一、引 言
隨著中國城市進(jìn)程的加速，城市地下管線建設(shè)發(fā)展非常迅速。城市地下管線是城市賴以生存和發(fā)展的生命線，給人們帶來了巨大的便捷。然而隨著管線種類及數(shù)量不斷增加的同時(shí)，管線在施工、改造之中出現(xiàn)的事故也是更為頻繁，電信中斷、燃?xì)庑孤�、自來水管破裂等情況屢屢發(fā)生。管線出現(xiàn)的事故往往危害是巨大的，威脅了人的生命安全，影響人們正常的生活，因此，施工、改造前的地下管線探測變得尤為重要，準(zhǔn)確的管線資料是避免事故的前提。在實(shí)際進(jìn)行管線探測工作時(shí)，管線探測儀的使用是準(zhǔn)確完成工作的重要條件，而雷迪RD8000管線探測儀及LD6000管線探測儀作為性能、質(zhì)量都較為優(yōu)越的物探儀器在生產(chǎn)中被廣泛使用。
二、工作原理
由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁信號，通過不同的發(fā)射連接方式將信號傳送到地下被測電纜上，地下電纜感應(yīng)到電磁信號后，在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著電纜向遠(yuǎn)處傳播，在電流的傳播過程中，通過該地下電纜向地面輻射出電磁波，這樣當(dāng)管線定位儀接收機(jī)在地面探測時(shí)，就會在電纜上方的地面上接收到電磁波信號，通過接收到的信號強(qiáng)弱變化來判別地下電纜的位置、走向和故障。
當(dāng)交流電流在導(dǎo)體中流過時(shí)，會在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生交變的磁場，并且該磁場的磁力線都是以該導(dǎo)體為同軸的。此時(shí)如果將一電磁線圈放入該磁場中，線圈的兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。移動感應(yīng)線圈，當(dāng)線圈的方向與磁力線方向相同時(shí)，線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將會最大。也就是說，當(dāng)線圈方向與導(dǎo)體方向垂直時(shí)，感應(yīng)電壓最大(如圖1所示)，接收機(jī)信號最強(qiáng)烈;當(dāng)線圈方向與導(dǎo)體方向平行時(shí)，感應(yīng)電壓最小(如圖2所示)，接收機(jī)信號最微弱。
圖1 線圈方向與導(dǎo)體方向垂直
圖2 線圈方向與導(dǎo)體方向平行
三、實(shí)際工作中主要的探測方法
RD8000及LD6000管線探測儀在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，工作方法是相同的，由于生產(chǎn)制造商的不同，在某些細(xì)節(jié)方面會產(chǎn)生差異。
1．明顯管線點(diǎn)的探測
明顯管線點(diǎn)是可視的出露于地面以上的各類管線，包含各類檢查井、入地電纜、入地通信線、變電箱、燈箱、消防水龍頭等不同類型的管線設(shè)備。
(1)直連法
針對上水管線、燃?xì)夤芫�、熱力管線等由鑄鐵、鋼材構(gòu)成的金屬管線在實(shí)際工作中往往采用直連法的方式進(jìn)行探測。方法是將管線探測儀接地電纜的正極接到管線的出露點(diǎn)(在工作中需去除管線金屬表面的防銹漆、泥土等雜質(zhì))，同時(shí)負(fù)極接通金屬井圈等與大地相連接的金屬接地物體(在附近沒有金屬接地物體的情況下可選用儀器內(nèi)的接地棒與大地相連)，在連接好后進(jìn)行調(diào)整，使發(fā)射機(jī)所顯示電力信號的強(qiáng)度在100 mA以上，才能保證接收機(jī)所接收信號的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度(如圖3所示)。
圖3 直連法探測管線
使用此方法進(jìn)行探測時(shí)，管線的材質(zhì)是對探測信號影響最大的因素。常見的給水管線及中水管線由以往的鑄鐵材質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的球墨鑄鐵材質(zhì)，鋪設(shè)年代較短的此類管線以球墨鑄鐵為主，由于球墨鑄鐵管線材質(zhì)并不以金屬為主，會導(dǎo)致探測過程中信號較弱、埋深不準(zhǔn)確等情況的出現(xiàn)。在探測此類管線時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加發(fā)射機(jī)頻率，并采取與挖探相結(jié)合的方式進(jìn)行工作。
(2)夾鉗法
