城市地下管线探测面临复杂条件和技术挑战，需采用地球物理方法和非地球物理方法进行综合探测。文章介绍了多种探测方法如电磁感应法、地质雷达法、高密度电阻率法等，并强调了根据管线具体情况选择合理探测方法的重要性。同时，结合其他技术手段如三维激光扫描法、探头示踪法等，可提高探测精度和效率。在实际探测中，需考虑多种影响因素，采取科学合理的方法进行探测。
导读：
城市地下管线探测工作十分重要。由于城市地下环境具有复杂性，对技术人员在地下管线探测工作中所需的专业能力和经验提出了更高要求。本文针对复杂条件下城市地下管线探测，介绍了地下管线的探测技术原理，分析总结了复杂条件下管线探测方法中6种地球物理方法和5种非地球物理技术的应用效果。
1 引言
管线被称为城市的“生命线”，象“血管”一样复杂的遍布在城市地下空间，并彼此连接，成为供给城市能量的“血脉”网络。城市复杂条件表现为三大特点，一是城市周边环境障碍物众多，如存在很多楼房、地铁、隔离带、下穿过道等结构，且城市中众多附带隔离带、路灯等障碍物，对探测工作造成阻碍；二是在城市不断建设与更新过程中各类管线密度不断加大，埋设方式多种多样，增加了管网探测工作的难度；三是城市环境中各类型杂物众多，而部分杂物为金属材质物体会相应干扰管线探测工作。
在面对城市复杂条件下各类管线探测时，先进的地球物理方法和非地球物理方法逐渐的在工作中得到有效的应用与发展。地球物理方法发展研究了高密度电阻率法、电磁感应法、地质雷达法、地震波法、主动声源等多种物探技术；非地球物理方法包括示踪法、三维激光扫描法、电视检测法、窥视孔（天窗）法、钎探和开挖法等技术手段。
2 地球物理方法原理及应用分析
2.1 电磁感应法
在管道平面位置的正上方或附近放置发射交变电流的发射机，内置在发射机发射线圈在受发射机所发射的交变电流作用下产生交变电磁场并向地下介质传播，在一次交变电磁场的激励下管线内部将产生涡旋电流，在其周围产生二次电磁场，分为主动源法和被动源法。主动源法通发射机直接对金属管线施加交变电磁场，即可在金属管线中产生一交变电流，并在周围空间产生一交变磁场，利用接收装置观测磁场的空间分布状况，可间接推算出管线空间位置及埋深，分为感应法、夹钳法和直接法；被动源法主要通过特征频率进行管线探测，分为工频法和甚低频法。
图1 电磁感应法原理
电磁感应法主要适用于金属管线探测，可用于管线盲探，也可探测近距离并行管线，可确定管线的平面位置、埋深等属性信息。
2.2 地质雷达法
地质雷达法是基于高频电磁波的反射原理，设备由发射机和接收机组成。发射机产生高频脉冲波，由内置的发射天线向外辐射电磁波并往地下介质内部传播，电磁波经地下介质反射后回到地面，并由接收机内置的天线接收反射波。
图 2 地质雷达法原理
地质雷达法对非金属地下管线有一定探测效果，探测中要充分了解地下管线条件，针对性选择有效的天线组合，才能达到理想效果；地质雷法可确定管线的深度和位置，但不能分辨管线类型。
2.3 高密度电阻率法
高密度电阻率法以地下介质电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加直流电场作用下地中传导电流的分布规律，反演计算地下具有不同电阻率地质体的分布情况。它通过供电电极A、B向地下供电流I，在地下形成一个电场，然后在M、N电极间测量电位差，从而可求得该点的视电阻率。根据实测视电阻率剖面进行计算、分析、反演，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可判定电阻率异常位置。
图 3 高密度电阻率法原理
高密度电阻率法对大尺寸金属、非金属管道可达到探测效果，由于城市多为硬质路面，对接地电阻稳定性有一定影响，作业时要注重电极埋设方式。
2.4 主动声源法
主动声源法是基于声学探测原理，由发射和接收两部分组成。发射部分音频驱动器通过转换接头连接到燃气检修井的放散阀端口上，向燃气管道内施加特定组合频率的声波信号，声波信号带动管道内燃气共振并向管道远端传播，传播过程一部分声波能量可以到达地地面。技术人员通过手持接收装置沿地表接收对应声波信号，根据接收装置声波信号强度及数值高低组合判断出燃气管道平面位置。
图 4 主动声源法原理
主动声源法对非金属燃气管道探测具有可靠效果，但城市环境复杂，尽量在环境干扰小时间段实施。该方法前提条件是需要在燃气腔体中施加声波信号，要求燃气管道检修井必须有排气阀，可探测管线平面位置，但不能确定管线埋深。
2.5 地震波法
在采用地震法探测地下管线工作中，首先应确认地下管线的大致范围，随后在范围附近采用人工锤击激发产生地震波，地震波在地下介质传播过程中碰到不同波速的介质会产生反射波，通过置于地面的拾振器接收从地下介质反射回来的反射波，即可完成对地下管线的埋深、位置进行探测。
在城市复杂条件中，地震波法既可应用于塑料、硬质聚乙烯、钢筋混凝土、PVC等非金属材质管线探测，也可应用于铸铁管、钢管等金属材质管线探测。特别是在城市硬质水泥路面条件下的管线探测更能充分发挥弹性波激振特点，从而获得地下管线埋深、位置等相关数据信息。
