地下管线探测基本概念

1、关于地下管线探测基本概念第1页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线调查：是指对地下管线可见部分的调查、量测、记录、标示、作草图等工作。地下管线探测：是指对隐蔽的地下管线进行探查、定位、测深、标示、记录、作草图等工作。管线测量：是指对管线的特征点、附属设施的几何空间位置进行测量、记录、计算、展绘等工作。管线信息整理：是指对调查、探测、测量完成获取的数据和信息进行梳理、融合、整理编绘、制表、建库等工作，形成管线的各种成果。管线的物理特性：是指管线自身及其与周边地质水文环境所构成的具有独特物理环境的统称。如：导电性、导磁性、导声性、导温性、反射性、折射性、穿透性、抗拉性、抗压性

2、等等。电磁感应：是普通电磁物理学中电磁效应的统称，即带电导体周围会产生磁场，导体在磁场中作切割磁力线运动，在导体中会产生感应电动势，在这种电磁效应中电流及感应电动势的方向与磁力线方向构成右手螺旋法则。第2页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四发射机：是指地下管线探测设备中进行主动信号加载的单元；包含电源、起振器、滤波器、放大器、发射震荡天线等电路的集成。接收机：是指地下管线探测设备中进行信号接收、处理、显示的单元；包含探测探头、起振器、滤波器、放大器、运算器、显示器等电路的集成。发射天线：特指探测设备的信号输出单元，主要是线圈组。接收天线：特指探测设备的信号输入单元，主要是线

3、圈组。收发距：特指地下金属管线探测仪接收机与发射机之间的最短有效探测距离。一般情况下主要指感应发射工作模式下的最小有效探测距离，应=15米。第3页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四平面定位：指利用接收机对被探测管线的平面位置极其走向进行准确探测，以确定管线特征点平面位置的工作过程。测深：指利用接收机对被探测管线的埋深进行测定，以确定地下管线在深度方向的变化特征点的工作过程。管线埋深：是指管线至地表或井台的垂直距离，在规范中规定了不同管线种类的埋深标志位置。例如：压力管道类其埋深为地面至管顶的垂直距离；沟道、隧道类管道埋深为地面至沟道、隧道的内侧底部垂直距离；孔块类、直埋类管

4、线的埋深为地面至顶部的垂直距离。管偏：是指地下管线正中心位置至地面明显特征点（如井盖中心或小室内侧）的垂直水平距离。第4页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四盲探（扫测、横切探测）：是指在无明显管线出露点或任何迹象条件下，对局部区域进行的探测，其作业模式是以步进方式，沿某一方向探测有无地下管线的工作过程或者作业模式。主动源：是指地下管线探测设备以自身的发射电路产生特定频率的信号源。被动源：是指地下金属管线本身因周边环境感应产生的可以被探测设备接收机接收到的特定频率的信号源，如50Hz市电、30kHz电台感应的信号。信号加载：是指地下管线探测设备将设定的频率信号加载到目标管线上

5、构成回路的过程。信号强度：是指地下管线探测设备接收机探测到的目标管线周围某点的场强大小，可间接反映管线中特定频率的信号电流的大小或信号异常的大小等信息，是探测地下管线的最重要依据。第5页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四一次场：特指地下管线探测设备发射机震荡线圈组直接产生的磁场，它能在一定范围内对接收机产生干扰，影响探测的准确性（主要在深度方面）。二次场：特指由地下管线所带特定频率信号电流所产生的磁场，它是地下管线探测设备能够探测到管线的基础，是探测技术研究的对象。异常：特指由地下管线探测设备所接收信号的区别于干扰信号的物理特征，异常越大，特征越明显，越有利于探测与判断。感

6、应法：一种信号加载模式，特指直接利用地下金属管线探测仪发射机的发射天线将信号感应加载到目标管线的信号加载模式，这种模式不必与地下管线接触或近距离，而可以直接置于地面上即可进行探测。一般而言，感应法信号加载模式应选择10KHz以上的信号频率。直连法：信号加载模式，特指采用发射机输出端连接线与目标管线连接，直接将信号电流加载到管线上的信号加载模式。一般而言，直连法信号加载模式应选择小于33KHz的信号频率。第6页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四感应钳法：信号加载方式，特指利用地下金属管线探测仪的发射钳，将信号感应加载到目标管线的信号加载模式，一般而言，感应钳法适用于不大于感应