針對電力、通信等線纜類管線，在實(shí)際工作中則采用夾鉗法進(jìn)行探測工作。方法是將管線探測儀的夾鉗夾于出露的管線之上(保證夾鉗接口處處于閉合的狀態(tài))，并將另一端與發(fā)射機(jī)相連(如圖4所示)。連接好后，根據(jù)現(xiàn)場管線的情況調(diào)整發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的強(qiáng)度，發(fā)射機(jī)信號太強(qiáng)則干擾大，信號弱則無法探測出管線。由經(jīng)多次的工作實(shí)踐可知RD8000管線探測儀在實(shí)際工作中往往將發(fā)射機(jī)信號強(qiáng)度調(diào)整至50%，而LD6000管線探測儀則將信號強(qiáng)度調(diào)整為兩格是最為合理的。
由于電力、通信等線纜類管線導(dǎo)電性能較好，所以在探測時(shí)接收機(jī)接收的信號較其他種類管線會更強(qiáng)。在工作中此類管線一般可以探測300～400 m的距離，信號好時(shí)，甚至可以延伸至700～800 m。在探測過程中，遇管線轉(zhuǎn)折、斷裂、埋深加深的情況時(shí)，信號強(qiáng)度會隨之發(fā)生驟減，在遇到這種情況時(shí)應(yīng)增加接收機(jī)的信號強(qiáng)度，在周圍進(jìn)行探測的同時(shí)關(guān)注顯示的管線埋深情況是否合理。如管線轉(zhuǎn)折則在信號驟變點(diǎn)的周圍會繼續(xù)探測出合理信號;如管線斷裂，則信號將會繼續(xù)微弱同時(shí)會出現(xiàn)埋深不準(zhǔn)確的情況;當(dāng)埋深加深時(shí)則在加大信號強(qiáng)度后會繼續(xù)探測出合理的信號及穩(wěn)定的埋深。
圖4 夾鉗法探測管線
(3)感應(yīng)法
將發(fā)射機(jī)置于管線的正上方，啟動接收機(jī)，在其鋪設(shè)方向上進(jìn)行探測、追蹤(如圖5所示)，該方法適用于有出露管線點(diǎn)管線的探測工作以及盲探工作。
圖5 感應(yīng)法探測管線
管線由于材質(zhì)、管徑、埋深等情況的差異會導(dǎo)致探測信號強(qiáng)度的不同。該方法往往不在電力、通信等線纜類管線探測中使用，而上水、熱力等管線在直連法探測條件不允許的情況下采用感應(yīng)法探測，相比于直連法，感應(yīng)法在探測相同管線時(shí)信號強(qiáng)度較為弱，準(zhǔn)確度相對較差。
(4)示蹤法
將能夠發(fā)射電磁信號的示蹤探頭或者導(dǎo)線送入非金屬管線中，并在地面接收其發(fā)射的信號來定位及定埋深，該方法適用于污水、雨水等非金屬類管線。示蹤法由于受到管道內(nèi)條件限制大，在日常工作中應(yīng)用較少。
2.隱蔽管線點(diǎn)的檢測
隱蔽管線點(diǎn)是指埋在地下無法直觀看到的管線。在日常工作中，并不是所有管線都存在地面上可視的部分，由于場區(qū)面積及現(xiàn)場條件的限制，燃?xì)夤芫�、熱力管線等檢查井距離較遠(yuǎn)的管線及直埋于地下的電力線在場區(qū)內(nèi)往往不會出現(xiàn)出露的管線點(diǎn)，為了保證場區(qū)內(nèi)管線探測的完整性和準(zhǔn)確性，隱蔽管線點(diǎn)的探測是必不可少的。
(1)感應(yīng)法
在完成場區(qū)明顯管線點(diǎn)調(diào)查探測后，再次使用感應(yīng)法進(jìn)行盲探。與感應(yīng)法探測明顯管線點(diǎn)原理相同，只是在不清楚場區(qū)是否埋有無明顯管線點(diǎn)的金屬管線時(shí)，由一人手持發(fā)射機(jī)，一人手持接收機(jī)，在保證間距在20 m及以上的情況下沿場區(qū)相切，當(dāng)切到與兩人行走方向平行的金屬管線時(shí)，接收機(jī)便會接收到電磁信號，便可探得管線的走向及埋深。當(dāng)然在這種不可視的情況下是無法得知管線種類、管徑等信息，可以沿管線鋪設(shè)方向?qū)ふ沂欠裼忻黠@管線點(diǎn)或者進(jìn)行挖探來確定管線的屬性信息。
使用該方法進(jìn)行盲探時(shí)，感應(yīng)的范圍需覆蓋整個場區(qū)，保證穿過場區(qū)的隱蔽金屬管線均可被探測到。
(2)被動源法
1)電力法。感應(yīng)法盲探后，需采用單接收機(jī)進(jìn)行無緣法探測以驗(yàn)證已探測管線探測的準(zhǔn)確性以及探查是否存在未探測出的管線。選用RD8000管線探測儀接收機(jī)自帶的POWER模式(LD6000管線探測儀的電力模式)進(jìn)行整個場區(qū)的盲探工作，與感應(yīng)法相同，需保證探測的范圍覆蓋整個場區(qū)。
使用該方法可探測出電力信號，只能確定大概位置，無法顯示埋深。如場區(qū)內(nèi)存在未探測出的電力管線，在電力法探測出后標(biāo)定位置并采用感應(yīng)法進(jìn)行精確探測。
2)無線電法。無線電法與電力法探測的意義及方式相同，選用RD8000管線探測儀的RADIO模式(LD6000管線探測儀的無線電模式)進(jìn)行探測。
使用該方法可探測出通信管線、埋深較淺的熱力管線、燃?xì)夤芫�以及某些上水管線，與電力模式一同作為探測后查漏補(bǔ)缺的重要手段。
