地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，大力發(fā)展交通系統(tǒng)，能源體系，通訊，信息網(wǎng)絡(luò)等，如鐵路、地鐵、輕軌、供電、供熱、供氣等。各項工程的實施均離不開地下管線這一重要隱蔽基礎(chǔ)設(shè)施。由于種種原因，管線資料不全，有的與現(xiàn)狀不符，而且各種管線權(quán)屬于不同的部門，對管線管理不夠重視，這都增加了管線的管理難度。在工程施工中，常因管線位置不明挖斷管線，造成停水、停電、通訊中斷等事故，給人民生活帶來極大不便。為了避免這些狀況發(fā)生，查明地下管線位置、走向已成為工程施工必不可少的前提，對于促進(jìn)城市建設(shè)和諧發(fā)展具有重要意義。
1 地下管線的分類
城市中的管線主要有給水管線、排水管線、燃?xì)夤芫€、熱力管線、電力電信管線等。這些管線按埋深可分為淺埋和深埋。按材質(zhì)可分為金屬管線和非金屬管線，其中，金屬管線主要有鑄鐵管、鋼管、鋁管等；非金屬管線主要有混凝土管、鋼筋混凝土管、PVC管、PE管、電力電信電纜等。
2 各種地下管線探測技術(shù)原理及應(yīng)用
探測管線的目的是確定管線的位置、埋深。地下管線與周圍土體之間存在物性差異，各種地下管線探測技術(shù)原理追根究底都是利用這種物性差異來進(jìn)行探測定位。不同的物性差異決定了不同的探測方法。根據(jù)探測時依據(jù)的不同物性差異可以將探測方法分為電磁感應(yīng)法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、高密度電阻率法、井中磁梯度法等。
2．1 電磁感應(yīng)法電磁感應(yīng)法是地下管線探測的主要方法。是以地下管線與周圍介質(zhì)之間有明顯的導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率和介電性為主要物性基礎(chǔ) (如表1所示 )，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測和研究電磁場空間和時間變化規(guī)律，達(dá)到尋找地下金屬管線或解決其它地質(zhì)問題的目的。當(dāng)?shù)叵鹿芫€與周圍介質(zhì)間電性差異明顯且管線長度遠(yuǎn)大于管線埋深時，探測效果明顯。根據(jù)施加信號的方式不同，電磁感應(yīng)法分為直接法、夾鉗法、感應(yīng)法和示蹤法。
直接法：直接法 (也稱充電法 )適用于探測大口徑的金屬管線。該方法是將發(fā)射機(jī)輸出端接到被測金屬管線上，利用直接加到被測金屬管線上的信號進(jìn)行探測。按連接方式不同可分為單端充電法和雙端充電法。當(dāng)目標(biāo)管線有一個出露點時用單端充電法，把發(fā)射機(jī)的一端接到被測金屬管線上，另一端接地來探測地下管線。當(dāng)目標(biāo)管線有兩個出露點時，用雙端充電法，把發(fā)射機(jī)的兩端都接到被測金屬管線上。充電法的特點是信號強(qiáng)，定位、定深精度高，且不易受鄰近管線的干擾，但金屬管線必須有出露點，可用于定位、定深或追蹤各種金屬管線。電纜。探測時無需中斷服務(wù)，這樣可以減小感應(yīng)到非目標(biāo)管線的信號，但是被探測的管線和電纜必須有出露點。工作時，將發(fā)射機(jī)信號施加于感應(yīng)鉗上，再直接夾于被測金屬管線或電纜上。為了使信號能在管線上傳輸，管線與大地必須形成回路，所以目標(biāo)管線的兩端應(yīng)接地。在管線密集區(qū)探測時，夾鉗法是一種影響小的有效方法。夾鉗法示意圖如圖1。
感應(yīng)法：感應(yīng)法主要用于地下金屬管線的無損檢測，適用于埋深較淺的金屬管線及帶有金屬骨架的管線(電力電纜、電信電纜等)。探測時，發(fā)射機(jī)的發(fā)射線圈產(chǎn)生一次電磁場，目標(biāo)管線受一次電磁場的感應(yīng)產(chǎn)生二次電磁場，分析接收機(jī)接收的目標(biāo)管線二次電磁場信號來定位地下管線。感應(yīng)法原理如圖2。
