张怀生

摘要：老旧小区内地下管网分布复杂、材质类型多且记录不完整，如何高效探测老旧小区地下管线是一个值得研究的问题。可以采用地质雷达、管线探测仪、质子磁力仪和惯性陀螺定位仪4种地球物理勘探仪器进行探测。受地下水位影响，地质雷达探测精度、深度比理论值降低50%以上。质子磁力仪法实施容易、探测效率高、资料解释清晰、探测成本低，但常被作业人员忽略，应该在城市中心老旧小区地下管线探测中大力推广。

关键词：地下管线；地质雷达；质子磁力仪；老旧小区

Research on Underground Pipeline Detection of Old Residential Area in Urban Center

Zhang-Huaisheng

Jiangsu Ketai Geotechnical Engineering Co.， Ltd. Taizhou 225300

Abstract： Because of complex distribution， many kinds of material and not complete record of underground pipeline network in old residential area， how to detect efficiently is worth researching. GPR， pipeline detector， proton magnetometer and inertial gyroscope are common instruments of detection. Due to influence of groundwater level， detection accuracy and depth of GPR are reduced by more than 50% compared with theoretical value. Proton magnetometer method is easy to implement， high detection efficiency， clear data interpretation and low detection cost， but it is often ignored by operators. Proton magnetometer method should be vigorously promoted with detection of underground pipeline in old residential area.

Key words： underground pipeline； GPR； proton magnetometer； old residential area

1.引言

數字城市是指利用三维信息平台，将城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并有机综合在一起，从而为政府和社会各方面提供全面服务。数字城市实现对城市信息的综合分析和有效利用，支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率，节约资源，促进城市可持续发展。数字城市建设过程中，地下管线种类、走向和分布是三维信息平台搭建过程中的重要组成部分。

某市濒临长江[1]，随着经济水平的快速提高和人民对美好生活的向往，需要提升城市管理水平，因此，该市拟进行城市中心地区数字城市的建设试点，以便为将来全市开展智慧城市建设打下基础。在该市城市中心地区地下管线种类、走向和分布的探测过程中遇到以下难点：城市中心地区建成时间20年以上的老旧小区众多，由于权属不清晰、超前规划意识薄弱等历史原因，老旧小区内地下管网分布复杂、材质类型多且记录不完整，如何高效、精确完成城市中心老旧小区地下管线探测是一个值得深入研究的问题。如果解决得好，也能为全国类似城市中心老旧小区三维信息数字化建设中内容之一——管线探测提供借鉴。

2.老旧小区地下管线探测难点

（1）跨越多个地貌单元，如长江漫滩、冲沟、阶地、岗地等，地下水位埋深浅，地下水位面一般在地面以下2m，局部为地面以下1m，探测方法的选择必须考虑地下水对探测精度、深度的影响。（2）地下管线种类多、材质多。从种类上分，有电缆线、通讯光缆、天然气管道、雨水管、污水管等；根据材质分为铸铁管、钢管、混凝土管、钢筋混凝土管、塑料管、石棉水泥管、陶土管、陶瓷管、砖石沟等。（3）地下管线截面形状多种，有方形、矩形、圆形。（4）截面圆形的地下管线直径和埋深不一，直径0.05m～1.5m，埋深0.2m～6m。（5）地下管线走向复杂，但没有完整的记录资料，增加了调查地下管线分布、走向的难度。（6）老旧小区建设时间较长，一般通视条件较差，内部道路均由所停车辆占满，违章建筑众多，增加了地下管线探测的作业环境难度。

3.老旧小区管线探测要点

3.1探测原则

（1）确保探测精度、深度的基础上，尽可能降低探测成本。（2）地表出露的地下管线及其附属设施，用目视法进行测量和记录。（3）对隐蔽管线，以地表出露的地下管线点为基础用追踪法探测。（4）对局部埋深1m以内的管线，采用人工坑探的方法进行验证。

3.2准备工作

在编写地下管线探测实施方案前，编写人员对工作区内的地下管线进行了资料收集、实地考察、走访调查等准备工作，主要包括以下内容：

（1）核查搜集的资料，评价资料的可信度、可靠性和可利用程度。（2）核查工作区内测量控制点的位置及保存情况。（3）察看工作区内的地物、地貌、交通情况，地球物理条件及各种可能的干扰因素。（4）察看地下管线的分布出露情况。

