关键词：苏州地区，管线探测，方法
1 前言
地下管线被视为城市的生命线，是保障城市安全、稳定运行的重要基础设施。近年来，随着城镇化进程的快速推进，地下管线呈现出数量和规模越来越大、新旧管线敷设集中的现象，由此产生了诸如地下管线权属单位不清、规划建设资料不全、设施维护缺失甚至失控等一系列问题，在后续的城镇建设与改造中，极易造成管线损坏，威胁城市与生命财产安全。因此，先期进行地下管线的探测，已成为工程建设过程中必不可少的内容之一。
2地下管线分类
苏州地下管线类别主要有电力、燃气、给水、通信、排水以及输油、蒸汽管道等。上述管线按材质不同分为金属、非金属两种；按埋设方法不同分为开挖敷设、非开挖敷设两种。
由于不同的地下管线在电性、磁性、波阻抗和导热性等方面与周围介质存在差异，因此，在管线探测过程中，对不同的地下管线需要采取相适应的探测方法和设备。
3主要地下管线探测方法
结合苏州地下管线类别、材质、敷设方式，从金属管线、非金属管线、非开挖（有出入口）管线三个方面，对主要地下管线的探测方法进行分析。[ 作者简介：陈雪元（1979-），男，江苏吴江人，高级工程师，主要从事工程物探工作。]
3.1金属管线
金属管线一般具有中等以上强度的磁性，较好的导电性、导磁性。地下管线一般敷设在地表以下5米以内的浅表土层中，表土层一般无磁性，其电阻率在几欧姆米～几十个欧姆米，由此可见地下管线与其周围介质存在着明显的电性、磁性差异。因此，用电磁感应原理制作的地下管线探测仪能比较正确地探明地下金属管线的分布状况。
其原理是通过对目标管线施加一定频率和适当强度的交变电磁场，该目标管线与大地之间便有相应的交变电流通过，该交变电流在其周围空间产生相同频率的交变电磁场，即在目标管线周围形成二次交变电磁场异常，用接收装置检测该异常，便能确定目标管线的位置，达到探测地下管线之目的[1]。
探测方法分为主动源和被动源方法，其中主动源法包括直接法、夹钳法、感应法。
根据各类管线特征采用相应的方法。例如对电力电缆可采用被动源法；而追踪地下管线走向或区分地下管线时，可采用主动源法(直接法、夹钳法)，该方法相对于被动源法探测精度更精确。
（1）被动源法
被动源法主要利用动力电缆本身所产生的电磁场，用接收机接收并分析该电磁场的信号特征，即能确定其所处的位置，如图1：
图1 被动源法施工布置示意图
（2）主动源法
1）直接法
主要利用地下管线露头。如：阀门，检修井，各种表具箱等探测金属管线。方法原理为：发射机一端接到被查目标管线上，另一端接地，利用发射机将信号直接加到目标管线上，用接收机接收该信号并分析其信号特征，即能确定地下管线所处的位置，下图2：
图2 直接法施工布置示意图
2）夹钳法
利用专用地下管线探测仪配备的夹钳，夹套在金属管线上，通过夹钳上的感应线圈把信号直接加到目标管线上，用接收机接收该信号并分析其分布特征，即能确定地下管线的所处位置，如图3：
图3 夹钳法施工布置示意图
3）感应法
根据电磁感应原理，在金属管线上方（或附近）放置有交变电流的发射线圈，线圈受交变电流的作用产生交变电磁场并向周围传播，该电磁场称为“一次场“。因穿过金属管线的“一次场“磁通量的大小、方向不断变化，使金属管线产生感应电流，其大小正比于磁通量的变化率，频率与“一次场“相同。同理，该感应电流在其周围产生频率相同的感应电磁场，即“二次场“。通过接收装置在一定距离外接收“二次场“信号，分析其分布特征，从而达到寻找地下金
属管线的目的[2]，如图4：
图4 感应法施工布置示意图
3.2非金属管线
非金属管线指水泥、塑料、陶瓷、玻璃钢等非金属材质为主的管线,其有的管壁中加有金属筋的砼管可有较弱的探测信号。其它非金属管线用普通管线探测仪无法探测。本测区内需探测的非金属管线主要有：给水砼管、雨水（污水、合流）管、燃气塑料（PE）管、电力电信无线缆非金属套管等。
不同的管线与其周围介质间存在一定的物性（电性、弹性、磁性、密度、温度、放射性等）差异，具备了探测所必要的地球物理前提。
对上述非金属管线的探测方法，则根据管线的性质及材质，本测区分别采用了实地调查、地质雷达、示踪电磁法、开挖等方法。
调查方法是将窨井盖打开，在原有管线资料的基础上，对明显管线点及其附属设施（包括接线箱、电信人孔、电信手孔、仪表井、检修井、阀门、消火栓等）做详细的调查、量测和记录；查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、走向及管线的连接关系。
