地下管線探測基本概念

1、關(guān)于地下管線探測基本概念第1頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線調(diào)查：是指對地下管線可見部分的調(diào)查、量測、記錄、標示、作草圖等工作。地下管線探測：是指對隱蔽的地下管線進行探查、定位、測深、標示、記錄、作草圖等工作。管線測量：是指對管線的特征點、附屬設施的幾何空間位置進行測量、記錄、計算、展繪等工作。管線信息整理：是指對調(diào)查、探測、測量完成獲取的數(shù)據(jù)和信息進行梳理、融合、整理編繪、制表、建庫等工作，形成管線的各種成果。管線的物理特性：是指管線自身及其與周邊地質(zhì)水文環(huán)境所構(gòu)成的具有獨特物理環(huán)境的統(tǒng)稱。如：導電性、導磁性、導聲性、導溫性、反射性、折射性、穿透性、抗拉性、抗壓性

2、等等。電磁感應：是普通電磁物理學中電磁效應的統(tǒng)稱，即帶電導體周圍會產(chǎn)生磁場，導體在磁場中作切割磁力線運動，在導體中會產(chǎn)生感應電動勢，在這種電磁效應中電流及感應電動勢的方向與磁力線方向構(gòu)成右手螺旋法則。第2頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四發(fā)射機：是指地下管線探測設備中進行主動信號加載的單元；包含電源、起振器、濾波器、放大器、發(fā)射震蕩天線等電路的集成。接收機：是指地下管線探測設備中進行信號接收、處理、顯示的單元；包含探測探頭、起振器、濾波器、放大器、運算器、顯示器等電路的集成。發(fā)射天線：特指探測設備的信號輸出單元，主要是線圈組。接收天線：特指探測設備的信號輸入單元，主要是線

3、圈組。收發(fā)距：特指地下金屬管線探測儀接收機與發(fā)射機之間的最短有效探測距離。一般情況下主要指感應發(fā)射工作模式下的最小有效探測距離，應=15米。第3頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四平面定位：指利用接收機對被探測管線的平面位置極其走向進行準確探測，以確定管線特征點平面位置的工作過程。測深：指利用接收機對被探測管線的埋深進行測定，以確定地下管線在深度方向的變化特征點的工作過程。管線埋深：是指管線至地表或井臺的垂直距離，在規(guī)范中規(guī)定了不同管線種類的埋深標志位置。例如：壓力管道類其埋深為地面至管頂?shù)拇怪本嚯x；溝道、隧道類管道埋深為地面至溝道、隧道的內(nèi)側(cè)底部垂直距離；孔塊類、直埋類管

4、線的埋深為地面至頂部的垂直距離。管偏：是指地下管線正中心位置至地面明顯特征點（如井蓋中心或小室內(nèi)側(cè)）的垂直水平距離。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四盲探（掃測、橫切探測）：是指在無明顯管線出露點或任何跡象條件下，對局部區(qū)域進行的探測，其作業(yè)模式是以步進方式，沿某一方向探測有無地下管線的工作過程或者作業(yè)模式。主動源：是指地下管線探測設備以自身的發(fā)射電路產(chǎn)生特定頻率的信號源。被動源：是指地下金屬管線本身因周邊環(huán)境感應產(chǎn)生的可以被探測設備接收機接收到的特定頻率的信號源，如50Hz市電、30kHz電臺感應的信號。信號加載：是指地下管線探測設備將設定的頻率信號加載到目標管線上

5、構(gòu)成回路的過程。信號強度：是指地下管線探測設備接收機探測到的目標管線周圍某點的場強大小，可間接反映管線中特定頻率的信號電流的大小或信號異常的大小等信息，是探測地下管線的最重要依據(jù)。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四一次場：特指地下管線探測設備發(fā)射機震蕩線圈組直接產(chǎn)生的磁場，它能在一定范圍內(nèi)對接收機產(chǎn)生干擾，影響探測的準確性（主要在深度方面）。二次場：特指由地下管線所帶特定頻率信號電流所產(chǎn)生的磁場，它是地下管線探測設備能夠探測到管線的基礎，是探測技術(shù)研究的對象。異常：特指由地下管線探測設備所接收信號的區(qū)別于干擾信號的物理特征，異常越大，特征越明顯，越有利于探測與判斷。感

