地下管线探测方法综述
来源：《测绘通报》2016年增刊
作者：韩沙沙，王照天，郭凯
摘要: 通过对地下管线探测方法及其适用性和利弊的研究分析，总结出不同类型地下管线的最适宜方法，并结合近几年本单位管线探测项目开挖验证资料给出精度分析。通过精度分析，进而得出针对不同管线探测所采纳的最优方法，从而实现野外工作高速、高效、高精度的生产目标。
关键词: 管线探测;精度分析;方法综述
地下管线工程设施，贯穿于整个建设过程，是城市重要的基础设施。其给水、排水、供气、通信电缆、电力等，构成城市的“生命线”，担负着城市的能源供给、信息传输、污水和废水排放，对城市的生存和发展提供基础保障。随着社会现代化的日益发展，城市地下的管线种类日趋增多，管线在地下互相交错，错综复杂，这无疑给地下管线探测增加了难度[1]。
本文通过分析研究各种地下管线探测方法的适用性及利弊，为地下管线探测施工方法的选择提供参考。
一、地下管线探测方法及其适用性和利弊
1. 电磁感应法
电磁感应法以目标体与周围介质存在的导电性和导磁性的差异为基础，通过观测和研究电( 磁) 场空间与时间分布规律，从而达到寻找目标体的目的的一种物探方法[2-3]。
电磁感应法的原理是通过发射机向地下发射谐变磁场，地下管线在谐变磁场的激励下形成电流，进而产生二次磁场，接收机地下返回的二次场信息，进而推断地下管线的平面、深度等空间位置[4]。
应用电磁法探测地下管线常用的施加信号的方法有: 直接法、感应法、夹钳法、甚低频法和示踪法[5]。
1) 直接法:将发射信号的输出端直接连接在被测管线上，给其供电，利用接收机接收管线中电流产生的交变磁场[6]。
直接法有3 种连接方式:单端连接( 如图1 所示)、双端连接和远接地单端连接。选用直接法时，无论哪种连接方式，连接点必须接地良好，应将金属的绝缘层浔刮干净，接地电极尽量布设在垂直管线走向的方向上，距离大于10 倍埋设深度的地方，应尽量减小接地电阻。
直接法直接向金属管线施加电流，信号强，定位、定深精度高，易分清近距离管线，但金属管线必须有出露点，且接地必须良好。该方法条件要求高，操作较麻烦，应用面窄，可用于探测金属的供水管道，严禁在易燃、易爆管道上使用。
该法信号强，定位、定深精度高，易分清近距离管线，但金属管线必须有出露点，且需良好的接地条件。
1 直接法单端连接
2) 夹钳法:将专用的环形夹钳套在被测金属管线上，通过夹钳产生的谐变磁场直接耦合到被测管线上，使其产生感应电流，用接收机接收被测管线感应电流所产生的感应磁场。
夹钳法直接将信号施加于金属管线上，方法简单易操作，信号强，精度高，适用于通信线缆、输电电缆等小口径线缆，可用来探测电力、信号灯、路灯、通信等管线。
3) 感应法:通过发射机发射谐变电磁场，使地下金属管线产生感应电流，在其周围形成二次场。通过接收机在地面接收二次场，从而对地下管线进行搜查、定位。
感应法依据压制干扰管线的方式不同，又分为垂直压线法、水平压线法、倾斜压线法。在边上无相邻管线干扰的情况下用水平压线法信号最强，当边上有相邻管线且距离较近时，采用倾斜压线法效果最好，因为其压制干扰信号能力最强[7]。
感应法操作简单，适用面广，可用于探测所有金属管线，但因其信号弱、易受到干扰、精度低的缺点，一般只在夹钳法和直连法无法操作的情况下才使用，比如管径较大的金属燃气、供热、供水管道，线缆很粗的高压线缆，管线没有出露的国防光缆和供电光缆等无法直连和夹钳的情况。同时感应法也适用于盲探，以初步确定管线走向。
4) 甚低频法:利用甚低频无线电台所发射的无线电信号，探测在金属管线中感应的电流所产生的电磁场进行的探测方法。甚低频法具有场强均匀、噪声低、电台工作时间长等特点，但易受干扰，精度低，应用较少，可用来做盲探[8]。
5) 示踪法:借助示踪装置，使其沿非金属管道发射电磁信号，然后使用接收装置在地面追踪信号，以探测非金属管道的一种探测方法[4]。
示踪法解决了电磁感应法不能探测非金属管道的难题，信号强、探测精度高，可用来探测雨污水管道，但施工麻烦、效率低，应用较少。
穿线示踪法作为示踪法的变形，主要针对通信管线空管设计，即在空管中穿上电线，使用夹钳法探测空管的平面位置和深度。
图2 示踪法示意图
综上所述，电磁感应法探测手段多样、使用面广、探测精度高，是地下管线探测最常用的一类物探方法。
2. 高密度电法
高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，都是以目标体与周围介质存在的电性差异为基础，通过观测和分析不同极距的电位差确定目标体的平面位置和深度。高密度电法的电极布置一次完成，通过程控方式使供电极和接收极自动切换和组合，一次性可以采集大量不同位置和深度的视电阻率值，经过处理解释，依据视电阻率的分布规律了解地下异常体的分布状况，最终达到探测目标体的目的。
高密度电法具有抗干扰能力强，探测精度高，可探测金属管线和非金属管线等优点，但其一次布极往往需要36 个以上电极，电极需砸入地面30 cm 以上，且要保证良好的接地，同时测线需与管线垂直，测线长度往往达到几十米甚至上百米，在城市里的往往不具备这样的施工条件，所以实用性较低。
3. 地质雷达法