3)50 Hz法。50 Hz法是LD6000管線探測儀特有的探測方法，在探測時(shí)意義與方式同上。此種方法能夠探測出包括電力法、無線電法可探得的所有管線，也可顯示大概埋深，但其受干擾信號影響較大，且所顯示埋深不準(zhǔn)確，需采用感應(yīng)法進(jìn)行核實(shí)。
四、天線模式的選擇
在探測過程中正確的選擇天線模式是提高工作效率及準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。
1.峰值模式
峰值模式(如圖7所示)是最敏感、最精確的定位、定深模式，發(fā)射機(jī)放置于管線正上方時(shí)信號最為強(qiáng)烈。在探測過程中如需做管線點(diǎn)，一般選用峰值模式來確定管線的位置及埋深，是管線探測中使用最廣泛、最有效的天線模式。
2.谷值模式
谷值模式(如圖8所示)是當(dāng)接收機(jī)放置于管線的正上方時(shí)，所顯示的信號強(qiáng)度最小。陡峭的谷值模式比峰值模式的使用更容易，但谷值模式比較容易受到干擾的影響，不能用來精確定位，適用于無干擾的區(qū)域。而且在谷值模式下接收機(jī)只能指示管線的位置，而不能指示管線的方向，常常用于驗(yàn)證峰值模式探測位置的準(zhǔn)確性。
圖7 峰值模式
圖8 谷值模式
3.單天線模式
單天線模式(如圖9所示)比峰值模式靈敏度更高、區(qū)域更寬，對于定位埋深不同的管線在使用時(shí)更加的有效、快捷。但單天線模式不能夠精確定位定深，一旦使用該模式定位到目標(biāo)管線后，要采用峰值或者谷值模式進(jìn)行精確定位。
4.峰/谷值模式
峰/谷值模式(如圖10所示)可同時(shí)利用兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，兼具峰值模式的準(zhǔn)確性以及谷值模式中箭頭導(dǎo)向的功能。沿著管線的路由向前走動時(shí)，左右擺動接收機(jī)，觀察管線上方的谷值響應(yīng)和管線兩側(cè)的峰值響應(yīng)，當(dāng)接收機(jī)跨越管線時(shí)，左右箭頭將指示管線是在接收機(jī)的左側(cè)或者右側(cè)，往往用于長距離追蹤管線時(shí)使用。在使用時(shí)，應(yīng)每隔一段距離，將接收機(jī)調(diào)回峰值模式，對管線進(jìn)行探測并驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。
圖9 單天線模式
圖10 峰/谷值模式
五、RD8000管線探測儀與LD6000管線探測儀在實(shí)際應(yīng)用中的比對
1.直連法、夾鉗法、感應(yīng)法的比對
在使用直連法、夾鉗法等模式進(jìn)行地下管線探測時(shí)，優(yōu)先選用RD8000頻率為33 kHz、LD6000頻率為32．8 kHz的模式，在發(fā)射頻率大致相同的情況下，兩種方法探測的效果大體相同，在定位、定深方面出入不大(如表1所示)，但在探測球墨鑄鐵管線時(shí)，LD6000管線探測儀由于存在高頻模式探測效果會略優(yōu)于RD8000管線探測儀。
表1 管線探測儀比對表 m
在進(jìn)行感應(yīng)法探測時(shí)，RD8000管線探測儀在接收機(jī)增益為100以下時(shí)，某些埋深較深的管線無法探測出來，只有增益在100以上才可探測出此類管線，該儀器在使用時(shí)信號的靈敏度稍差，但其信號穩(wěn)定、受干擾信號影響較小。LD6000管線探測儀因?yàn)槠?3 kHz的接收機(jī)發(fā)射頻率稍高于32．8 kHz，在接收機(jī)增益為90左右時(shí)即可探測出埋深較深的管線，但該儀器在使用時(shí)存在干擾信號時(shí)穩(wěn)定性稍差。
2.被動源模式中的比對
兩種儀器采用電力模式及雷達(dá)模式探測時(shí)效果大體相同，相比于LD6000管線探測儀，RD8000管線探測儀在進(jìn)行被動源模式探測時(shí)穩(wěn)定性較好。但LD6000管線探測儀特有的50 Hz模式由于探測信號靈敏、1*31+19-10=29+73對上水管線探測效果較好、可顯示大概埋深等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際工作中也得到了廣泛的應(yīng)用。
六、結(jié)論
由于城市地下管線空間隱蔽性和管線埋設(shè)多樣性等特點(diǎn)，決定了地下管線探測必然是一項(xiàng)具有復(fù)雜性和涉及多方面學(xué)科的技術(shù)。探測埋設(shè)密集、種類繁多的地下管線時(shí)，采用單一探測方法及手段不能或難以確定管線的埋設(shè)情況，需結(jié)合現(xiàn)場的環(huán)境及管線探測儀的特點(diǎn)進(jìn)行多種方法的綜合探測、驗(yàn)證工作，已達(dá)到預(yù)期效果。
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