6、應法：一種信號加載模式，特指直接利用地下金屬管線探測儀發(fā)射機的發(fā)射天線將信號感應加載到目標管線的信號加載模式，這種模式不必與地下管線接觸或近距離，而可以直接置于地面上即可進行探測。一般而言，感應法信號加載模式應選擇10KHz以上的信號頻率。直連法：信號加載模式，特指采用發(fā)射機輸出端連接線與目標管線連接，直接將信號電流加載到管線上的信號加載模式。一般而言，直連法信號加載模式應選擇小于33KHz的信號頻率。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四感應鉗法：信號加載方式，特指利用地下金屬管線探測儀的發(fā)射鉗，將信號感應加載到目標管線的信號加載模式，一般而言，感應鉗法適用于不大于感應

7、鉗直徑的小管徑管線（如電纜等），雖然可以不必直接接觸目標管線，但它必須能夠夾住管線?？蛇x擇的頻率一般應大于1KHz。管線追蹤：是指手持接收機追蹤目標地下管線走向的過程，一般呈“Z”字形軌跡。管線系統(tǒng)：特指一種地下管線從源頭至用戶終端的完整的管線網(wǎng)絡體系，應包含控制關(guān)系、計量關(guān)系、流向、規(guī)格、管材等邏輯關(guān)系。管線點：特指描述地下管線走向特征的特征點。通常有折拐點、分支點、變坡點、控制點、出入地點、計量點等。管線段：指一段具有完全一致特征的直線管段（邏輯上而非物理上），由兩個端點連線組成。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線流向：特指管線中傳輸介質(zhì)的實際流向，或者人為按

8、某種規(guī)則定義的信息或能量流向。磁場：指大地磁場或探測設備產(chǎn)生的磁場，或者由電場激發(fā)的二次磁場。電磁場：指電磁相互作用產(chǎn)生的場，可產(chǎn)生電磁效應，同時可以被探測到。探地雷達：特指采用電磁波進行地下探測的系統(tǒng)設備。由發(fā)射器、接收器、控制處理器、供電系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、顯示器集成。雷達探測的有效性由反射差異所決定。第8頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四噪音信號：特指非探測目標所帶的所有信號的統(tǒng)稱，即使是因感應所產(chǎn)生的與目標信號相同頻率的信號。有時可以利用噪音信號輔助進行探測判斷。專業(yè)管線圖：特指展示根據(jù)一定規(guī)則分類的具有一定比例尺的地下管線圖。綜合管線圖：指展示某區(qū)域所有地下管線

9、分布特征的具有一定比例尺的地下管線圖。管線成果表：指描述地下管線測點、線段或線路的數(shù)據(jù)和信息的表格化表達的數(shù)據(jù)成果。通常以電子表格方式存儲。地下管網(wǎng)成果：一個地下管線工程項目完成的工作成果的總稱，通常包含：技術(shù)報告書、專業(yè)管線圖（紙質(zhì)及電子）、綜合管線圖、分幅圖（圖幅結(jié)合表）、管線成果表、數(shù)據(jù)庫等。第9頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線源頭：特指某一區(qū)域范圍內(nèi)，一種管線的起始位置。如泵站、配電室、變電站、交換機等。地下管線隱蔽點定位精度：平面- 0.1h；埋深- 0.15h地下管線明顯點定位精度：平面-5cm；埋深- 3cm地下管線點測量精度：平面- 5cm；高程-

10、3cm第10頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四探查原則先調(diào)查后探測、先已知后未知、先易后難、先淺后深。工作流程 接收任務編寫技術(shù)設計書現(xiàn)場技術(shù)交底儀器方法及適應性試驗外業(yè)調(diào)查探測草圖管線探測探查信息錄入管線點測量數(shù)據(jù)處理管線成果編繪檢查、修改、整飾審核驗收成果提交。第11頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四電磁效應探測基本原理 電磁效應：帶電長直導線周圍空間存在磁場。電磁場符合右手螺旋法則，如右圖： 周圍空間磁場強度公式： 電磁感應：帶電線圈周圍空間存在磁場。電磁場符合右手螺旋法則，如右圖：螺線管磁場分布電磁感應第12頁，共32頁，2022年，5月20