7、钳直径的小管径管线（如电缆等），虽然可以不必直接接触目标管线，但它必须能够夹住管线。可选择的频率一般应大于1KHz。管线追踪：是指手持接收机追踪目标地下管线走向的过程，一般呈“Z”字形轨迹。管线系统：特指一种地下管线从源头至用户终端的完整的管线网络体系，应包含控制关系、计量关系、流向、规格、管材等逻辑关系。管线点：特指描述地下管线走向特征的特征点。通常有折拐点、分支点、变坡点、控制点、出入地点、计量点等。管线段：指一段具有完全一致特征的直线管段（逻辑上而非物理上），由两个端点连线组成。第7页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线流向：特指管线中传输介质的实际流向，或者人为按

8、某种规则定义的信息或能量流向。磁场：指大地磁场或探测设备产生的磁场，或者由电场激发的二次磁场。电磁场：指电磁相互作用产生的场，可产生电磁效应，同时可以被探测到。探地雷达：特指采用电磁波进行地下探测的系统设备。由发射器、接收器、控制处理器、供电系统、信号传输系统、显示器集成。雷达探测的有效性由反射差异所决定。第8页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四噪音信号：特指非探测目标所带的所有信号的统称，即使是因感应所产生的与目标信号相同频率的信号。有时可以利用噪音信号辅助进行探测判断。专业管线图：特指展示根据一定规则分类的具有一定比例尺的地下管线图。综合管线图：指展示某区域所有地下管线

9、分布特征的具有一定比例尺的地下管线图。管线成果表：指描述地下管线测点、线段或线路的数据和信息的表格化表达的数据成果。通常以电子表格方式存储。地下管网成果：一个地下管线工程项目完成的工作成果的总称，通常包含：技术报告书、专业管线图（纸质及电子）、综合管线图、分幅图（图幅结合表）、管线成果表、数据库等。第9页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线源头：特指某一区域范围内，一种管线的起始位置。如泵站、配电室、变电站、交换机等。地下管线隐蔽点定位精度：平面- 0.1h；埋深- 0.15h地下管线明显点定位精度：平面-5cm；埋深- 3cm地下管线点测量精度：平面- 5cm；高程-

10、3cm第10页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四探查原则先调查后探测、先已知后未知、先易后难、先浅后深。工作流程 接收任务编写技术设计书现场技术交底仪器方法及适应性试验外业调查探测草图管线探测探查信息录入管线点测量数据处理管线成果编绘检查、修改、整饰审核验收成果提交。第11页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四电磁效应探测基本原理 电磁效应：带电长直导线周围空间存在磁场。电磁场符合右手螺旋法则，如右图： 周围空间磁场强度公式： 电磁感应：带电线圈周围空间存在磁场。电磁场符合右手螺旋法则，如右图：螺线管磁场分布电磁感应第12页，共32页，2022年，5月20

11、日，5点35分，星期四金属管线探测仪工作原理 发射机中的发射线圈在交变电流中产生交变磁场，地下管线在一定空间范围内对交变磁场产生等效切割作用，在管线内产生感应电动势，通过地下管线与大地构成的电流回路产生电流，管线电流又在其周围空间产生交变磁场，接收机通过接收探头的线圈在交变磁场中产生感应电流，通过滤波、放大，显示出地下管线电流异常，从而探测地下金属管线的位置和埋深。电磁异常电磁法工作原理第13页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四平面定位原理 如右图所示，平面定位有两种模式。 a）当水平线圈接收的信号强度达到极大值时，线圈中心位于管线的正上方； b）当竖直线圈接收的信号强度达

12、到极小值时，竖直线圈中心位于管线的正上方。测深原理 a）45角法（等腰直角三角形法）：将水平线圈旋转45，从管线正上方沿垂直于管线方向分别向左、右移动，当接收的信号强度达到峰值时，分别记下位置，量测左右两点间距的一半即为管线埋深。平面定位原理测深原理a）第14页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四 b）解析法测深：右图所示，利用具有固定间距L的上下两个水平线圈接收的磁场强度，反演管线埋深h。计算公式： 由上述方程求解埋深h的值。 c）半极值法测深：右图所示，当水平线圈中心位于管线正上方时，记住此处的信号强度值，然后沿垂直于管线方向移动水平探头，当信号强度值减少至峰值的50%时

13、记下该点位置，量测左右两个峰值50%位置间距的一半即为管线埋深。 B1x=0.5xB测深原理b）测深原理c）第15页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四 d）70%法测深：右图所示，当水平线圈中心位于管线正上方时，记住此处的信号强度值，然后沿垂直于管线方向移动水平探头，当信号强度值减少至峰值的70%时记下该点位置，量测左右两个峰值70%位置间距即为管线埋深。 B1x=0.7xB e）作图法：沿垂直管线方向的断面上，每个一个固定间距（如0.1m）测水平天线和竖直天线的信号强度，则可画出信号强度分布图，再根据强度分布与埋深关系图解管线埋深。如右图测深原理d）测深原理e）第16页，

