復雜條件下城市地下管線探測技術的實施以及應用

楊起營 張寶

0 引言

在復雜條件下開展城市地下管線探測工作，應用率較高的探測方法包括電探測法、瞬變電磁法、電磁感應法、探地雷達電磁波法等。為了滿足地下管線探測工作要求，施工人員需要結合施工場地的具體狀況，選擇符合要求的探測方法，在有效識別和消除各項干擾因素之后，保證探測工程整體施工質量符合標準要求。本文從地下管線探測基本原理和優勢入手，結合復雜條件下城市地下管線探測方法展開闡述，針對地下管線探測技術的具體應用表現進行全面探討。

1 地下管線探測基本原理及技術優勢

1.1 基本原理

在實際開展城市地下管線探測工作期間，施工人員非常依賴地下管線探測儀，主要就是利用電磁信號的原理，對地下金屬管道的具體走向、深度等進行探測。工作原理是指在發射機正常運行的狀況下產生電磁波，通過不同的發射連接方式，將具體發送的信號傳送到地下被探測金屬的管線上，在地下金屬管線感應到電磁波之后，就會在地下金屬管線的表面產生相應的感應電流，其會沿著金屬管線向遠處傳播，在此期間也會通過地下金屬管線向地面輻射出電磁波。在此之后，地下管線探測儀接收機在實際對地面進行探測時，能夠在地下金屬管線的正上方地面接收到電磁波信號，依據信號的強弱變化狀況，可以精準地判斷城市地下金屬管線的位置和走向。在城市建設項目逐步增多的狀況下，更應著重開展地下管線探測工作，主要因為城市地下管線非常復雜，要保證城市地下管線處于合理分布狀態，如何選用科學合理的地下管線探測技術非常關鍵，其會對城市人們生活質量造成直接影響。

1.2 技術應用優勢

城市在發展建設過程中，會在地下埋設多種類型的管線，不同的管線工作狀態不同，其中較為常見的地下管線，包括輸配電電纜、綠化供水管線、工業用水管線、生活和消防供水管線等。為了在復雜條件下高效開展城市地下管線探測工作，就要充分利用地下管線輻射的電磁場信號做好定位工作，在獲取地下管線的埋設深度這一信息之后，精準找到地下管線的具體位置，便于施工人員掌握地下管線的分布位置。

城市地下管線的具體分布狀況，能夠反映出城市的發展水平。基于此，這就要高效應用地下管線探測技術，了解地下管線實際分布狀況，從而為后續制定具有針對性的城市建設方案提供依據。除此之外，正確應用地下管線探測技術，也可以補充地下管線信息，在確定地下管線分布位置和深度等多項信息之后，保證具體制定的城市建設和規劃方案具有科學合理性，進而實現推動城市長遠發展的目標。

2 復雜條件下城市地下管線探測方法

2.1 電探測法

在復雜條件下開展城市地下管線探測工作時，具體應用的電探測法有直流電探測法、交流電探測法。

（1）直流電探測法：在實際操作過程中，主要利用兩個供電電極達到直流電供電的目的，同時也要在地下環境中構建一個供電循環系統，在保證電流長期維持穩定的同時，精準地判斷城市地下金屬管線所處的位置。在具體應用直流電探測法開展地下管線探測工作時，一定要明確地下管線與周邊介質二者之間存在的差異，并要充分應用電流在低阻體、高阻體中的差異化分布狀況，高效完成地下管線探測工作。通常狀況下，在低阻體中應用直流電探測法的探測效果更加顯著。

（2）交流電探測法：在應用交流電探測法開展地下管線探測工作時，主要是利用交流電所形成的磁場來探測地下管線，能夠保證地下管線探測數據具有精準性。在交流電探測法充分發揮作用之后，可以全面掌握并分析地下不同介質之間的差異，這樣就可以明確差異來源。

2.2 瞬變電磁法

在開展自來水、污水、雨水管道探測工作中會應用瞬變電磁法，主要就是向地下實現脈沖電磁場的發射，使底層介質出現二次電磁場之后，同步使用線圈接收信號。在做好信號分析工作之后，可以獲取相關數據信息，這樣可以為后續高效落實地下管線探測工作提供參考依據。瞬變電磁法與探地雷達法具有相似性，在具體探測過程中金屬管道或是管道內電物質反應均屬于低電阻體，而附近的介質屬于高阻體，這樣就可以精準地掌握地下管線具體分布的深度和位置等方面的信息。瞬變電磁法具有諸多應用優勢，如反應靈敏性強，將其應用到排水管線和其他類型的管線探測工作中，可以獲取真實可靠的信息。