11、日，5點35分，星期四金屬管線探測儀工作原理 發(fā)射機中的發(fā)射線圈在交變電流中產(chǎn)生交變磁場，地下管線在一定空間范圍內(nèi)對交變磁場產(chǎn)生等效切割作用，在管線內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢，通過地下管線與大地構(gòu)成的電流回路產(chǎn)生電流，管線電流又在其周圍空間產(chǎn)生交變磁場，接收機通過接收探頭的線圈在交變磁場中產(chǎn)生感應電流，通過濾波、放大，顯示出地下管線電流異常，從而探測地下金屬管線的位置和埋深。電磁異常電磁法工作原理第13頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四平面定位原理 如右圖所示，平面定位有兩種模式。 a）當水平線圈接收的信號強度達到極大值時，線圈中心位于管線的正上方； b）當豎直線圈接收的信號強度達

12、到極小值時，豎直線圈中心位于管線的正上方。測深原理 a）45角法（等腰直角三角形法）：將水平線圈旋轉(zhuǎn)45，從管線正上方沿垂直于管線方向分別向左、右移動，當接收的信號強度達到峰值時，分別記下位置，量測左右兩點間距的一半即為管線埋深。平面定位原理測深原理a）第14頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四 b）解析法測深：右圖所示，利用具有固定間距L的上下兩個水平線圈接收的磁場強度，反演管線埋深h。計算公式： 由上述方程求解埋深h的值。 c）半極值法測深：右圖所示，當水平線圈中心位于管線正上方時，記住此處的信號強度值，然后沿垂直于管線方向移動水平探頭，當信號強度值減少至峰值的50%時

13、記下該點位置，量測左右兩個峰值50%位置間距的一半即為管線埋深。 B1x=0.5xB測深原理b）測深原理c）第15頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四 d）70%法測深：右圖所示，當水平線圈中心位于管線正上方時，記住此處的信號強度值，然后沿垂直于管線方向移動水平探頭，當信號強度值減少至峰值的70%時記下該點位置，量測左右兩個峰值70%位置間距即為管線埋深。 B1x=0.7xB e）作圖法：沿垂直管線方向的斷面上，每個一個固定間距（如0.1m）測水平天線和豎直天線的信號強度，則可畫出信號強度分布圖，再根據(jù)強度分布與埋深關(guān)系圖解管線埋深。如右圖測深原理d）測深原理e）第16頁，

14、共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四電磁波法儀器工作原理 電磁波法又稱探地雷達法(Ground Penetrating Radar method，簡稱GPR法)，是利用超高頻電磁波探查地下介質(zhì)分布的一種地球物理探查方法，可以探查地下的金屬和非金屬目標。在地下管線探測中，常用于探查電磁感應類管線儀難以奏效的非金屬管道，如地下人防巷道、排水、塑料燃氣、中水管道等。探測深度計算公式電磁波法工作原理第17頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四磁法儀器工作原理 磁法探測儀器主要是用來探測鐵磁體（如金屬井蓋、鋼筋網(wǎng)等）。其工作原理如下，鐵磁體能夠改變大地磁場或特定磁場的方

15、向，從而通過線圈探頭與鐵磁體的相對變化，感知磁異常情況，間接獲知地下鐵磁體的位置和深度。第18頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四電磁感應法的前提條件 探測目標必須是導體，如金屬管線、電力電纜、通信電纜或者具備設置信標條件的非金屬管線。電磁感應的二次場特征 在管線中傳導的感應電流產(chǎn)生的二次場磁力線平面與一次場的磁力線平面方向基本垂直；二次場磁力線理論上為同心圓，而一次場為橢圓；同心圓與水平面相割時，其磁場強度沿垂直于管線的方向分布為正態(tài)曲線，如右圖。第19頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四地下管線探測時的判斷原則信號最大原則-定位時，平面位置以信號最大