14、共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四电磁波法仪器工作原理 电磁波法又称探地雷达法(Ground Penetrating Radar method，简称GPR法)，是利用超高频电磁波探查地下介质分布的一种地球物理探查方法，可以探查地下的金属和非金属目标。在地下管线探测中，常用于探查电磁感应类管线仪难以奏效的非金属管道，如地下人防巷道、排水、塑料燃气、中水管道等。探测深度计算公式电磁波法工作原理第17页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四磁法仪器工作原理 磁法探测仪器主要是用来探测铁磁体（如金属井盖、钢筋网等）。其工作原理如下，铁磁体能够改变大地磁场或特定磁场的方

15、向，从而通过线圈探头与铁磁体的相对变化，感知磁异常情况，间接获知地下铁磁体的位置和深度。第18页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四电磁感应法的前提条件 探测目标必须是导体，如金属管线、电力电缆、通信电缆或者具备设置信标条件的非金属管线。电磁感应的二次场特征 在管线中传导的感应电流产生的二次场磁力线平面与一次场的磁力线平面方向基本垂直；二次场磁力线理论上为同心圆，而一次场为椭圆；同心圆与水平面相割时，其磁场强度沿垂直于管线的方向分布为正态曲线，如右图。第19页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四地下管线探测时的判断原则信号最大原则-定位时，平面位置以信号最大

16、值为准；折点交会原则-确定管线的折点或分支点，应采用多点交会法确定，因为管线的拐弯会造成电磁场变形而影响精度；在直线部位测深-原因与上述相同；虚假信号峰值排除法-改变探头的状态（垂直管线左右摆动探头，使探头与管线的状态发生改变，这时如果该处峰值是由管线产生，则状态指示随之发生改变，否则不变或变化不灵敏；测深准确性判断：探头在地面测量深度值与探头提高一定高度后测深值其变化量与提高高度相当，证明测深值正确，当地上管线上方有干扰时，结果完全不同，应采用半极值法测深或45度角测深。第20页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四信号的可逆性：在正常情况下，发射机和接收机对调位置可得到相同

17、的探测结果，这是判断是否串测的有效方法；信号的连续性：正常情况下，信号大小是沿管线延伸而逐步减小的，当发生信号强度突变时，可能是存在深度突变、分支、堵头或泄漏；串测的一般规律：从埋深深的管线串到埋深浅的管线；从导电性能差的管线串到导电性能好的管线；避开一次场干扰：直连法和感应钳法加载信号方式离开触点2米以外；磁偶极法加载方式离开发射机15米以外；电偶极加载方式离开地极3米以外；利用一次场：在可置入发射机或信标的环境如人防、隧道、沟道、雨污水管等，可将信标置于拐点中央，直接探测一次场的位置和深度。第21页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四电磁波法应用 电磁波法的工作方式是断面

18、测量方式，一般情况下，剖面线与预期管线方向垂直，判定管线时应在两个以上的断面具有相似特征。雷达图像是不同时间随断面距离分布的反射能量堆积图。以下是一些典型的地下管道特征图像。常用地下管线探测设备 金属管线探测仪：雷迪RD系列、MetroTech系列、赛宝系列、国产SL-480A探管仪、国产BK6A探管仪等地质雷达：加拿大EKKO系列、瑞典MALA系列、意大利DS系列、美国SIR系列、雷迪RD1000等磁法仪器：赛宝井盖探测仪、地质大学金属探测仪系列等第22页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线成果 管线成果按载体一般分为纸质成果和电子成果；按照成果表达形式分为：管线图（分

19、专业、综合）、管线成果表、管线数据库。数据结构 一般管线数据结构的层次按如下模式分类：元数据表，点属性表，线段属性表、面属性表、拓扑关系表、逻辑关系表（也称线路表），注记表。 然后在每类表的基础上，按专业进行细分，也可将若干具有相同结构的专业合成一个表。 数据结构设计内容主要有：字段名称、数据类型、数据长度以及数据解释等内容第23页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四地下管线点测量方法： 导线法、极坐标法、GPS RTK法、交会法、量测法采集其平面坐标，可采用水准法、三角高程法、GPS RTK法、交会法采集其高程。城市地下管线普查对不同的管线具有不同的取舍标准。地下管线探查工