示蹤法：示蹤電磁法是借助示蹤裝置，使其沿非金屬管道發(fā)射電磁信號，然后利用管線探測儀尋找追蹤信號，從而探測非金屬管線的地面投影位置以及埋深。常用的示蹤裝置有兩種，一種是商用示蹤探頭，通過非金屬管道在地面的出入口置于管線內(nèi)。另一種是將一根有絕緣層的示蹤導(dǎo)線送入非金屬管線內(nèi)，示蹤導(dǎo)線端部剝開一米左右，裸出金屬線，使它與管道內(nèi)的水汽相接觸，以給信號提供回路。將發(fā)射機(jī)的一端接到示蹤導(dǎo)線上，另一端接地，這樣在整個導(dǎo)線上產(chǎn)生交變電流，在其周圍產(chǎn)生二次電磁場。一然后利用一般地下管線儀追蹤電磁信號，從而探測到非金屬管線。如圖3所示。
甚低頻電磁法 ，簡稱甚低頻法(VLF)，是采用許多國家為軍事、商船通訊及導(dǎo)航設(shè)立的強(qiáng)功率長波電臺作為物探的發(fā)射場源，達(dá)到勘測或解決其他問題的一種電磁法。甚低頻法所用電臺的發(fā)射頻率為15—25kHz，信號非常穩(wěn)定，在地球上任何一點都至少能收到一個甚低頻電臺所發(fā)射的電磁信號，這也為開展此方法提供了有利條件。工作時，先將接收機(jī)校準(zhǔn)到所選電臺的頻率，甚低頻無線電發(fā)射的電磁場使金屬管線感應(yīng)，產(chǎn)生二次電磁場，分析二次電磁場來定位目標(biāo)管線。它具有場強(qiáng)均勻、噪聲低、電臺工作時間長等特點。該方法簡便、成本低、工作頻率高，但精度低、干擾大。其信號強(qiáng)度與無線電臺與管線的對方位有關(guān)，可用于搜索電纜或金屬管線。
2 地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)法 (又稱探地雷達(dá) )工作時，由發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射一定中心頻率的高頻脈沖電磁波，當(dāng)電磁波在巖層中遇到探測目標(biāo)時，電磁波會反射回地面，被接收天線所接收。分析接收到的反射波波形，波形的正負(fù)峰值分別以黑白色或灰階或彩色表示，這樣同相軸或等灰度、等色線就可形象的反映出目標(biāo)管線的剖面圖，從而達(dá)到定位目標(biāo)管線的目的。雷達(dá)波在地下介質(zhì)中的傳播遵循波動方程理論，反射回地面的電磁波脈沖，其傳播路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，因此，從接收到的雷達(dá)反射回波走時 (亦 稱雙程走時)、幅度及波形資料，可以推斷出地下管線的位置。探地雷達(dá)工作原理示意圖如圖4。
式中：
c——真空中的光速 (c=0.3m／ns)。
當(dāng)收發(fā)天線間距 X< z時，目標(biāo)體="" 的埋深可由式="" z="">V·t／2計算得到。
探地雷達(dá)既能探測金屬管線，又能探測非金屬管線，應(yīng)用范圍廣泛。其探測效果主要取決于目標(biāo)管線與周圍介質(zhì)的電性差異。
2．3 地震波法
地震波法又稱淺層地震勘探法。基本原理是利用地下介質(zhì)的波阻抗值 (密度、速度)差異，當(dāng)?shù)叵虏煌橘|(zhì)界面兩側(cè)的彈性波速度和波阻抗差越大時，地震波法探測效果就越好。
以地下各種介質(zhì)的彈性和密度的差異為基礎(chǔ)，在地表以人工方法激發(fā)地震波，在地下傳播的地震波遇到不同介質(zhì)的分界面時 (如地下金屬、非金屬管線與周 圍介質(zhì)的分界面)，會產(chǎn)生反射、折射和透射；地震波在地下不同介質(zhì)中的傳播速度各不相同，研究分析人工震源產(chǎn)生的地震波的傳播規(guī)律，通過對地震波記錄進(jìn)行處理和解釋，可以推斷地下管線的位置和埋深。根據(jù)地震波不同，地震波法又具體分為直達(dá)波法、折射波法、反射法，利用地下管線與周圍介質(zhì)的面波差異來定位地下管線。
