城市綜合地下管線探測的方法應用及信息系統建設

摘 要：隨著科技的日新月異與社會的持續進步，中國的城市市政管網體系正逐步構建并趨向完善，其中，地下管線作為關鍵的市政基礎設施，亦在迅速優化與升級。受歷史與現實多重因素影響，以往埋設的地下管線缺乏詳盡資料與數據，致使當前城市規劃、管理等工作面臨數據缺失的困境，挑戰重重。近年來頻發的管線安全事故，正是這一問題的直接體現。因此，明確地下管線的埋設位置，并建立信息化系統很有必要。有效管理地下管線并實施科學探測，可為城市建設與發展帶來顯著的經濟效益；探討城市地下管線探測方法的應用及信息系統建設策略，將為城市的穩健、快速發展創造有利條件。

關鍵詞：綜合地下管線；探測方法應用；信息系統建設文章編號：2095-4085（2025）02-0223-03

0 引言

地下城市管線探測是指利用多種探測手段，對各類管線的類型、材料、埋深、走向等進行綜合分析的一種技術。對地下管線進行探測，首先要確定其所在地區的范圍，其中既有市政公用管線，也有住宅小區等特殊工程。城市地下管線探測在客觀上屬于比較寬泛的范疇，但探測技術等較為明確，且隨服務部門的變化而變化［1］。在現代城市建設中，城市地下管線的設計和規劃已成為當今社會不可缺少的部分，也是業界共同關注的課題。

1 管線探測基本流程

接收任務→編寫技術設計書→現場技術交底→儀器方法及適應性試驗→外業調查→探測草圖→管線探測→探查信息錄入→探測質量檢驗→管線點測量→數據處理→管線成果編繪→檢查、修改、整飾→審核驗收→成果提交。

2 探測方法及應用

目前地下管線探測的方法及優劣勢主要有以下幾點。（1）電磁感應法。該方法在金屬管探測上具有明顯優勢，但極易受到磁場干擾。（2）聲探測法。該方法主要能夠探測出管道是否連接完整，但其具有距離限制性，只能在規定距離范圍內有效。（3）地質雷達法。該方法能夠有效探測出管道是否存在，但極易受到地下介質干擾，且無法實現追蹤探測。經實踐經驗可知，當以上方法單獨使用時，各種方法的劣勢明顯，無法實現地下管線的有效探測。因此，在實際探測中，需要將多種方法綜合使用［2］。

2.1 金屬管道的探查

2.1.1 電磁感應法

該方法適用于大口徑、點數少的金屬管線探測。其工作原理為：測量好目標管線的大致方位后，將探測器放置在與目標管線走向平行的位置，打開電源，讓探測器發射的信號在被測物體的管線上產生感應，并在其附近形成磁場；接著，操作者手持接收器，沿著與管線垂直的方向進行探測，通過觀察接收器上的磁場強度來判定管道的位置，可采用電感式、夾鉗式和直接式三種方式來跟蹤管道。對于電阻較高或電導率略低的管線，應選擇高頻信號探測儀，例如RD8000探測器可以選擇33kHz。在管道并行數多、需要進行長距離檢測的情況下，可選用低頻信號探測儀。

在項目實施過程中，以電信通信檢查井為實例，首要步驟是詳盡采集井內材質、規格尺寸及深度等關鍵信息，并對現場附屬物用油漆進行號碼編寫，做好中心位置標志，以方便后續測量采集。數據采集完成后，以此井為儀器放置點，采用夾鉗法對下一探測點進行沿線探查，探測至另外明顯附屬物為止。沿線探測中，管線轉彎需定轉折點，超長中間應加設一般管線點，位置采用儀器谷峰定位、70％信號衰減定深，正反探測須保證位置深度準確［3］。

2.1.2 直接法（充電法）

直接探測方法適用于有外露部位，如：消火栓、閥門、水泵等。在探測過程中，發射電纜必須連接到要探測的目標管道暴露點，并要確保在電性接觸和接地條件良好的環境中，促使被測管道在帶電狀態下逐步產生磁場；測試人員手持接收器，在與發射器同頻的條件下，沿管道行進方向左右搜索，并通過觀察接收機上的磁場強度，對被測管線的位置進行判定和追蹤。

在項目實施中，熱水管作為雙管管線需雙管單獨進行追查，直至探測至下個明顯附屬物為止。沿線探測中，管線轉彎需定彎頭、超長需中間加設一般管線點，位置采用儀器谷峰定位、70％信號衰減定深，正反探測保證位置深度準確。

2.1.3 電磁波法

當一個頻率的電磁場從地面發出時（稱為一次場），在該電場的作用下，地下的金屬導線將感應到與之相同的電流，并通過對地面上的該電流磁場（簡稱二次場）進行測量，可以準確判斷出金屬導線的具體位置。