3.3精度要求

（1）探测精度

隐蔽管线探查精度遵照表1要求。

（2）测量精度

地下管线点的测量精度：平面位置中误差不得大于±5cm（相对于邻近控制点），高程中误差不得大于±3cm（相对于邻近控制点）。

（3）编绘精度

地下管线图测绘精度：地下管线与实测路边线及相邻管线的间距中误差不得大于图上±0.5mm。

3.4明显管线探测

（1）窨井：在窨井（包括检查井、闸门井、阀门井，仪表井、人孔和手孔等）上设置明显管线点时，管线点的位置均设在井盖的中心。当地下管线中心线的地面投影偏离管线点，其偏距大于0.2m时，以管线在地面的投影位置设置管线点，窨井作为专业管线附属物处理。

（2）管线埋深：明显管线点上实地量测地下管线的埋深，误差不超过±5cm。埋深分为外顶埋深、内底埋深，按以下原则进行量测：给水、天然气管线量测其外顶埋深；雨水、污水等排水管道量测其内底埋深；电力、电信等电缆采用直埋和管块埋设时量测其外顶埋深，采用管沟埋设时量测其内底埋深。

（3）管沟测量：宽度大于和等于1.5m，以管块和管沟（道）方式埋设的地下管线（包括电信、电力），实测沟道的边线并以虚线表示。

（4）管道断面：地下管道及埋设电缆的管沟量测其断面尺寸。圆形断面量测其内径；矩形断面量测其内壁的宽和高。埋设于地下管沟或管块中的电力、电信电缆，查明其电缆的根数或管块孔数。

（5）材质：查明地下管线的材质，如铸铁管、钢管、混凝土管、钢筋混凝土管、塑料管、石棉水泥管、陶土管、陶瓷管、砖石沟等。

（6）特征：对电缆查明电流流向；对管道内含有介质的管线，如天然气管道、雨水管、污水管，则查明介质的流向。

（7）附属物：查明地下各种管线上的建（构）筑物和附属设施，如阀门、消防栓、接线箱、变压器等。

3.5隐蔽管线探测

（1）地质雷达法

对于场地平整诸如水泥路面、柏油路面和石质路面下的管线，采用地质雷达进行探测[2]，但由于濒临长江，地下水位面高，水对电磁波吸收强，所以用地质雷达探测管线前，通过模拟管线进行试验，验证用地质雷达探测管线的有效性、探测频率和探测精度（表2）。由表2可知：①地质雷达法是探测隐蔽管线常用的方法，该方法能探测多种材质、多种截面形状的地下管线；②探测频率40MHz、100MHz、400MHz已能满足不同直径、深度的管线探测要求；③由于地下水位影响，无论垂直分辨率、水平分辨率，还是探测深度，皆要比设备提供的理论值降低50%以上，这一点在选择探测频率时要特别注意。实践显示，采用地质雷达，能探测到雨水管、污水管、铸铁管、钢管、混凝土管、钢筋混凝土管、塑料管、石棉水泥管、陶土管、陶瓷管、砖石沟等。

（2）管线探测仪法

由于常用的管线探测仪是针对理想条件（自由空间中的单条载流无限长导体）设计的，当探测对象是单条管线或虽有多条管线但间距较大时，观测参数不论是磁场水平分量Hx，还是磁场水平分量垂直梯度ΔHx，它们的异常形态都较为规则，1条管线只对应1个单峰对称的异常，此时探测精度较高。但实际对于电缆线、通讯光缆的探测中，往往遇到沿道路两边多条管线并行且间距较小，由于磁场的叠加，致使异常形态畸变，多条管线可能只对应1个单峰异常，峰值也可能偏离管线中心位置，造成探测误差较大，甚至会带来错误的结果。为了掌握复杂条件下的管线探测方法，提高探测精度，以已知不同埋深、不同直径、不同材质、同种材质和不同材质管线上下及左右叠加为试验模型，进行了激发法、压线法、直接法、夹钳法适用范围和计算机反演解释方法，从而解决了多条电缆线、通讯光缆并行且间距较小造成探测精度降低的难题[3-6]。

