上海市岩土工程检测中心 上海市 200436
摘要：随着城市基层建设的不断更新，地下市政管线埋设情况越来越复杂，这为社会发展提供了极大的便利，但也暴露出了很多的问题，尤其是城市洪涝、城市设施地基施工等因素给地下管线的布置与探测带来很大的影响，因此对其相应的探测技术研究十分必要。本文主要阐述了地下市政管线探测技术的基本原理与方法，分析了复杂条件下地下市政管线探测技术的应用。
关键词：复杂条件；地下市政管线；探测技术；应用
前言
地下市政管线是社会、城市发展必不可少的组成部分，随着科技水平的提高，市政管线的材质、种类与铺设方法等方面有很大变化，对于管线探测工作来说，技术难度也越来越大。因此在实际的地下管线探测过程中，应根据管线铺设现场的实际情况与所产生的问题进行具体分析，选择有效的探测方法，保证探测的精度，确保探测的工程质量，进而为社会、城市的快速发展带来更大的保障，使人们的生活更加舒适与方便。
1.地下市政管线探测技术的基本原理
1.1电磁感应法进行地下管线探测
目前来说，电磁感应法是市政管线探测最主要的方法，直接法、夹钳法及工频法均属于电磁感应法的一种，在管线探测工程中被广泛应用。它的基本原理是利用目标管线与其周围介质之间的导电性、导磁性差异为物性基础，结合电磁波传播原理与电场、磁场的空间、时间分布规律，实现探测地下管线的目的。探测时，主要依靠主动场源或被动场源激发使地下金属当中产生电流，这些产生的电流与地下管线周围产生交变电磁场，在地表利用可接收电磁信号的物探仪器在观察电磁场空间分布的规律，并根据接收到的电磁场分布特征来获得管线的平面及埋深参数。在此过程中需要满足的条件有：（1）电磁场特征能够被物探仪器探测与计算；（2）场源所激发电流达到足够的强度，并尽量消除或压制一些干扰因素；（3）物探仪器获得地球物理场信息的真实性、丰富性。
1.2地质雷达进行地下管线探测
地质雷达方法也属于电磁感应法的一种应用扩展，该种方法主要利用的也是目标地下管线与周围介质之间导电性、导磁性及介电性的差别来进行相关工作，但地质雷达探测又区别于常规的电磁感应法。其具体过程是：雷达天线做为波源不断发射高频电磁波，在对目标管线探测过程中，高频电磁波在遇到不同的介质界面时会产生不同折射、散射或透射，由于介质之间存在着电性差异，其反射回波的能量也存在着差异，电磁反射的能量强度与界面周围的介质本身的物理性质息息相关，当被反射的电磁波被接收装置获得后，就能够分析出反射波的一些参数，比如波长、振幅、时间、相位等，在经过一定的技术处理，形成探测剖面的扫描图像见下图1，作为探测分析的数据基础，得出地下管线的分布状态与准确位置，保证探测的精确度。
图1：地质雷达原理示意图
地质雷达探测方法比较适用于大口径地下管线的探测，就经济方面来说，地质雷达价格较为昂贵，目前来说普及程度较低。
2.复杂条件下地下市政管线探测技术应用
2.1地下近间距并行管线探测
在城市内，尤其是发展快速的城市，为了节省地下的空间资源，市政管线基本都采用平行近间距的埋设方式，这能最大程度上节省地下空间资源，但是对于管线探测工作来说，这种近间距并行管线铺设会对探测目标产生较大的干扰，具体干扰特点主要有以下两个方面：一方面，单一管线时物探异常曲线一般呈单峰状，在管线之间的间距较小或重叠时，电磁感应法也只有一个单峰值，有可能会出现次峰值，但一般情况下无法很好的判别，所以不能依据异常曲线出现的峰值数量来判断地下管线的多少。另一方面，当管线间距较大时，异常曲线会呈现多个峰值的情况，这些曲线由于信号的强弱并无对称情况，且异常曲线峰值与其相对应管线的真实位置可能存在一定的位移，这主要是由于管线之间耦合、互感等产生的电磁场叠加引起的。为了应对非管线探测目标对目标管线探测产生干扰，一般会采用如下办法来分辨干扰管线：
（1）注意向目标管线施加的电磁信号的强度，只有强度达到一定的数值，才能帮助探测仪器准确识别目标管线。这一般采用直接法、夹钳法，即利用管线出露部分直接对管线充电，以此促进管线内电流的流动速率，强化电磁信号，扩大信号覆盖范围。
（2）对各种管线的线路规划有一定的了解，提前测绘管线埋设地段的数值，详细记录并分析观测到的数据信息，为复杂地段的地下管线探测工作提供一定的数据支持。