2.3 電磁感應法

一般狀況下，在導電金屬周圍會分布磁場，這樣可以通過電磁感應法收集相關磁場，之后再精準地判斷地下管線埋設的具體深度和位置。在復雜條件下開展城市地下管線探測工作，應用電磁感應法具有方便快捷的特性，能夠高效探測出金屬類和線纜類的地下管線。地下管線探測人員為了進一步提高探測信息精準性，也可以通過人工激發的方式完成管線中的電流激發工作。人工激發方法主要包括直連法、夾鉗法、磁偶感應法，需要結合不同類型的管線選擇符合要求的激發方法。

2.4 探地雷達電磁波法

地下管線探測人員在實際操作期間，將探地雷達電磁波法作為一種輔助方法進行應用，其比較適合應用在非金屬地下管線的探測工作中。正確應用探地雷達電磁波法來探測地下管線的布局狀況，主要利用探地雷達發射天線來發射電磁波，之后通過接收天線來接收管線反射出的相應電磁波，在做好電磁波分析工作之后，可以明確地下管線的深度和位置。

3 復雜條件下城市地下管線探測技術應用表現

3.1 在探測近間距并行式管線中的應用

受到城市建設這項工作的影響，現階段一些城市中可以使用的地下空間比較少，在實際開展管線埋設工作時，主要以應用平行埋設方式為主。雖然具有一定優勢，但是也會給探測近距離并行式管線造成不利影響。例如：如果管線之間的距離比較小，并且異常曲線處于單峰狀態，這樣就無法通過峰值來判斷復雜條件下城市地下埋設的管線數量。如果管線之間存在的距離過大，就會形成一些峰值，而曲線具有不對稱性，會使管線對應的平面位置針對異常峰值產生位移問題。出現這兩種現象的主要原因，是因為管線之間存在互感與耦合的作用，這樣就會出現異常疊加的狀況。為了做好異常處理工作，需要結合具體狀況，科學合理地調整施工方式，具體如下。

在具體操作過程中充分應用直接法，主要針對管線向外出露的位置進行充電，并要保證電流可以順延目標管線進行流動，這種方法適合應用在探測金屬管道施工中。此外，在探測電力與電信類的電纜管線期間，可以使用夾鉗法形成感應電流。在一些比較特別的探測條件下，如果無法使用夾鉗法和直接法，那么可以應用壓線法進行探測，需要引進感應閥，在嚴格管控干擾問題過程中，也要充分應用垂直、傾斜、水平壓線法。除此之外，如果發現兩條管線的位置處于相鄰狀態、材質與埋深都存在差異、管線處于電磁場內部的具體場位與磁感應缺乏一致性，導致形成了差異化的感應電流，就要充分利用發射機設備具體產生的壓線感應，在目標管線中產生感應電流，并要對旁側具體存在的干擾因素進行控制，在精準獲取目標管線產生的有效異常之后，可以更加精準地定位地下管線。

3.2 在探測各種非金屬類管線中的應用

復雜條件下的城市地下管線種類較多，并且管線的材質存在差異性，在一個管線系統中也會應用多種材質。在管線儀器設備的輔助下，能夠精準地探測金屬管線，但是此項操作也存在一定的弊端，如不能完成非金屬類的管線探測工作。現階段具體可以使用的物探技術多種多樣，但是仍然存在使用效果不佳的問題。基于此，在實際開展管線探測工作時，需要對處于淺地表中的管線對應的精準空間位置定位問題進行處理，考慮到此項工作對精度具有較高的要求，這就要保證達到厘米級別。在應用管線探測儀裝置開展非金屬管線處理工作期間，極易產生探測效果不佳的問題，這就要結合具體的探測要求，高效應用探地雷達。

以A 城市的道路交叉口管線探測工作為例，進行分析，使用RD8000 管線儀探測信號非常弱，該項目的天然氣管道采用頂管（鋼管外加800mm 套管）進行施工，可知套管管底的深度為4m，頂管施工至30m 處發現給水管道與套管正交，已經完成的30m 工程處于作廢狀態。在到施工現場探測之后，可知離路口東側100m 處的湖下發現600mm 給水管道出露，測量管頂標高為19.6m，推算路口處該管道的深度為3.7m，其與頂管施工發現該水管道的深度具有一致性。基于此，為了提高探測結果精準性，就要明確以下幾項影響因素。