（3）质子磁力仪法

濒临江河边、埋深大、出露不好、场地不平整，导致无法使用地質雷达、管线探测仪探测铸铁管、钢管、钢筋混凝土管。铸铁管、钢管、钢筋混凝土管中含有铁质，而铁质属于铁磁性物质，在地磁场中由于磁化作用而产生磁化场。铁质的磁化场与地磁场的叠加，使铸铁管、钢管、钢筋混凝土管附近的磁场强度发生变化。用质子磁力仪沿垂直于预计铸铁管、钢管、钢筋混凝土管的剖面线进行磁场强度的测量，有铁质的地方，曲线是变化的，而穿过铁质后，磁场强度变成地磁场，磁场强度数值曲线变成一条直线[7]。

（4）惯性陀螺定位仪

鉴于对天然气管线等的探测精度要求高，为了保证探测天然气管线等的精度，采用了惯性陀螺定位仪进行探测。惯性陀螺定位技术是从国外引进的一种新型管线探测技术，该技术综合运用了陀螺仪导航技术、重力场、计算机矢量计算等交叉学科原理，通过牵引拖曳惯性定位陀螺仪在管道内部运行，由测量主机自动记录计算其运动轨迹，惯性陀螺定位技术有以下优点[8-10]：

①不同于传统物探通过各种波、场进行间接测量，是一种直接测量方法，探测精度远胜于传统物探方法。

②不受地表环境限制，不受地质情况影响，不受电磁干扰，不论管线材质。探测精度主要与管线长度有关，不受其他因素影响。

③探测时，不受地表地形变化影响，无视河流、建筑等障碍影响，均可测量。

④精度高。对于非开挖管线，其精度提高了一个数量级。

⑤传统方法探测，只是探测了非开挖管线上的一些点，不能全面反映管线形态，而惯性陀螺定位仪则进行连续测量，真实反映管线形态。

4. 结语

（1）对城市中心老旧小区隐蔽管线探测，可根据场地条件、探测精度要求、是否多条管线并行，分别采用地质雷达、管线探测仪、质子磁力仪和惯性陀螺定位仪4 种地球物理勘探仪器进行探测。

（2）如果场地面平整，地质雷达法是探测隐蔽管线常用的方法，为了节约成本，探测频率40MHz、100MHz、400MHz已能满足探测精度、深度要求，但受地下水位影响，探测精度、深度比设备提供的理论值降低50%以上。

（3）质子磁力仪法也叫磁法，适用于探测埋深大、出露不好、场地不平整的含铁质地下管线，且实施容易、探测效率高、资料解释简单且易被理解、探测成本低，但常被作业人员忽略，应该在城市中心老旧小区地下管线探测中大力推广。但需提醒的是，因为质子磁力仪法易受高压电流的影响，探测前应在现场进行试验，以验证该方法的有效性。

（4）事实上，未来为了减少地下管线探测的投入，在新区规划时，把各种功能的地下管线统一放入综合管廊是一种科学的、行之有效的方法，也越来越引起人们的重视，应用也越来越多。

参考文献：

[1]宁迪， 骆祖江， 葛鹏. 镇江市浅层地热能地埋管地源热泵开发利用适宜性分区[J]. 河南科学， 2018， 36（10）：1607-1614.

[2]高阳， 余湘娟， 夏波. 泡沫混凝土路基病害地质雷达正演模拟研究[J]. 河南科学， 2018， 36（4）：559-565.

[3]赵欣， 王希良， 刘珍岩， 习建军. 复杂条件下的地下管线探测模拟[J]. 物探与化探， 2014， 38（6）：1307-1312.

[4]陈穗生， 梁瑜萍. 复杂条件下地下的管线探测方法[J]. 物探与化探， 2008， 32（1）：96-100.

[5]阮百堯. 感应法地下管线探测中的一个问题[J]. 物探与化探，1997， 21（5）：382-385.

[6]赵献军， 伍卓鹤.，近间距并行管线探测方法的效果对比[J]. 物探与化探， 2004， 28（2）：133-135.

[7]董平， 樊敬亮， 刘朝晖. 灌注桩钢筋笼外部的磁异常特征研究[J].地球物理学进展， 2007， 22（5）：1660-1665.

[8]陈亮. 惯性陀螺拉技术与可视化验管工艺在管线探测中的应用[J]. 中国煤炭地质， 2017， 29（7）：75-79.

[9]任广振， 罗进圣， 胡伟. 惯性陀螺仪定位三维测量技术在非开挖电力管线探测中的应用[J]. 浙江电力， 2017， 25（7）：32-36.

[10]林俊龙. 惯性陀螺仪在地下管线测量中的应用[J]. 长春工程学院学报（自然科学版）2019， 20（2）：48-50.