20、作程序: 仪器检验-方法试验-实地调查-仪器探测-探查质量检验。市政排水管道可分为雨水、污水和雨污合流管道。城市地下管线探测技术规程CJJ61-2003是行业标准有压力的地下管线的流向取决于压力差自流管线的流向取决于高程差 第24页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四探测仪发射功率及信号频率与信号加载方式的关系：功率越大、频率越高，有效发射半径越大。地下金属管线探测仪的信号加载方式有：被动源法、直连法、磁偶极感应法、感应钳法、电偶极感应法。管线探测技术原理有：电磁感应法、磁法、电磁波法、声波法、直流电法。地下管线常见的施工工艺有：明开、浅埋暗挖、定向钻、顶管、盾构下井调查需注

21、意采取哪些安全措施：围栏标识、井边留人、开井盖通风15分钟、有害气体检测、下井挂安全绳等。地下金属管线探测仪是利用了管线的导电特性，采用电磁感应 原理来实现管线探测的。第25页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四判断探测结果是否有效的基本原则有：连续性，可逆性，埋深合理性，信号极大性。 一般金属管线探测仪应具有的功能：1）多频率可选；2）发射功率要大；3）可探测深度要大；4）可测量电流值；5）可调整增益；6）有剩余电量指示；7）有多重测深方法可选；8）耗电量要小；一个地下管线探测项目的基本流程： 1）接收任务、收集已有资料并分析其利用价值；2）编写实施方案，进行作业区划分；3

22、）进行仪器及方法试验与标定；4）地下管线可见部分调查、量测及标记；5）隐蔽管线的探测及标记；6）探测质量检验；7）管线点坐标高程测量；8）内业成图及管线成果编制；9）质量检查、评定，技术报告书编写；10）项目成果审核、验收；11）项目成果交付及存档。第26页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线信息系统应具有的基本功能： 1）数据交换功能，包含图形及信息输入、图形及信息输入、特定数据格式的转换等； 2）图形浏览功能，包含平移、缩放、鹰眼、名称定位、坐标定位、开关图层等； 3）信息浏览查询功能，包含动态浏览、点选浏览、特定条件查询、定制条件查询、量距、量面积；4）统计功能，包

23、含范围统计、特定条件统计、定制条件统计等；5）分析功能，包含拓扑分析、连通分析、流向分析、控制范围分析、纵横断面分析、缓冲区分析、特定条件分析、定制分析、多媒体链接等；6）编辑功能，包含拓扑关系建立与修改、属性信息编辑与修改、图形编辑与修改等；7）安全保密功能：包含用户密码管理、用户角色（权限）管理、反拷屏等；8）打印功能。第27页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四地下管线探测的目的及意义：狭义的地下管线探测目的就是将地下隐蔽管线的特征点及其联接关系准确地反映到地面上，为地下管线测量和地下管线管理提供完整的图形和信息。广义上的地下管线探测目的是为管线管理者、施工者、应用者提

24、供其所关心的所有地下管线的准确的空间位置、属性信息及其关系信息，为国民经济规划、建设、运行管理、地下管线保养维护服务。其重要意义体现在：地下管线是国民经济、国防、人们日常生活的重要基础设施之一，担负着物质、能量输送、废物排放、信息联通的重要功能，与经济建设及管理、国防建设、日常生活紧密相关，地下管线一旦出问题，轻则影响正常的生产生活，重则会造成人民生命财产的重大损失，而地下管线的正常运行，有赖于管线管理者对地下管线系统的清楚准确的把握、维护、维修，地下管线探测是保证对地下管线信息准确完整性的不可或缺的技术手段，尤其是对没有档案资料的地下管线，因此地下管线探测是城市建设、管理、维护的重要基础工作

25、，对保证管线正常运行、城市建设和人民群众生命财产安全具有重要的现实意义。第28页，共32页，2022年，5月20日，5点35分，星期四管线测绘的精度指标：是指管线特征点的地面标识相对于邻近控制点的测量精度。管线仪的发射机在很多情况下可以当作信标来使用。用电磁感应法进行盲区扫测探测时，发射机与接收机的移动应采用步进方式。地下管线仪直读测深数据一般情况下是不能直接作为管线的埋深的。地下管线探测成果质量外业检查至少包含：明显点量测检查和隐蔽点探测检查。热力管线有时可以利用其高温特性进行管线定位。地下管线普查探测：是补充补全已有地下管线资料的唯一办法。地下管线探测时，接收机能够分辨出极大值或极小值，但不一定就表明地下管线一定存在。金属管线