16、值為準；折點交會原則-確定管線的折點或分支點，應采用多點交會法確定，因為管線的拐彎會造成電磁場變形而影響精度；在直線部位測深-原因與上述相同；虛假信號峰值排除法-改變探頭的狀態(tài)（垂直管線左右擺動探頭，使探頭與管線的狀態(tài)發(fā)生改變，這時如果該處峰值是由管線產(chǎn)生，則狀態(tài)指示隨之發(fā)生改變，否則不變或變化不靈敏；測深準確性判斷：探頭在地面測量深度值與探頭提高一定高度后測深值其變化量與提高高度相當，證明測深值正確，當?shù)厣瞎芫€上方有干擾時，結(jié)果完全不同，應采用半極值法測深或45度角測深。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四信號的可逆性：在正常情況下，發(fā)射機和接收機對調(diào)位置可得到相同

17、的探測結(jié)果，這是判斷是否串測的有效方法；信號的連續(xù)性：正常情況下，信號大小是沿管線延伸而逐步減小的，當發(fā)生信號強度突變時，可能是存在深度突變、分支、堵頭或泄漏；串測的一般規(guī)律：從埋深深的管線串到埋深淺的管線；從導電性能差的管線串到導電性能好的管線；避開一次場干擾：直連法和感應鉗法加載信號方式離開觸點2米以外；磁偶極法加載方式離開發(fā)射機15米以外；電偶極加載方式離開地極3米以外；利用一次場：在可置入發(fā)射機或信標的環(huán)境如人防、隧道、溝道、雨污水管等，可將信標置于拐點中央，直接探測一次場的位置和深度。第21頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四電磁波法應用 電磁波法的工作方式是斷面

18、測量方式，一般情況下，剖面線與預期管線方向垂直，判定管線時應在兩個以上的斷面具有相似特征。雷達圖像是不同時間隨斷面距離分布的反射能量堆積圖。以下是一些典型的地下管道特征圖像。常用地下管線探測設備 金屬管線探測儀：雷迪RD系列、MetroTech系列、賽寶系列、國產(chǎn)SL-480A探管儀、國產(chǎn)BK6A探管儀等地質(zhì)雷達：加拿大EKKO系列、瑞典MALA系列、意大利DS系列、美國SIR系列、雷迪RD1000等磁法儀器：賽寶井蓋探測儀、地質(zhì)大學金屬探測儀系列等第22頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線成果 管線成果按載體一般分為紙質(zhì)成果和電子成果；按照成果表達形式分為：管線圖（分

19、專業(yè)、綜合）、管線成果表、管線數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 一般管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次按如下模式分類：元數(shù)據(jù)表，點屬性表，線段屬性表、面屬性表、拓撲關(guān)系表、邏輯關(guān)系表（也稱線路表），注記表。 然后在每類表的基礎上，按專業(yè)進行細分，也可將若干具有相同結(jié)構(gòu)的專業(yè)合成一個表。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容主要有：字段名稱、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度以及數(shù)據(jù)解釋等內(nèi)容第23頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四地下管線點測量方法： 導線法、極坐標法、GPS RTK法、交會法、量測法采集其平面坐標，可采用水準法、三角高程法、GPS RTK法、交會法采集其高程。城市地下管線普查對不同的管線具有不同的取舍標準。地下管線探查工

20、作程序: 儀器檢驗-方法試驗-實地調(diào)查-儀器探測-探查質(zhì)量檢驗。市政排水管道可分為雨水、污水和雨污合流管道。城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程CJJ61-2003是行業(yè)標準有壓力的地下管線的流向取決于壓力差自流管線的流向取決于高程差 第24頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四探測儀發(fā)射功率及信號頻率與信號加載方式的關(guān)系：功率越大、頻率越高，有效發(fā)射半徑越大。地下金屬管線探測儀的信號加載方式有：被動源法、直連法、磁偶極感應法、感應鉗法、電偶極感應法。管線探測技術(shù)原理有：電磁感應法、磁法、電磁波法、聲波法、直流電法。地下管線常見的施工工藝有：明開、淺埋暗挖、定向鉆、頂管、盾構(gòu)下井調(diào)查需注