地质雷达一个天线向地下发射一个高频的电磁波，同时另一个天线接收地下介质反射回来的反射波。通过分析反射波的波形，推断地下管线的平面位置和深度。
地质雷达在探测非金属管线时具有快速、高效、无损及实时展示地下图像等特点，所以是非金属管线探查的首选工具[9]。但是当地层电阻率低时，由于电磁波的衰减，探测深度低，而且在实际应用中，地下管线反应特征不明显，较难辨别，但其依然是目前最为有效的探测非金属管线的一种方法，适用于探测非金属燃气管、供水管和排水管。
4. 人工地震法
人工地震法以目标体与周围介质存在的波阻抗的差异为基础，通过分析反射波时间剖面的畸变点确定目标体的平面位置和深度的一种物探方法。其原理是在一侧激发人工震源产生弹性波，在另一个接收反射回的弹性波。弹性波在地下介质的传播过程中，遇到地下管线后产生反射、折射和绕射波，使弹性波的相位、振幅及频率等发生变化，在时间剖面上显现出各种畸变点，通过分析这些畸变点位置，从而确定地下管线的位置[9]。
人工地震法具有探测深度深，对非金属管线尤其是孔径较大的深埋排水管反应明显，但因其操作复杂、施工成本高、施工噪声大、浅层和小管径的管线反映不明显、异常解释难度大等缺点，实际应用较少。
5. 高精度磁测法
高精度磁测法以目标体与周围介质存在的磁性差异为基础，通过分析地质体的磁场分布特征来确定目标体的平面位置和深度的一种物探方法。
由于铁磁性管道在地球磁场的作用下被磁化，其磁场与周围会形成明显的差异，高精度磁测法就是通过仪器探测这类磁异常来确定地下管线的位置。该方法仪器轻便，施工便捷，但因为采集的是天然磁场，信号弱容易受到干扰，适合用来探测铸铁管道等铁磁性地下管线，如供水、供热管线。
6. 磁梯度法
磁梯度法通过测量不同深度的磁梯度值，来确定管线的平面位置和深度的一种方法。该方法测量精度高，效果明显，可用来检验其他物探方法的有效性。但施工麻烦，一般用来做精密测量，可用来探测非开挖管线[4]。
7. 开挖和钎探
开挖是最直接的一种探测方法，但施工成本高，对环境破坏大，一般用来检验探测精度是否满足规范要求。钎探是开挖手段的缩减版，简单易操作，对环境破坏小，但施工要求高，只能钎探土盖层的管线，并且容易造成管线损坏。比较适合探测非金属大管径非深埋且不易损坏的PE 管和水泥管，如供水、排水管线等。
综上所述，针对不同类型的地下管线，探测方法多种多样，有时为了提高探测精度，往往采用多种探测方法综合应用。
二、探测方法的应用
依据上文对地下管线探测方法研究分析，结合本单位2014—2015 年度4 个不同工区的214 个开挖验证资料，总结了各种类型的地下管线的适宜探测方法，见表1。
表1 不同类型地下管线的适宜探测方法
依据《城市地下管线探测技术规程》(CJJ61—2003)，平面位置限差为0.10 h，埋深限差0.15 h。对比表中各种地下管线方法和精度，笔者得出以下
结论:
1) 各种管线类型最适宜探测方法的精度均能达到规范。
2) 金属管线适合用电磁感应法探测，非金属管线适合用地质雷达和钎探施工。
3) 电磁感应法探测金属管道的精度比地质雷达探测的非金属管道的精度高，这可能与地质雷达异常不易解译有关。
4) 感应法的探测精度较直接法和夹钳法略低。
5) 同样是非金属管线，同样采用地质雷达探测，大管径的排水管道探测精度要比小管径的燃气管道精度高。
三、结论及建议
本文通过对地下管线探测方法及其适用性和利弊的研究分析，总结出不同类型地下管线的最适宜方法，并结合近几年本单位管线探测项目开挖验证资料给出精度分析，得出以下结论。
1) 地下管线的探测方法多种多样，选择适宜的探测方法，既可以提高施工效率，又可以提高探测精度。
2) 探测金属管线电磁感应法效果最佳，非金属管线地质雷达能发挥比较重要的作用。
3) 探测金属管线的难度较非金属管线难度小，同时探测精度更高。
本文精度统计数据源于本单位近几年的管线探测项目，统计分析难免存在一定的片面性，本文推荐的最适宜方法可作为地下管线探测施工方法选择时的参考。
参考文献:
[1] 杨志军. 地下管线电磁探测方法及误差分析研究[D]，上海交通大学，2009.
[2] 杨向东，聂上海. 复杂条件下的地下管线探测技术[J].地质科技情报，2005，7(24):129-132.
[3] 区福邦.城市地下管线普查技术研究与应用[M].南京:东南大学出版社，1999.
[4] 王勇.城市地下管线探测技术方法研究与应用[D].长春:吉林大学，2012.
[5] 刘忠新.地下管线探测技术的论述及应用[J].城市勘测，2003(4):23-25.
[6] 汪德云.地下管线探测新技术应用[J].北京水利—新技术应用，1996(1):56-58.
[7] 王勇.近间距平行地下管线探测方法研究[J].测绘通报，2011(3):22-25.
[8] 杜良法.电(磁)法技术在地下管线探测中的应用[J].测绘与空间地理信息，2008，31(2):7-10.
[9] 邹延延.地下管线探测技术综述[J].勘探地球物理进展，2006，29(1):14-20.
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