复杂条件下城市地下管线探测技术的应用

复杂条件下城市地下管线探测技术的应用

唐自学 黄虎文

湖北省国土测绘院 湖北武汉 430010

摘要：当今，城市的地下埋藏着无数的地下管线，是城市运转的命脉组成部分而且随着城市的不断发展，其埋设环境的复杂度日益提升，导致地下管

线探测难度的直线上升。本文即以此为研究切入点，通过分析地下管线探测的原理并结合现有地下管线探测技术以分析各类地下管线探测技术在实际施工

中的运用，并藉此分析其优劣所在。

关键词：管线探测；复杂环境；

一、地下管线探测基本原理概述

在实地探测过程中，不论是通过主动场源激发还是被动场源激发均会

在管线中产生一定量的电流，进而在管线周围形成交变电磁场，探测人员

通过探测仪器即可观测到其具体分布情况以达到测定管线的具体分布位

置。同时，在此探测过程中要获取到准确乃至精确的探测效果，尚需要做

到以下几点要求：其一，在地下管线上形成的电磁场，其分布规律或分布

特征能够被探测和计算；其二，场源在目标管线上能激发出一定强度的电

流，并使电流尽可能少的在非目标管线、干扰物和介质中通过，以压制或

消除干扰因素；其三，在现有技术条件下，尽可能的采用最为先进的探测

设备以获取到足够多的数据信息，以确保探测的准确度也即可信度。当前

运用较为广泛的为探地雷达，借助于高频率的探测波以发现地下物质并通

过剖面扫面以绘制出地下物质的情形也即图像。由于地下管线与周围物质

之间的物理特性存在一定差异，探地雷达通过地上与地下电磁波的作用以

检测出彼此之间的差异性也即可检测到其细微的差异探测出地下管线的分

布情况。反射到地面的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，

通过雷达主机精确地记录下反射回波到达的时间、相位、振幅、波长等特

征，再通过信号叠加放大、滤波降噪、图像合成等数据加工处理手段，形

成地下剖面降噪、图像合成等数据加工处理手段，形成地下剖面。

二、复杂条件下地下管线探测技术的应用

（一）近间距并行管线的探测

随着城市的快速发展，城市的空间资源逐渐缩减，能够利用空间极为

有限，也由此致使地下管线的埋设大都采用的是平行埋设。此埋设方式虽

然节省了城市空间资源，提升了资源的利用率，但近距离平行管线是指管

线埋深、走向基本一致，管线间距小于2 倍埋深的管线。近间距并行管线

构成形式多样且管线间距较小，电磁场相互感应和叠加产生的干扰强烈，

加之城市交通环境、空间电磁以及工业电流和离散电流等诸多因素的影响，

城市管线探测工作的难度逐渐增大。主要表现在以下方面：当管线的间距

较大时，不但曲线表现出不对称性而且还可能出现多个异常峰值，同时该

峰值与管线的平面位置之间存在一定的位移关系；当管线的间距较小时，

曲线表现为单峰状态，但并不能借此来判定地下管线的数量。由于管线之

间存在耦合与互感现象直接影响到探测的准确度以及分析的精确度，为此

为确保探测的客观性和获取到足够的数据可通过以下方式进行操作：

(1)直接法。直接法是利用管线露出部分，直接向管线充电，并通过改

变接地或充电方向尽量让电流沿目标管线流动，一般高频信号通过非导电

接口衰减小，支管线较短时（<5m），可采用选择高频信号进行探测；探测

中宜选择差动天线信号接收机，抗干扰能力强，分辨率高。直连法（最好

是双端连接）探测，对密集线缆的识别能力强（干扰小）,此方法多用于金

属管道类；(2)夹钳法。夹钳法是利用专门的感应钳，使被钳管线产生感应

电流，此方法多用于电信、电力类电缆；(3)水平、倾斜和垂直压线法(感应

法)。直接法和夹钳法两种激发方式在城市地下管线探测中是最有效的压制

和减弱旁侧管线和干扰因素干扰的方法。但有的时候，管线的窨井很少，

管线的出露点相应的也就很少，直接法和夹钳法就会失去其应用条件。这

时，感应法可发挥其优势，由于近间距并行管对感应法的影响最明显，所

以就要采用一些特别的工作方式以压制或减少干扰，这些工作方式就是水

平、倾斜和垂直压线法，即通过改变发射机线圈与目标管线的相对位置，

达到既能压制干扰信号又能增强目标信号的目的；（4）同侧感应法，当管

