地下管线探测仪的研究与应用

２０１１年第８期　西部探矿工程　９　地下管线探测仪的研究与应用　于翔海　（中铁十九局集团电务工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００）　摘要：地下管线是城市基础设施的重要组成部分，被称为城市的“生命线”。由于历史和现实的各种　原因，我国城市地下管线管理滞后于城市的发展和国际同行业水平，其混乱无序的状况，已成为我国　城市建设和国民经济发展的瓶颈之一。我国许多城市地下管线资料残缺不全，仅有的部分资料也是　精度不高或与现状不符，这就容易造成在建筑施工中时常发生挖断或损坏地下管线的严重事故，因而　寻找地下管线就显得尤为重要。城市地下管线探测项目的目的是要弄清各种地下管线的位置及埋设　深度，这样才能提高工作效率和工程质量，更好地完成地下管线探测项目。　关键词：地下管线；探测原理；探测工艺　中图分类号：ＴＵ８１　文献标识码：Ａ文章编号：１００４—５７１６（２Ｏ１１）０８一Ｏ００９一Ｏ４　１探测原理　信电缆内不是通过发射机主动产生，而是由运行电缆自　１．１工作原理及方法　身带有的信号被我们称为“被动信号”。地下管线探测　地下管线探测仪是利用电磁信号的原理来探测地　仪探测主动信号时称为：“主动信号工作模式”，地下管　下金属管道和电缆的精确走向和深度以及管线外皮故　线探测仪探测被动信号时称为：“被动信号工作模式”。　障点。发射机内置欧姆表可自动测量环路电阻及连续　地下管线探测仪可用于地下管线探测工作的信号方式　的自动输出阻抗匹配，以保证输出最佳的匹配信号。根　有：主动信号“低频”、“中频”、“高频”、“射频”及被动信　据实际应用中的需要，仪器可以选配耦合夹钳，用于对　号“５０Ｈｚ”。５种可选频率容易区分电力电缆和其他金　带电电缆的路径的寻找，而不必断电才能进行测试。利　属管线。主动频率可使操作者匹配发射机频率，并根据　用接收机的５０Ｈｚ探测功能，还可以对运行电缆发出的　现场条件选择输出功率，这样即使在复杂情况下也能保　５０Ｈｚ工频信号进行跟踪。　证最佳定位结果。被动频率因不用发射机就可以容易　其基本工作原理是：由发射机产生电磁波并通过不　地定位电缆和金属管道，所以特别适用于在挖掘前进行　同的发射连接方式将发送信号传送到地下被探测金属　地面勘察及日常的地下管线普查。管道定位时使用５　管线上，地下金属管线感应到电磁波后，在地下金属管　种不同的频率，可探测出最精确的金属管线探测定位和　线表面产生感应电流，感应电流就会沿着金属管线向远　深度测量，从而对地下设施进行三维定位。　处传播，在电流的传播过程中，又会通过该地下金属管　１．２．２选择正确的频率　线向地面辐射出电磁波，这样当地下管线探测仪接收机　高频信号容易感应到其它管线，通常在用感应法施　在地面探测时，就会在地下金属管线正上方的地面接收　加信号时使用高频率信号。注意发射信号会感应到所　到电磁波信号，通过接收到的信号强弱变化就能判别地　有的相邻管线上，所以使用感应法时最好避开地下管线　下金属管线的位置和走向。　集中的区域，要选择被测管线单独铺设而没有相邻管线　具体的方法有：发射机的信号发送连接方式有３种　的地方施加信号。同时尽量将施加的信号频率、功率保　方法：直连法、耦合法、感应法。接收机的２种工作方法　持在能满足工作需要的最低水平（即尽量选择低功率）。　分别为波峰法、波谷法。　只要输出频率、功率能够达到接收需要探测的要求即　ｌ－２探测频率的选择　可。盲目的增大输出功率、调高输出频率将会感应更多　１．２．１管线定位的５种频率　的信号到邻近管线上，使目标管线的识别更加困难，并　地下管线探测仪发射机发出的信号一般被我们称　且浪费发射机的电量。　