21、意采取哪些安全措施：圍欄標識、井邊留人、開井蓋通風15分鐘、有害氣體檢測、下井掛安全繩等。地下金屬管線探測儀是利用了管線的導電特性，采用電磁感應 原理來實現(xiàn)管線探測的。第25頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四判斷探測結(jié)果是否有效的基本原則有：連續(xù)性，可逆性，埋深合理性，信號極大性。 一般金屬管線探測儀應具有的功能：1）多頻率可選；2）發(fā)射功率要大；3）可探測深度要大；4）可測量電流值；5）可調(diào)整增益；6）有剩余電量指示；7）有多重測深方法可選；8）耗電量要??；一個地下管線探測項目的基本流程： 1）接收任務、收集已有資料并分析其利用價值；2）編寫實施方案，進行作業(yè)區(qū)劃分；3

22、）進行儀器及方法試驗與標定；4）地下管線可見部分調(diào)查、量測及標記；5）隱蔽管線的探測及標記；6）探測質(zhì)量檢驗；7）管線點坐標高程測量；8）內(nèi)業(yè)成圖及管線成果編制；9）質(zhì)量檢查、評定，技術(shù)報告書編寫；10）項目成果審核、驗收；11）項目成果交付及存檔。第26頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線信息系統(tǒng)應具有的基本功能： 1）數(shù)據(jù)交換功能，包含圖形及信息輸入、圖形及信息輸入、特定數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等； 2）圖形瀏覽功能，包含平移、縮放、鷹眼、名稱定位、坐標定位、開關(guān)圖層等； 3）信息瀏覽查詢功能，包含動態(tài)瀏覽、點選瀏覽、特定條件查詢、定制條件查詢、量距、量面積；4）統(tǒng)計功能，包

23、含范圍統(tǒng)計、特定條件統(tǒng)計、定制條件統(tǒng)計等；5）分析功能，包含拓撲分析、連通分析、流向分析、控制范圍分析、縱橫斷面分析、緩沖區(qū)分析、特定條件分析、定制分析、多媒體鏈接等；6）編輯功能，包含拓撲關(guān)系建立與修改、屬性信息編輯與修改、圖形編輯與修改等；7）安全保密功能：包含用戶密碼管理、用戶角色（權(quán)限）管理、反拷屏等；8）打印功能。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四地下管線探測的目的及意義：狹義的地下管線探測目的就是將地下隱蔽管線的特征點及其聯(lián)接關(guān)系準確地反映到地面上，為地下管線測量和地下管線管理提供完整的圖形和信息。廣義上的地下管線探測目的是為管線管理者、施工者、應用者提

24、供其所關(guān)心的所有地下管線的準確的空間位置、屬性信息及其關(guān)系信息，為國民經(jīng)濟規(guī)劃、建設、運行管理、地下管線保養(yǎng)維護服務。其重要意義體現(xiàn)在：地下管線是國民經(jīng)濟、國防、人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾A設施之一，擔負著物質(zhì)、能量輸送、廢物排放、信息聯(lián)通的重要功能，與經(jīng)濟建設及管理、國防建設、日常生活緊密相關(guān)，地下管線一旦出問題，輕則影響正常的生產(chǎn)生活，重則會造成人民生命財產(chǎn)的重大損失，而地下管線的正常運行，有賴于管線管理者對地下管線系統(tǒng)的清楚準確的把握、維護、維修，地下管線探測是保證對地下管線信息準確完整性的不可或缺的技術(shù)手段，尤其是對沒有檔案資料的地下管線，因此地下管線探測是城市建設、管理、維護的重要基礎工作

25、，對保證管線正常運行、城市建設和人民群眾生命財產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實意義。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，5點35分，星期四管線測繪的精度指標：是指管線特征點的地面標識相對于鄰近控制點的測量精度。管線儀的發(fā)射機在很多情況下可以當作信標來使用。用電磁感應法進行盲區(qū)掃測探測時，發(fā)射機與接收機的移動應采用步進方式。地下管線儀直讀測深數(shù)據(jù)一般情況下是不能直接作為管線的埋深的。地下管線探測成果質(zhì)量外業(yè)檢查至少包含：明顯點量測檢查和隱蔽點探測檢查。熱力管線有時可以利用其高溫特性進行管線定位。地下管線普查探測：是補充補全已有地下管線資料的唯一辦法。地下管線探測時，接收機能夠分辨出極大值或極小值，但不一定就表明地下管線一定存在。金屬管線