過程中的信號并不穩定，在分析管線定位時背景值難以清晰地分辨出來，我們稱此為疑難管線點。對于這類管線點我們首先利用管線探查調繪圖進行仔細分析，通過研究管線探查調繪圖同時向管線鋪設施工方進行咨詢鑒定，摸清楚其相應的連接關系及走向再利用管線探測儀進行初始探測，針對這類管線探測過程中可以采用多臺儀器進行同時探查，從多臺儀器的探測結果中尋找分析出可靠的異常值，再采取地質雷達探測結果驗證，兩者結合進而確定地下管線的準確位置、埋深情況。

3.5 地下隱蔽管線水平定位及埋深測量方法

3.5.1 水平定位

利用管線探測儀進行地下管線探測時，先沿著管線鋪設走向進行地下管線的追蹤，在探測距離不超過75m 處設定管線點，通過相鄰管線點的正反向讀數完成管線點的平面位置定位。設定時，如果兩次讀數差值小于3cm 則取兩次讀數的平均值作為最終值確定管線的平面位置，如果正反兩次讀數差超限則重復本次探測工作。

3.5.2 確定深度

采用管線探測儀70%衰減法和直讀法對于隱蔽管線點在地面的投影上進行正反兩次讀數，若兩次讀數差在3cm內則取正反兩次讀數的平均值用以確定其深度，若兩次讀數差值大于3cm 則重復該點的深度探測。

通過上述方法利用管線探測儀和地質雷達探測確定了地下隱蔽管線的材質、走向、水平定位、埋深等空間信息，進而設置相應的管線點標志，保證了后續管線點坐標測量的精確度。

3.6 探測管線點的精度審核

在隱蔽管線點的探測工作完成后，要求取整個測區內管線點成果的5%進行復測，進行管線點精度評定，抽取測區內1%（不少于三個）的隱蔽管線點開挖進行驗證工作成果。精度檢查按照下列公式進行驗證：

式中，ΔSci、Δhci為重復觀測管線點的平面位置較差和高程較差，cm；cn為復測點數[3]。

4 結語

通過管線探測儀和地質雷達在地下管線測量中的應用，針對測量區域內所有隱蔽管線、疑難管線測量采取切實、恰當的施測方法，較傳統的管線測量及開挖測量技術在工作效率上有了本質性的飛躍，在地理環境復雜條件苛刻局限性較大的情況下，仍能夠利用管線探測儀和地質雷達進行管線測量，通過二者利用多種方法探測地下隱蔽管線精確的材質、水平定位、埋深等屬性，從而能保證管線點的設定精度更高，在對管線測量的過程中能夠通過測量設定的管線點準確的捕捉地下管線的鋪設情況及各種空間信息，這在一定程度上減少了管線測量的工作量，也為后續的數據入庫及城市地下管網系統提供了保障，時刻掌握地下管線的動態情況對于一座城市中的能量輸送、信息傳遞、廢物排泄起著不可或缺的作用。