为“主动信号”；而其它设施，例如：供配电运行电缆、通　选择频率没有固定不变的原则，只要适合当时的现　＊收稿日期：２０１１—０２—１６修回日期：２０１１￣２—１８　作者简介：于翔海＜１９７２－），男（汉族），辽宁丹东人，工程师，现从事电务工程技术工作。　１０　西部探矿工程　２．３．３感应法　２０１１年第８期　场情况即是最适合的。　２探测工艺流程　下面以我单位在沪宁线迁改现场施工中采用的　ＧＸＹ－－３０００地下管线探测仪为例对工艺流程及操作技　当操作者不可能接近管道或电缆（不能进行直接或　使用耦合夹钳定位）时，可采用此种方法，地下管线探测　仪发射机内有一个感应信号发射天线。当发射机处于　巧进行说明。　２．１标准设备组成　ＧＸＹ－－３０００接收机一台　ＧＸＹ－－３０００发射机一台　直连信号线一根　地钎一根　仪器包装箱一个　充电电池及充电器一套　耦合感应夹钳用于耦合法测试　２．２　ＧＸＹ－－３０ＯＯ地下管线探测仪的技术性能　工作频率：低频、中频、高频、射频、５０Ｈｚ无源交流　频率　声音指示：随信号强度变化的调频音调　电流指示：显示被测电缆的有效电流值（单位：　ｍＡ）　工作温度，－－１０℃～４Ｏ℃　电池型号：６节充电电池　电量指示：图形显示　电池寿命：连续工作＞８ｈ；间断工作＞１６ｈ　尺寸大小：７０ｃｍＸ２０ｃｍＸｌｌｃｍ　重量：３ｋｇ（带电池）　信号强度表示：条形图数字量程０￣９９９　增益控制：手动调节动态范围为１００ｄＢ　探测深度：最大探深不小于５ｍ（直连法）　最大探测距离：直连法时绝缘良好的电缆最大可达　１５ｋｍ　深度测量：按深度键，三位数字显示，最大可测深达　２．５ｍ　精度：低频：士（１～５）％≤２．５ｍ射频：±（５～　１２）％≤２．５ｍ　２．３探测操作　发射机有３种方法将信号作用于导体——直接连　接法、夹钳耦合法、感应法。　２．３．１直接连接法　发射机直接与导体连接，并在导体中产生最强信　号，此种连接为地下管线探测最佳模式。在此工作模式　下，接收机和发射机可靠的很近。　２．３．２耦合夹钳法　如果不能采用直接连接目标管线，第二个选择是通　过耦合夹钳将信号作用于目标管线上，将测量耦合夹钳　夹在导体上，发射机通过耦合夹钳在目标管线上直接产　生感应信号。　开机状态并且频率选择为中频、高频或射频时，内置天　线就可不断发出感应信号。　图１感应法测试示意图　感应法使用便捷，而且在测试时被探测管线不需要　中断运行，也不需要任何连线。但用此种方法信号亦会　感应到目标管线附近的其它管线上，使探测变得困难。　还有一部分的信号能量会耗损在周围的土壤中，这样就　会使信号变弱，使接收探测距离缩短。用感应法有时因　管线埋得太深，也会影响探测效果。　使用感应法时在距发射机一定范围之内，接收机有　可能通过空气直接接收到发射机发出的信号，如果发射　机使用高功率输出，发射机与接收机相距的距离要求将　更高。　感应法不能给金属井盖或有密集钢筋的混凝土路　面下的管线施加信号，因为信号将被井盖或钢筋网阻　断。感应法必须要求管线两端有良好的接地。　沪宁线迁改现场施工中采用最多的就是这种探测　方法。　３探测技巧　３．１扫测和搜索（感应搜索）　在一个区域内有很多未知管线，在开挖之前要探明　这些管线的位置，以免在开挖过程中损坏这些管线。感　应搜索是探测未知管线的最可靠技术。这种搜索方法　需要发射机、接收机和两个操作员。　在开始搜索之前，确定要搜索的区域和管线通过该　区域可能的方向。打开发射机，并把发射频率设定为射　频。第一个人操作发射机，第二个人操作接收机。当发　射机经过管线时将会有信号施加到地下管线上，然后在　发射机上游或下游２０ｍ远的接收机就可以探测到该信　号。发射机的方向与估计的管线的方向保持一致。第　二个人提着接收机在要搜索的区域的起始位置，接收机　的天线的方向保持与可能的地下管线的方向垂直。将　接收机调到不会接收到直接从空中传播过来的发射机　２０１１年第８期　西部探矿工程　１１　信号的最高的灵敏度。