2.1.4 長導線法

當上述幾種方法都無法奏效時，可以使用該方法。這種方法需要在被測管道中布設兩個以上的暴露點，并且可以布設更多的測線，其檢測模式類似于直接法，適用于管道探測中信號較弱的情況。

2.2 非金屬管道的探查

2.2.1 主動聲源法

該方法是以聲波探測為基礎，分為收發兩個部分。發送部件的聲頻驅動裝置通過一個轉接頭與燃氣維修井的排氣閥孔相連，將一種特殊的合成頻率聲頻信號施加到燃氣管路中，聲波信號使管內氣體發生諧振，并向遠處傳輸，在傳輸過程中，部分聲波能傳遞到地下。在地面上，一名技術員用一臺手持式接收器，接收回應波，并通過接收器聲波信號的強度和數值的高低來確定該氣體管線的平面位置。主動聲源探測方法在非金屬天然氣管線探測中非常有效，但是在復雜的城區中，要盡可能地選擇在環境干擾較少的時段進行。該探測方法是在常規的管線泄漏探測技術基礎上發展起來的一種技術，可以對自來水和燃氣管線進行跟蹤，能夠解決電力電纜的故障問題。該方法能夠較好地滿足各種探測目的和設計需求［4］。

2.2.2 地質雷達深測法

該方法主要是利用探地雷達產生的電磁波，來探測被測地區地下構造的電導率，不同物質所產生的電導率數據有差異，因此，可根據此數據的差別，實現對地下管線的識別。雷達波的特性表現為：高頻情況下分辨率高，高衰減情況下探測深度低；反之，隨著頻率的降低，分辨率也會隨之降低，低衰減情況下探測深度大。影響地質雷達探測的具體因素有以下幾點。（1）管線材料和周邊回填材料的影響。由于不同物質的導電性能各異，導電性越好，其電導率之間的差異越顯著，相應地，在雷達探測中的反映也就越為明顯。周圍回填材料中含水量越高，將對雷達信號的識別造成不利影響；針對雷達波的頻率特性，為達到探測深度或分辨能力的需要，應選用適當的天線頻率。（2）雷達探測法的使用，不需要地面有目標探測管線的相關暴露點，探測時也只能做表面探測，而不能實現對管線的跟蹤探測。若要在特定區域內進行探測，需在區域內布置網格狀探測布局，且探測要求越高，網格的密度亦需相應增大。在探測過程中必須對地下管線的情況有較好地認識，地質雷達只能測定管線的深度及方位，而不能測定管線的種類。

探測非金屬管道是一項技術挑戰，該方法運用脈沖雷達，不斷向地下發送微秒級的短脈沖視頻信號。隨后，管道壁反射回的電磁脈沖信號便是需要接收的信號信息。最終，通過解析與識別所得圖像及信號信息，即可精準定位管道的位置及其埋設深度。

在項目實施中，探測塑料燃氣管線時，有明顯的擾動波形，但看不出有明顯管線影像。開挖驗證并深入至0.4m深處后，發現該區域土壤相較于外圍更為疏松，且空隙顯著增多。對于已挖掘但未實施壓實處理的管線區域，在進行雷達剖面分析時，誤差風險較高。但若能依據坑內回填土與周邊土壤性質的差異，初步推測管線的大致方位，并輔以釬探等手段，即可較為準確地判定管線的埋設深度。

在對燃氣管線進行探測時，發現其周邊有電力溝，此處可以看到電力溝所引起的異常現象。在此情境下，雷達檢測到的強異常將不能滿足鄰近管道探測的需要。因此，在啟動雷達探測作業之前，務必全面了解管道周邊的環境狀況及管線的具體布局。特別是要留意那些可能對探測產生強烈干擾的管線，以免在分析圖像及相關信息的過程中，引發誤判或導致探測結果出現偏差。

在實際應用過程中，雷達斷面圖中可能會遭遇諸如巨石等異常物體的干擾，這些物體往往會妨礙斷面分析的準確性。一旦遇到這種情況，為確保分析結果的可靠性，需要重新規劃雷達斷面的布設，從而有效排除異常物體對目標探測造成的干擾。

2.2.3 地震波法

在對地下管線進行地震探測時，必須先確定其大概的范圍，然后，利用人工錘擊法在一定距離內激發出一種地震波，通過地震波的傳送，來探測管線信息。在城區復雜的環境下，地震波可以用于對非金屬材料的管線進行探測，如塑料、聚乙烯、鋼筋混凝土、聚氯乙烯等；還可以用于金屬材料，如鑄鐵管、鋼管等管線的探測。尤其針對城市中的硬質路面，該方法能更有效地運用彈性波的激勵特性，精確獲取地下管線的埋深與位置信息，通過分析相位、幅值及頻率的變化，準確鎖定管線具體位置。