2.6 瞬变电磁法
瞬变电磁法是利用不接地回线向地下介质发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用接收线圈感应测量二次场的方法。发射线圈断电后通过接收线圈测量二次场随时间变化的规律，从而获取地下管线的埋深、位置等平面信息。
图 5 瞬变电磁法原理
在开展自来水、排水管道探测工作中可采用瞬变电磁法，在管线探测过程中金属材质的管道属于低电阻体，而周围围岩介质属于高阻体，这样就可以精准探测管线的埋深和位置等平面位置信息。
3 其他非地球物理方法工作原理及应用分析
3.1 三维激光扫描法
三维激光扫描仪由激光测距仪和反射棱镜组成。由激光测距仪主动发射激光，同时接收由介质表面扫描点反射回来的信号可测得测站至扫描点的斜距、水平方向角、垂直方向角等数据，既可计算扫描点与测站的空间相对坐标，再通过已知的测站空间坐标即可求取各扫描点的三维坐标。
在开展自来水、排水管道探测工作中可采用瞬变电磁法，在管线探测过程中金属材质的管道属于低电阻体，而周围围岩介质属于高阻体，这样就可以精准探测管线的埋深和位置等平面位置信息。
图 6 三维激光扫描仪及三维实景建模图
三维激光扫描法是调查大尺寸地下构筑物（排水箱涵、综合管廊、防空洞等）的有效手段，可完成三维实景建模，对构筑物整体全面了解非常有效。
3.2 探头示踪测量法
采用探头示踪测量法在进行管线测量时，可利用无人机、穿线器、管道机器人等设备将能够发射固定频率电磁波的探棒送入需要探测的管道内部，再通过接收机对该探棒埋深位置进行定位，同步可获取管道埋深、位置等平面信息。
图 7 探头示踪法工作原理
该方法前提条件是管道需有进、出口使导向仪探棒伸入管道内部，全封闭管线无法使用，管道淤积严重或有障碍物条件及金属材质该方法效果不佳。
3.3 电视检测法
电视检测法采用一个闭路电视系统，通过主控器控制在管道内行走的带摄像镜头的“机器人”爬行器远程采集管道内部视频信息，并通过线缆把视频信息传输至主控器显示和记录的集成系统当中。
图 8 电视检测工作原理
可在混凝土、塑料材质的排水管道或箱（管）涵等中应用，同时可结合探头示踪技术对管线的位置、埋深进行探测。
3.4 惯性定位仪测量法
在管线探测过程中将惯性定位仪送入管道内部并进行移动，移动的过程中惯性定位仪即能实时测量管道水平及垂直方向数据，对所测量的数据进行计算处理，便可获得地下管道的三维空间坐标。
惯性定位仪既可以探测金属管道，也可探测非金属管道，不受管道材质限制；同时信号不易受干扰。
3.5 窥视孔（天窗）法
窥视孔法主要针对长距离暗埋的大型箱（管）涵等排水设施，前期可结合人工调查及地球物理方法探测暗埋排水设施平面位置，随即采用地质钻探方式在箱（管）涵上方开窥视孔，之后采用电视检测、三维激光扫、探头示踪法相结合探测箱涵的平面位置及埋深。
可在混凝土、塑料材质的排水管道或箱（管）涵等中应用，同时可结合探头示踪技术对管线的位置、埋深进行探测。
图 9 三维激光扫描成果及探头示踪技术
图 10 窥视孔（天窗）及电视检测技术应
4 案例应用
4.1 长距离暗埋管线或箱涵
某市中心城区雨污排水体制以合流制为主，存在数十条长距离暗埋箱（管）涵，箱涵贯穿城中村、住宅小区、商业区等，部分箱涵连接内湖与主干河通道，埋深较大。由于城市建设箱涵长距离掩埋，现路面探测已无法追踪。通过“资料搜集+走访调查+人工调查+物探技术探测+窥视孔（天窗）法+新设备检测（电视检测法、探头示踪法、三维激光扫描法）+内业处理”模式开展综合探测。
4.2 非金属管线
在非金属燃气管探测中运用地质雷达法、主动声源法、高密度电法3类地球物理方法进行综合探测。依据所收集资料，Φ315mm燃气PE管埋深在0m～2m之间，管线埋深方式为直埋。依据图11～13探测成果，在距离7.7m处主动声源法出现声波信号为最强；地质雷达法电磁波信号呈现管状物体的异常，深度为0.7m；高密度电阻率法处出现了小范围视电阻率高阻异常，深度约为0.7m，由此推断非金属PE燃气管位于测线的7.7m处，埋深为0.7m。
图 11高密度电阻率法视电阻率剖面图
图 12声波信号强度幅值
图 13 地质雷达法电磁波信号图
5 结论
在城市地下管线探测时，对于近间距并行管线、非金属类管线、长距离暗埋管线、深层管线等复杂条件管道具有较高的技术难度，不仅要结合管线的具体状况进行细致分析，也要针对性选择科学合理性的探测方法。现阶段较为常用的地球物理方法包括高密度电阻率法、电磁感应法、地质雷达法、地震波法、瞬变电磁法、主动声源法等多种物探技术；同时结合探头示踪法、三维激光扫描法、惯性定位测量法、电视检测法、窥视孔（天窗）法、钎探和开挖法等测量或检测技术手段实施综合探测。在对复杂条件下的管线现场探测工作中，需考虑管线材质不同、电磁干扰、围岩介质不均匀等各项影响因素，根据实际情况采取科学合理的方法进行探测。