当发射机与接收机的方向保持　每通过一根分支时，接收机信号强度增加。每当接收机　正确之后，两个操作人员平行地向前移动。提着接收机　信号强度增加时，操作者１向着操作者２发信号，然后　的操作人员在向前走动的过程中，前后移动接收机。发　操作者２在地面上做出标记即可。　射机将信号施加到正下方的管线，再由接收机探测到该　３．３．１弯管和管端的定位　信号。在接收机探测到的峰值的位置在地面上做好标　在跟踪管线时，可能碰到信号强度突然下降，当接　志。在其它可能有管线穿过的方向重复搜索。　收机左右移动时，读数信号没有明显变化。原地继续左　３．２信号施加点的选择　右搜索，同时转动身体。如果转到某一位置时信号恢　选择信号施加点时应尽量远离其它管线。一定不　复，则表示管线转弯，可沿新的方向继续跟踪。如果转　要在管线交叉相混处施加信号，而应从单一管线处或阀　过一圈没有测得明显的信号强度，则表明到达管线的尽　门处（直连）施加信号。例如：自来水管和煤气管在建筑　物内混在一起，从路上的阀门或其它的接人点施加信　号，而不是在建筑物内施加信号。可能的话使用较低的　信号频率以减少对平行管线的感应。　接地点应尽量远离目标管线，并远离其它地下管　线。不要使用现存的地下结构作为接地，因为可能会有　其它管线与其相连。如果不需要长距离的追踪，仅仅将　地线与管线垂直放在地面上，可能会比良好的接地造成　更少的非目标管线的相互感应。　３．３管道的探测　接收机收到的信号随距发射机耦合点的距离增加　而变弱，长金属管尤其明显（这是因为金属管不断有接　地点并产生泄漏引起的）。为增强信号，移动发射机的　耦合点，使其靠近接收机并不断调整接收机的增益。　如果使用感应法，最好由两人操作，一人提发射机　另一人提接收机，这样工作会很方便。　管道也许有许多分支，一般我们先测试主管道，测　完主管道后，再定位各支管道。用感应法很容易定位各　个支管。此项操作需两位操作人员，操作者１手持接收　机站在主管道上，接收机与主管道垂直。操作者２手提　图２管道探测　发射机，发射机标识箭头与主管道平行，且保持与发射　机相距１５ｍ以上，如图２所示，在准备探测供给分支一　侧距主管道ｌＯｍ左右的平行管线上移动。当操作者２　头。　图３弯道定位　图４管头定位　３．３．２埋设比较深的管道　当管道埋设比较深时用感应法测试就会感到很困　难，并可能感觉到接收机信号很弱，移动接收机时，信号　强度变化很小，增加增益后信号很不稳定。这是由于管　道比较深发射机感应到管道的信号比较弱，而接收机从　管道接收的信号会更弱造成的。　如果目标管道埋在２ｍ以下，用感应法测试就会产　生很大误差。此时最好用直连法。　４质量控制　４．１质量控制措施　４．１．１测深精确度　当接收机测深不准确时：　（１）检查是否选择了正确的工作模式，应选择峰值　１２　模式。　西部探矿工程　２０１１年第８期　（２）检查峰值法和谷值法定位的位置是否一致。　直读测深的方法虽然简单，但读取正确结果需要一定的　条件，否则测量精度不高，甚至得到错误结果。应用直　读测深的条件之一是此时的峰零值要基本重合，否则误　差会很大。其二是直读的深度要经过校正才能达到较　高的可靠性，校正的因素包含：管线埋设土壤的湿度，以　及探测信号的频率，一般土壤湿度越大、探测频率越高，　校正的系数就应越小，一般在０．８－－－．０。９５之间。简单的　在探沟开挖过程中发生挖断或损坏地下管线的严重事　故，使用地下管线探测仪可避免此类事故的发生。　６结论　地下管线探测仪特点是：便携式设计，外壳坚固，耐　压耐碰，适用于野外作业。操作简便，两个人即可完成　全部操作。在不开挖的条件下探测，能准确测出埋地管　线的位置，而且能准确地对管线深度进行定位。即使对　有支管或构成网状的管线也能进行有效的探测。保证　了探测的准确性。　办法是找一个深度已知且无干扰的管段，测出直读深　度，与实际埋深相比求得校正系数。　