2．4 高密度電阻率法高密度電阻率法與常規(guī)電阻率法的探測原理相同，都是以以目標(biāo)管線與周圍介質(zhì)之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種物探方法。利用高密度電阻率法探測時，將數(shù)十根電極一次性布設(shè)完畢，利用轉(zhuǎn)換器選擇不同的電極排列方式和移動方式，快速采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。根據(jù)電極排列形式和移動方式的不同，將電阻率法分為電測深法、電剖面法和高密度電阻率法。高密度電阻率法實際上集中了電剖面法和電測深法的雙重特點，可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的快速采集，采集信息量大，并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)實時處理，提高了工作效率。
2．5 井中磁梯度法地下鋪設(shè)的金屬管線，一般具有較強(qiáng)的磁性。井中磁梯度法就是利用金屬管線與周圍介質(zhì)之間的磁性差異，通過測量磁場的垂直分布強(qiáng)度，判別出由地下管線引起的磁異常，從而探測出地下管線的走向，再定量計算，得到地下管線在地表投影的確切位置和埋深。
3 探測技術(shù)的應(yīng)用
3．1 直接法的應(yīng)用單一管線如果有出露點，用直接法 (充 電法 )探測，探測距離遠(yuǎn)，定位定深較準(zhǔn)確。在成都市2006年7月開展的中心城市地下管線普查工作中，姜文青等人在探測馬鞍西路給水管時發(fā)現(xiàn)Js55~J$19段與DL20~DL21重合，對此懷疑，遂對該管段復(fù)查。采用長導(dǎo)線雙端充電法，探測到深度1．1m的分支給水管。因此斷定原探測JS16、JS17、JS18、Js19一段錯誤。他們又在武侯祠探測到位于剖面 1．4m處 ，中心深度 1．5m的DN200給水管，這與閥門井口的深度一致。
3．2 直接法和感應(yīng)法應(yīng)用
感應(yīng)法的優(yōu)點是現(xiàn)場不需要有管線的裸露點就可以追蹤探測，缺點是易受旁側(cè)金屬管線的干擾。何厚志等人在湖州市某路段地下管線探測時，通過資料調(diào)查知，目標(biāo)探測區(qū)域的給水主干管是一條直徑為200mm的球墨鑄鐵管。用直接法和感應(yīng)法都探測到了路燈上去，這樣會遺漏S3和S5兩個轉(zhuǎn)折點，因此，再用感應(yīng)法探測。隨著探測的逐步向前，異常慢慢偏離了預(yù)想的管線走向，而且異常逐漸由弱變強(qiáng)，經(jīng)測定為目標(biāo)管線。這樣用交匯法就把管線s3~is5兩個轉(zhuǎn)折點確定下來。
3．3 探地雷達(dá)的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，城市地下管線的材質(zhì)不斷由金屬向非金屬過渡，并有取而代之的趨勢。非金屬管線抗污染強(qiáng)、不易結(jié)垢、造價低、安裝方便、不易腐蝕、易于埋設(shè)和維修等。非金屬地下管線的定位是探測的難點，在探測非金屬管線時多采用探地雷達(dá)。
4、結(jié)語
在管線探測時應(yīng)根據(jù)實際情況，采用實地調(diào)查與儀器探查相結(jié)合的方法 ，探測時應(yīng)遵循以下原則：從 已知到未知；從簡單到復(fù)雜；選用方法有效、快捷、輕便；相對復(fù)雜條件下根據(jù)復(fù)雜程度宜采用相應(yīng)綜合方法。隨著 國家對城市建設(shè)投資規(guī)模 的進(jìn)一步加大 ，地下
管線探 測的工作量 日益增加 ，對探測精度要求也越來越高，加之城市不斷發(fā)展，各種管線密如蛛網(wǎng)，交叉并行 ，管線探測工作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，探測環(huán)境也越來越苛刻。探測時應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗與實際，結(jié)合多種方法準(zhǔn)確定位地下管線 。