（3）管线间距较小，会使管线探测信号相互之间产生干扰，需要准确探测出整个管线的深度与位置，提前了解管线的埋设情况，对管线探测具有一定的指正作用。
2.2非金属管线探测技术
随着工业的生产、居民生活需求的增多，使得城市地下管线的种类日益增多，比如工业、通讯、电力、给水、排水、燃气、热力等方面。并且相同管线的材质也存在千差万别，对于金属管线而言，采用管线仪进行探测基本能保证探测定位的准确度，但对于非金属管线而言，很多的探测仪器与探测方法都无法保证探测的效果与精度。就目前来说，管线探测技术还停留在对较浅地表的管线位置的相关定位问题而设计，其精度能够达到厘米，但是对于非金属管线探测来说，虽然可以在探测仪上配置专用探头对非金属管线进行探测，但是对于诸如天然气、给水、排水管道也束手无策，因此，针对复杂条件下的地下非金属管线探测会采用地质雷达的方法进行管线空间定位。
（1）雷达剖面上管线异常特征。管线与其周围介质存在地球物理特征差异，对于非金属的天然气、给水、排水管道来说，其管顶的雷达反射信号呈拱形曲线状，最高点为管线的中心位置，而对于管块与管沟类的管线，其反射波一般呈现平直线状态，其波形曲线同相轴异常区段的中心位置为顶板中心位置。相应的，对于管径较大的管线，其反射波较为平缓，相反对于管径较小的，其反射曲线形态较为尖锐，当顶板宽度相对埋深较小时，其反射曲线形态会呈类圆形。
（2）地质雷达进行市政管线探测时容易受多种因素干扰影响，比如地下的地质环境因素，一些常见介质的物性参数存在较大差别，见下表1，介电常数的差异这也会对目标体的剖面反演图像产生很大的影响，使雷达剖面图像变得极为复杂，增加了资料处理及分析解释的难度，因此需要充分了解这些干扰因素，排除异常干扰，以保证地质雷达对目标管线的探测精度。
除了上述地下管线与常见地质介质存在一定的差异，地下管线探测还受管线周围介质的均匀程度影响，这主要是指城市的地下管线一般都是采用“挖沟——铺设管线——回填”的形式，使原状土结构被破坏，原状土与回填土的物性参数出现差异，使雷达剖面上形成较为复杂的干扰异常，影响了目标管线的异常识别工作。另外，由于城市地下管线近间距平行排列埋设的情况，使得雷达探测的准确度受到很大影响，尤其是地下平行近间距金属管线对于雷达探测的影响最大，因此在探测时应予管线的材质及埋设位置有大体的了解，以最大程度上排除干扰因素。最后，还应注意探测环境对雷达探测的干扰，在进行雷达探测时，应尽量选择在地势较为平坦的位置，避开无线电射频源与较大件的金属物体，避免雷达探测时反射波出现异常，影响地质雷达系统的精度。
2.3地下市政管线探测技术应用的发展方向
新的地下管线探测技术应用越来越多，比如利用电磁波和地震波等，主要仪器为地下导向系统及陀螺仪等，但是这些探测方法都不能有效解决目前地下管线探测遇到的所有问题，这些方法均存在一定的局限性，可能单一方法不能很好的解决某种特定管线的探测工作，这为地下管线的探测工作带来极大的困难，需要不断的提升地下管线的探测技术水平，以及时解决地下管线探测技术中存在的不足之处。目前来说，地下管线探测技术应用未来发展方向还很广阔，相关的理论研究还处于不成熟状态，尤其是针对那些有导电性质的土壤，探索物探技术对于导电性土壤的穿透能力是目前亟待解决的世界性难题，这对于地质雷达技术的发展而言具有极为重要的意义。
3.总结
综上所述，市政管线为城市的水、电、煤、通信等的传输提供了基础保障，是社会进步、城市发展名副其实的“生命线”，对管线探测技术的应用及发展研究，还有赖于全面了解掌握各种管线的埋深、位置与规格等相关的参数。限于目前地下管线复杂的埋设情况与地下管线探测技术的不成熟，对于管线铺设与地下管线探测技术的精准度都产生了不良影响。且从经济方面来说，目前的探测仪器、地质雷达方法的应用成本较高，急需更加先进且经济的探测系统进行地下管线探测作业，促进地下管线探测技术的进步与发展。
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论文作者:韩玉珠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/11
标签：管线论文; 地下论文; 技术论文; 地质论文; 条件下论文; 城市论文; 市政论文; 《基层建设》2018年第15期论文;