线间距过小，很难分别测量。管线中电流基本相同，激发不当，管线难以

区分。通过改变两条管线电流， 即采用同侧感应的方法（发射机放在两条

管线其中一侧），在盲探扫测时，变换发射机位置，防止因发射机位置不当

对密集管线的错误定位；

（5）当管线重叠时，对金属管线重叠可尝试倾斜压线定深，在远处不

重叠处进行追踪，对金属管线和非金属管线重叠，用管线探测仪直接探测

金属管线，用其他方法探测非金属管线；

当然采用不同的方式，其达到的效果存在一定的差异，在选择过程中

要有针对性。

根据理论计算和模拟试验可以得出，当两条相邻平行管线材质相同、

埋深(ｈ)相等、并通以相同电流的条件下，其间距为0.8ｈ，即小于管线埋

深时，异常曲线的总体特征与单根管线的异常曲线非常相似；间距为2h 时，

HＸ异常曲线先后出现双峰形态；随着当两者间距的不断扩大，反映出来的

特征就更为明显，一般达到了3h 即可充分的反映出管线的主要特征。在具

体探测过程中，需要注意不同管线的埋设深度、管线的材质、管线的大小、

管线的磁场反应等差异，由此导致管线在电流感应上的差异也即激发出的

电流度有大有小。借助管线之间的差异以及发射机的性能并结合其压线感

应，即可有效的排除掉目标管线周围的干扰因素使之获取到的电流处于最

大值，进而利于判定目标管线的具体分布情况。此外，各类方式具有自身

的优劣性，在实际探测阶段要综合现场环境以及探测技术的性能合理选择，

以提升探测的客观性。

（二）各类非金属管线的探测

城市地下管线种类繁多，有给水、排水(雨、污水)、燃气、热力、通讯、

电力、工业等。管线的材质也各不相同，即使是同一种管线，其材质也有

很多种，如:铸铁、钢、砼、塑料(PVC、UPVC 等)、铜、光纤等等。现有

的探测技术或设备能够游有效的探测出金属类管线，进而确定其分布情况，

然而对于非金属类管线，如：PVC、PE、混凝土、陶瓷、玻璃纤维等没有

十分有效的探测技术，虽然有探测之法但效果不佳，准确度与可信度较低。

导致该现象的主要原因在于，管线自身的管径较小，由此增加了探测精确

度的要求，一般需要达到厘米级别。例如，在非金属类管线的探测过程中，

采用管线探测仪并加配非金属管道探头，亦难以获取到有效的信息。尤其

是在天然气、水管、排污等管道的探测过程中，不具备使用探头环境也即

意味着探头无用武之地。因此，针对该类管线的探测，适宜采用探地雷达

以确保探测的准确性。

(1)雷达剖面上地下管线异常的特征。当地下管线与周围介质存在明显

的电性(介电常数、电导率)差异时，给水、燃气和排水等管道类管顶电磁波

反射呈现拱形曲线形态，拱形曲线顶点即为管线中心位置；管沟、管块类

管线，反射波形态呈现平直线形态，其中心位置为顶板中心。管径大小与

曲线变化之间呈反比例关系。管径越大则意味着曲线越为平缓；反之，管

径越小则曲线的变化就越大，更为尖锐。在建设过程中，如果管线埋设的

深度较大时，探测发射出的曲线波变化幅度较小；埋设深度较浅时，其曲

线变化的幅度就越大。同时，当管线的材质与周围物质之间的差异较大时，

反射波的变化幅度则越强。

(2)探地雷达探测地下管线的主要影响因素城市在于地下地质环境非常

复杂，地电条件各处不一。探地雷达在探测地下管线时，会受到各方面因

素的影响，使目标管线的异常图像变得极其复杂，有效异常难于识别，所

以在实际探测过程中要充分分析这些影响雷达探测的主要因素并排除干扰

异常，以正确识别目标管线的有效异常。

结语

综上所述，在城市的不断发展中，地下管线的数量在不断增长，其埋

设环境也更加复杂，对地下管线的探测提出了更高要求。同事，在探测技

术日益发展的今天，面对日益复杂的城市地下管线环境，管线探测技术尚

不足以应对所有复杂的地下管线环境，尤其是不同的管线材质与管线间距

直接影响到了探测的准确度和客观性，不利于活期的管理与维护。由此，

为保障管线探测精确性，还需要在现有科技的基础之上不断加大探测技术

的研究。

参考文献：

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