城市复杂环境下地下管线探测方法与挑战
城市地下管线探测方法与挑战
随着经济蓬勃发展和建设计划的不断扩展，交通、能源、通讯、信息网络等系统工程的战略性发展已经成为迫切需求。这些综合性工程项目离不开一项至关重要的隐蔽基础设施：地下管线。深入城市基础设施的深处，地下管线探查成为城市规划、建设和管理的一个基本支柱。通过展开地下管线探查，可以照亮这些地下动脉的现状。这一探索为合理利用城市地下空间、综合管理实践、城市数字化以及智能城市的实现奠定了坚实的基础。这些管线不仅仅是被动元素；它们构成了城市基础设施的关键组成部分，作为能量传输、物质输送和信息传播的通道。它们构成了城市发展和进步的基石。显然，城市地下管线探查任务具有至关重要的意义。
地下管线惯性定位技术是采用航天器的自主导航技术—惯性导航技术，利用组合导航以及基于IMU/里程/运动特征/环境特征的多传感器信息融合和误差在线补偿技术，能够精准可靠地获取城市复杂环境下的地下管线三维信息。地下管线惯性定位技术解决了传统技术存在的受埋深、地质条件、电磁干扰等因素影响造成测试结果不可靠的问题。特点是管内测量、不受电磁干扰，不受管道埋深影响，不受地面条件限制等，其测量速度快、精度高、结果可靠。同时有效防止国家管道信息的泄漏。
在无法进行管内的测量的管线探查，我们来总结一下方法：
01 平行管线的探查
在处理平行管线时，优先选择直接方法或夹钳技术，以减少邻近管线的干扰。然而，在实际情况下，常常缺乏明显的点或良好的接地条件，因此需要采用感应方法。
在管线探查过程中，可以采用以下方法：
水平压线法：该方法利用垂直偶极子施加信号。不直接激发偶极子正下方的管线，而是专注于激发附近管线的特性。将发射机平放在靠近干扰管线正上方的地面上，可以压制地下干扰管线的信号，突出邻近目标管线的信号。这是探查平行管线的有效方法。
垂直压线法：通过使用水平偶极子施加信号，管线与偶极子正下方的耦合效应最强。将发射机竖立在目标管线正上方，可以压制邻近干扰管线，突出目标管线的信号，从而区分平行管线。该方法适用于埋深浅、间距大的平行管线。
倾斜压线法：在平行管线间距较小的情况下，前述方法可能效果不佳，可以采用倾斜压线法。该方法根据目标管线与干扰管线的空间分布选择合适的发射机位置和倾斜角度。在保持发射线圈轴向与干扰管线对准的前提下，尽量将发射机放置在目标管线上方附近。这可以确保有效激发目标管线，压制干扰管线。
02 非金属管道探查技术
在探查非金属管线时，根据现场条件、管道直径和目标管线与周围介质的差异，选择合适的方法是关键。可以采用示踪电磁法、探地雷达断面扫描探查以及探针、开挖验证等方法。具体步骤如下：
1.首先定位管线上的明显点（阀门井、排气阀井、测压井等），然后利用金属分支管线采用电磁感应法确定其与非金属管道的连接点。同样，对特殊地区如桥梁跨越、道路穿越和拐弯处的局部金属管线，也可以用探测仪来定位。通过这些方法确定的管线点，可以大致描绘出管线的走向和范围。在需要确定管线点的区域，可以使用探地雷达进行断面扫描探查。在具备条件的区域，可以进行探针或开挖验证。
在探查非金属管道（如混凝土管、PE管、UPVC管等）时，应选择与目标埋深和管径相匹配的发射频率和适当的接收天线。在每个探测点进行两次以上的往返测量，以确认异常的可靠性。如果探查对象没有明显异常，在扫描的剖面前后多次进行测量，有助于发现异常。对于不规则的管线异常，应进行开挖验证。可以在探测点附近的已知管线上进行雷达剖面，以确定介电常数和波速。
2.预埋非金属空管探查：对于预埋的非金属空管，可以找到两端开口，采用地下管线惯性定位法进行探测，在确定无法进行管内测量的，再采用示踪法或探地雷达进行探测。通过预埋的铁丝或人工设立的示踪线，使用直接法或双端连接的方法施加信号，利用管线探测仪进行定位和测深。对于探地雷达探测，可以参考上述非金属管道探查的具体方法。
3.小规格非金属管线探测：对于埋深较大、规格较小的金属管线，由于目标尺寸小且覆盖土层多为杂填土，探地雷达很难获得良好的管顶反射异常。因此，对于这类管线，应尽可能收集竣工资料。基于这些资料，可以通过管线埋设时的土层扰动破坏所产生的异常来确定。
03 大深埋管线的探测
通常，管线探测仪的探测深度为3.0到4.0米。在没有出露点的情况下，使用常规感应法来探测深埋管线往往无法满足要求。为了提高探测的准确性，可以采取以下方法：
1.扩大探测范围，找到管线出露点：通过寻找管线出露点，采用地下管线惯性定位法进行探测，以保证数据的精准与可靠。
2.在浅埋处施加感应信号：在没有出露点的情况下，尽可能在浅埋处施加感应信号，以增加管线感应电流，提高接收信号强度，从而提高信噪比。
3.利用长金属导线进行双端连接：使用长金属导线进行双端连接，将发射机、长导线和管道形成一个闭合电流回路，提高管线的电流强度，达到探测深埋管线的目的。
04 非开挖技术下的管线敷设
随着导向、水平定向钻进、顶管等非开挖技术的广泛应用，非开挖敷设的管线探测变成地下管线探测的一项难题。使用水平定向钻进技术敷设的管线通常深度渐变，这会受到浅埋管线的干扰影响，从而增加了探测的难度。为了提高这类管线的探查精度，可以采取以下方法：
- 竣工时采用地下管线惯性定位仪进行精准测量与存档。
- 全面收集非开挖敷设管线的设计和竣工资料，并进行实地核实。
- 对于已敷设的电缆管线，采用夹钳法施加信号：这有助于减少浅部和旁侧管线的干扰。在连续追踪探测时，考虑到其深度变化特点，加密管线点，以准确描述其变化特征。
- 对于预埋电缆类空管，可以采用地下管线惯性定位法进行探测。
- 在管线穿越道路、河流和建筑物时：由于管线埋深较大且穿越距离长，信号随着探测距离的增加而衰减，从而导致探测误差增大或无法追踪探测。为了解决这个问题，在探测时应尽量采用地下管线惯性定位法进行探测。同时，在管线穿越道路、河流和建筑物等位置前后设置管线点，如道路、河流两侧、建筑物前后，以控制管线的走向。
随着地下管线探测的工作量不断增加，对探测精度的要求也日益提高。加之城市不断发展，各种管线交错纵横，形成了如同蛛网般的复杂网络。在这种背景下，地下管线探测工作面临着严峻的挑战。因此，在进行探测时，根据经验和实际情况，结合多种方法，准确地定位地下管线尤为重要。