４．１．２测量埋深时接收机的方向　尽量使接收机的线圈与管线走向垂直，这个要求可　以通过轻微转动接收机，使面板上的显示读数达到最大　值来达到。此外，还应注意：直读埋深值是接收机机身　地面到管道中心的距离。　４．２安全措施　加强对施工人员的安全教育，树立安全第一的思　想，文明施工。建立健全安全领导机构，分工明确，责任　到人。操作人员应进行严格培训，经考试合格后，发给　上岗证，方可上岗。严格按照施工工艺和安全操作规则　进行施工。保证安全施工投入，配齐安全防护用品。设　置各种安全警示标志和标牌。　４．３环境保护措施　在施工过程中应严格遵守有关环境保护方面的法　律、法规和有关规定。施工人员必须在划定的区域内施　工，严禁在施工区域外随意停放施工机械和施工机具。　施工车辆必须在指定的路线上行驶，在指定的区域内停　放，不得随意行驶或停放车辆。每段施工结束后，必须　清理施工现场，施工的生活生产垃圾，应分类堆放，集中　收集，运至指定地点按要求处理。建立环境保护台账，　记录施工中的环境保护措施、办法等。　５效益分析　５．Ｉ直接经济效益　在使用地下管线探测仪前，只能采用挖探沟的办法　来确定是否有地下管线，需使用大量人工，而使用地下　管线探测仪只需两人配合，大量节约人工费开支。　５．２间接经济效益　在使用地下管线探测仪前，每人每天挖探沟探测的　长度平均为３０ｍ左右，如遇到土夹石地段会更慢，在铁　路沿线施工时经常会遇到散落的道渣石，严重影响开挖　速度，而使用地下管线探测仪，平均每两人每天可探测　几公里，大量节约时间。　５．３风险效益　由于没有完整准确的地下管线信息，这就容易造成　自管线探测仪器多年前在国内开始应用以来，以其　优越的性能，灵活方便的探测方法，在电力、电信、供水、　热力、燃气、石油、化工、城市公用事业等领域拥有广大　的用户，为我国的相关行业的管线管理水平的提高发挥　了积极的作用。地下管线探测仪采用了世界上最先进　的技术和工艺，是目前探测煤气、电力、电信、自来水、排　水和有线电视等各类地下管线的最有效的仪器之一。　我单位在２００８年的沪宁城际铁路施工（迁改）中进　行了实际应用。　沪宁城际铁路的施工地点紧邻既有线，施工线路上　的沿线设施复杂，地下管线众多，由于铁路靠近无锡城　区，除铁路线路外，地方管线也很多，涉及到的产权单位　有３５家，且大多数地下管线施工期较早，许多地下管线　资料残缺不全，仅有的部分资料也是精度不高或与现状　不符，产权单位的维护人员在现场也不能准确确认地下　管线具体位置，如全部使用人工开挖探沟的办法，无论　在经济效益上，还是施工周期上，都得不到保障，我单位　使用了２台ＧＸＹ－－３０００地下管线探测仪，仅用了两周　时间，就将５１．６ｋｉｎ线路上的地下管线全部找到，大大　缩短了施工周期，取得了良好的经济效益，且保障了地　下管线开挖的安全性。　参考文献：　［１３　中华人民共和国行业标准．城市地下管线探测技术规程　［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３．　［２３潘文俊．谈谈地下管线动态补测的技术方法Ｅ１］．广东测　绘，２００３（２）．　［３］周风林，洪立波．城市地下管线探测技术手册［Ｍ］．北京：　中国建筑工业出版社，１９９８．　［４］张鸿升，王万顺，杨凤召，等．地下管线探测原理、方法与技　术［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，１９９８．　［５３王万顺，等．高分辨率地下管线探测技术研究与信息系统　［Ｍ］．北京：中国大地出版社，２００５．　［６３黄永康，刘东亮．非开挖地下管线施工新技术综述［Ｊ］．建　筑机械，２００２（１１）．　［７３雷休源．城市地下管线探测与测漏［Ｍ］．北京：冶金工业出　版社，２００３．