地质雷达探测非金属管线具有快速、高效、非破坏性等特点，是PVC、PE、混凝土等非金属管线探查的首选工具，但在苏州地区由于地下水位较高，大部分管线铺设在地下水位以下，在进行地质雷达探测时，发射的高频电磁波受到地下水反射，无法传递到管道上，无法分辨管道与周围介质分界面。类似的还有地震映像法、高密度电法等，该些方法主要还是用于地下建（构）筑物的的探查[3]。
示踪电磁法是将能发射电磁信号的示踪探头或电缆送入非金属管道内，在地面观测它产生的电磁场，用仪器追踪该信号，则可以探测管道的位置和深度，用于探查有出入口的非金属管道，如非开挖管线等；特点是探测深度大、效果好、精度高。
3.3非开挖（有出入口）管线探测
目前非开挖管道主要采用水平定向钻进铺管技术，该技术是一种现代非开挖施工新技术，主要用于穿越河流、马路、公路、铁路、建筑物等障碍物铺设各种管道（包括电力电缆、信息管道、热力管道、燃气管道、给排水管道等）。目前非开挖施工单位的工程竣工图与管道的实际空间位置误差较大（10～20％），尤其是在干扰大的城区，误差在20%以上，测绘部门提供的跟测资料也存在着同样问题。这种令人担忧的状况对城市地下管线的规划管理、建设施工及地下空间的合理利用产生重大影响，近年来许多重大地下管线受损事故发生的主要原因均是非开挖管道竣工资料不准及物探成果误差大。非开挖管道无法精确探测问题，严重阻碍了非开挖工程技术的推广和应用。
为了精确定位非开挖的管线的地下位置，目前采用的方法有示踪电磁法、惯性定位法（陀螺仪）、井中磁梯度、开挖、钎探（静力触探、钻探）等。
惯性定位法（陀螺仪）是一种国际上领先的管线三维精确定位新技术。它将陀螺仪原理与计算机三维计算技术整合在一起，巧妙地综合利用陀螺仪导航技术、重力场、计算机矢量计算等交叉学科原理，自动生成基于 X、Y、Z 三维坐标 的地下管线空间位置曲线图，从而实现精确定位大埋深管线而不再受管线材质、 埋深或周围环境及地质条件限制，其定位精度达 2.5‰。把陀螺仪装置用牵引绳拖入空置管孔中，启动仪器并缓慢牵引陀螺仪，贯穿整个测孔。地下管线探明以后，采用全站仪测量各测线的起止点坐标进行数据 转换，并将转换后的数据进行处理，提供所测区域内管线的分布情况。
井中磁梯度一般用于埋设较深的金属管道，在均匀无铁磁性物质的土层中，其磁场强度理论上应是均匀场，而如果 在其中有铁磁性物质存在时，将会在其周围分布有较强的磁场，从而产生磁异常，且磁异常强度由近及远逐渐衰减。由于金属管道属于强铁磁性物质，在其周围区域分布有较强的磁场，因此， 可以通过观测其磁异常的变化，尤其是垂直分量 Za 的梯度值的分布来判定异常 物的平面位置及埋深。通过钻孔的手段将磁力梯度仪下到钻孔内，由上而下测量水平金属管道在垂 直方向上的 Za 曲线变化，可以得到较理想的效果。
开挖、钎探（静力触探）是在现场条件允许的前提下，对难以确定走向或者重叠管线需要探明的部位进行人工（机械）开挖，开挖深度以见到管线顶部轮廓为准。开挖点宜选择在道路 两侧绿化带或道路中央分隔带位置，开挖结束后，应及时恢复原貌。
钻探是进行波速测试、磁梯度测试，确定深非开挖方式施工、大埋深地下管线深度的直接手段，一般用于探测给水管道、天然气管道、雨污水管道等。
4结论
（1）地下管线数量和规模越来越大、新旧管线敷设集中、材质多样，对探测工作造成一定干扰。先期进行地下管线的探测，已成为工程建设过程中必不可少的内容之一。
（2）苏州地下管线类别主要有电力、燃气、给水、通信、排水以及输油、蒸汽管道等。由于不同的地下管线在电性、磁性、波阻抗和导热性等方面与周围介质存在差异。
（3）在管线探测过程中，对不同的地下管线采取相适应的探测方法和设备，并应结合地下管线的分布特点和作业手段进行验证，必要时采用开挖、钎探（静力触探）、钻探等辅助手段，以得到理想的探测效果。
参考文献
[1] CJJ61－2017.城市地下管线探测技术规程 [S].
[2] CJJ 7-1985.城市勘察物探规范 [S].
[3] DZ/T0170-1997.浅层地震勘查技术规范 [S].b
论文作者:陈雪元
论文发表刊物:《城镇建设》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
标签：管线论文; 地下论文; 管道论文; 非金属论文; 方法论文; 电磁场论文; 夹钳论文; 《城镇建设》2019年22期论文;