（1）在具體應用探地雷達法開展地下城市管線探測工作時，最終的探測結果極易受到其他因素的影響，如周邊介質的材質、地下管線材質等是不能忽視的影響因素。介電常數之間存在一定的差異，在差異逐步增大之后，反射界面就會變得更加明顯，進而也會使反射系數增大，異常圖變得更加清晰；在介電差異逐步縮小之后，反射界面并不會表現得非常明顯，此種狀況下雷達將難以探測反射信號。電導率也是影響探地雷達使用效果的一項關鍵因素，介質吸收系數與電導率二者之間具有負相關的關系。如果介質電阻率不大，但是吸收系數卻比較大，電磁波僅有較小的穿透深度，那么雷達就難以接收反射信號。

（2）地下管線周邊介質的分布均勻程度，也是非常重要的一項影響因素。在實際開展地下管線埋設工作時，通常需要采取挖溝回填、覆蓋等施工技術，最終原土層與回填土結構就會遭到破壞，進而就會使電導率與介電常數出現不一致的問題；在回填土的內部存在建筑垃圾，如磚頭和石塊等，土質與這些建筑垃圾之間存在電導率、介電常數差異，極易在雷達剖面上出現干擾異常的問題，進而就會對管線異常識別工作造成影響。在實際開展探測工作時，非常關鍵的一項工作就是掌握地下管線的主要信息，如掌握地下管線的具體埋設狀況、材質與規格、規模與異常形態等，在此之后對地下管線進行探測和識別。

（3）探測環境是影響復雜條件下城市地下管線探測結果的一項關鍵因素。在實際開展探測工作時，應用雷達需要在較為平坦的地勢條件下開展，并且要規避無線電式射頻源與大件的金屬材質物體，這樣干擾因素在對雷達產生一定的影響之后，就會使其反射波形成異常的狀況，進而無法保證雷達系統安全穩定運行。現階段可以利用的地下空間資源比較少，在實際埋設管線期間會在近距離的條件下開展，并且一部分的管線還會采取平行排列、斜列敷設與上下排列的方法等。實際上，這些操作都會對雷達探測活動造成影響，在全面開展探測管線這項工作時，需要在前期階段調查各種類型管線具體的位置、制作的材質、規格等，最終目標是為后續排除干擾因素創造條件。

為了保障復雜條件下城市地下管線探測工作符合標準要求，就要在明確探測技術應用要點之后，對管線探測的精度進行嚴格管控。比如：嚴格管控隱蔽管線點的探測精度，高程中誤差不大于±2cm；水平位置的限差不大于±（5+0.05h），在測區較大并且缺少四等及以上水準點的狀況時，地下管線埋深不大于±（5+0.07h）；管線點的解析坐標中誤差不大于±5cm，地下管線圖上測量點位中誤差不大于±0.5mm。

4 城市地下管線探測技術未來發展趨勢

在實際開展城市建設工作時，需要著重開展地下管線探測工作，在初期建設管線時，存在沒有及時保存完整材料、材料精準度不高的問題、地下管理效率低等問題。為了保證地下管線探測技術充分發揮應用價值，在未來應用該項技術過程中先要圍繞管線的具體狀況進行分析，制定具有集約化特征的管理方案，如不僅要解決地下管線無序布設的問題，也要避免出現重復建設的問題，從而為后續降低探測管線條件的復雜性創造條件。考慮到非金屬類的管道被廣泛應用在地下管線系統中，加之還要預防煤氣管道泄露和腐蝕等問題，這樣就會使用鋁塑復合材質類的管道、PE 管道、PE 塑料管等，但是非金屬管線不導電、不導磁，其成為探測工作中一項難以處理的問題。基于此，在未來解決非金屬管線探測問題時，需要結合實際狀況，做好以下兩項工作。

（1）在鋪設管線同時預埋金屬示蹤線，或是埋設記標釘，這樣能夠為后續精準探測非金屬管線創造條件，在金屬管線探測儀探測示蹤線發揮作用的狀況下，精準定位地下管線。構建完善的地下管線建設法規，大范圍推廣非金屬管道示蹤線的埋設。

（2）二是在研發非金屬管線探測方法、探測儀器工作中投入更多的時間和精力，如保證精度、效率等滿足城市地下管線探測要求。

5 結語

綜上，在對復雜條件下的城市地下管線進行探測時，具有較高的難度，不僅要結合探測要求進行分析，也要選擇具有針對性的探測技術，在保證探測方案具有科學合理性同時，為后續城市建設與發展提供保障。現階段較為常用的探測方法包括電探測法、瞬變電磁電、電磁感應法、探地雷達電磁波法等，在實際探測近間距并行式管線、非金屬類管線期間，需要充分考慮各項影響因素，在保證探測技術最大程度上發揮作用之后，滿足地下管線探測要求，從而獲取精準的信息，為后續制定科學合理的城市規劃和建設方案提供依據。