2.2.4 主要特征點的探查方法

2.2.4.1 拐點

通常情況下，定位采用的是直線延伸法。其主要采用接收機對管線進行連續跟蹤，當到達拐點時，信號的響應會快速減弱，當達到最弱時，標記該位置，并以此為原點，以兩個步長為半徑，進行環狀檢測，直到出現新響應，才能確定管線的新方向。通過這樣的方法能夠判斷出拐點的大致位置。然后，在拐點兩側的直線上，通過至少三個點的定點確定出具體的直線走線，并據此開展連續追蹤，這兩條直線的交點即為拐點的準確位置。

2.2.4.2 變坡點

隨著管線達到變坡處，埋深發生較大變化，其接收到的信號強度也將發生較大變化。在這種情況下，需要通過增加或減小傳感器的靈敏度，逐一檢查管道的埋設深度，以此來判斷管道變坡點的具體位置。

2.2.4.3 三通和四通

若要探測出三通和四通的具體位置，需要利用感應或者充電的方法，在管道運行方向上，進行縱向探測。如果探測到前方左右兩側任意一側有信號，并干擾了直線探測，便將其定位；然后，沿管線作環狀搜尋，直到找出第二個波峰，若與此線信號一致，則可判定此點為三通或四通之連接點。

2.2.4.4 變徑點

管徑的變化與管壁的不規則寬度及其形狀有較大關系。管徑愈小，寬度的異常值愈小，異常峰愈尖；相反，隨著寬度異常值的增大，峰值的大小也隨之減小。根據這一特點，應用加密平移法，可以得到變徑點的具體位置。

2.3 資料調繪技術

數據調圖是以權屬單位數據和圖檔為基礎，解析管線關鍵信息的一種技術。這種方法能夠在啟動之前，獲得大量的有關數據，對數據中出現的問題進行分析和整理，從而解決數據不精確和不完整的問題。在某些特定的條件下，必須要與現場探測相結合，才能起到查缺補漏的作用，這樣才能滿足各種系統的建設目標和發展需求。

3 探測的信息系統建設

3.1 基本原則

為進一步提高該系統的建設水平，保證其生命力，確保其在全生命周期中能夠發揮效能。系統建設應遵循如下幾個原則。（1）完整性。在建設城市地下管線信息系統時，要從規劃的整體性出發，對其內容進行合理地安排。（2）可靠性。在建設城市地下管線信息系統時，必須保證城市運行的穩定。在進行地下管線管理時，必須要有健全的信息系統，才能達到服務的標準和建設要求。（3）先進性。通過提高總體管理水平，引進先進的科技、管理經驗、先進技術，來提高我國城市地下管線信息化水平。（4）安全。必須確保運行過程的安全性，且唯有在獲得用戶明確授權后方可啟動，以此增強運行的穩定性。（5）更新的動態性。城市地下管線信息化建設的優點是能夠根據各種管線的特點，及時調整資料，使之能適應各種管線的設計和優化。

3.2 系統功能

（1）資料錄入子系統。便捷高效的資料查詢與服務統計功能，可滿足管線與地形資料的輕松瀏覽、精準資訊定位、深入管線分析及系統構建需求。（2）對地圖的管理。地圖管理子系統包含了地圖繪制、地圖編輯、符號庫管理、數據輸入/輸出以及系統轉化等一系列的功能。（3）管網管理系統。管線信息的查詢與編輯、專題圖的制作、歷史資料的制作等。（4）管網監測系統。實時監控可實時展示接入的傳感器監測數據、視頻監控；預警看板能集中呈現當前各類管線、井蓋的告警信息；方案管理可維護管線事故的報警方案，指導運維人員及時處置；信息發布能按照事故處理響應預案，對相關系統、人員及時發布通知；統計分析可對歷史預警、處置信息進行統計分析，并以圖表方式呈現數據變化趨勢。

4 結語

綜上所述，為順應城市迅猛發展的態勢，需將城市道路拓寬與地面整修工作統籌納入規劃之中。其中，地下管線信息化建設有著無可替代的作用，它能在控制成本的前提下，達成臨時保護與綜合利用的目標，并提升技術適配性。面對當前綜合地下管線的復雜狀況，為顯著提升探測精確度，務必大力推進數據調繪、探地雷達、地震波成像等多元技術的研發與應用，逐步構筑起更為優化的發展模式，為城市穩健、快速發展奠定堅實基礎。

參考文獻：

［1］李俊義.城市地下管線探測及地下管線信息系統建設探究［J］.智能城市，2021，7（5）：65-66.

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［3］張懷生.數字化建設中城市中心老舊小區地下管線探測研究［J］.西部資源，2021（1）：201-203.

［4］陳才坤.小區域綜合地下管線探測方法探討［J］.工程技術研究，2019，4（2）：247-248.