輸電線路工程地下管線探測實(shí)施與體會

■高興國李文輝吳帥

(1山東電力工程咨詢院有限公司山東濟(jì)南250031;2山東省地質(zhì)測繪院山東濟(jì)南250031）

輸電線路工程地下管線探測實(shí)施與體會

■高興國1李文輝2吳帥1

(1山東電力工程咨詢院有限公司山東濟(jì)南250031;2山東省地質(zhì)測繪院山東濟(jì)南250031）

本文通過威海市區(qū)某輸電線路工程地下管線探測工作實(shí)踐，結(jié)合輸電線路工程地下管線探測的特點(diǎn)，從探測原理方法、工程實(shí)施、成果精度分析以及存在的問題；談?wù)勢旊娋€路工程的施工組織與管理，和各位同行共同探討，共同提高，以促進(jìn)地下管線綜合探測技術(shù)在電力工程中的可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。

電力工程 地下管線 物探 體會

1　前言

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，城市用電負(fù)荷逐年增大，為了滿足廣大城市及周邊地區(qū)安全、可靠生產(chǎn)用電的需求，需要增設(shè)變電站，并將變電站接入系統(tǒng)電網(wǎng)，以保障經(jīng)變電站向城市及周邊地區(qū)安全供電。輸變電線路工程通常采用架空線路，但隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，在城區(qū)逐步采用電纜隧道或電纜溝的方式鋪設(shè)高壓電纜。這就需要查明地下管線的平面位置、高程、埋深、走向(流向)、規(guī)格、材質(zhì)、管線性質(zhì)、以及管線附屬構(gòu)筑物屬性信息。

目前，地下管線綜合探測技術(shù)在輸變電線路工程的勘測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚處于摸索階段，城區(qū)及周邊電力工程中地下管線探測項(xiàng)目將越來越多，探明輸電線路沿線所有地下管線，避免造成損失是全國電力勘測設(shè)計(jì)單位面臨的又一難題，電力工程管線探測技術(shù)經(jīng)驗(yàn)還有待積累，本文主要介紹了輸電線路地下管線探測技術(shù)和作業(yè)模式方面值得推廣和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

2　輸電線路工程地下管線特點(diǎn)及探測原理

2.1輸電線路地下管線地球物理特征分析

目前對電力工程勘測設(shè)計(jì)影響較大的地下管線主要分為3種類型:第一種類型是金屬質(zhì)的給水管、煤氣管;第二種為混凝土材料,如污水管、雨水管及水泥質(zhì)的給水管等;第三種是通信電纜和高壓電纜。不同材質(zhì)的地下管線,其地球物理場的特征明顯不同。例如:給水管及鋼煤氣管為金屬良導(dǎo)體,盡管它不帶電,但可以設(shè)法通過外加電磁場對其進(jìn)行充電或電磁感應(yīng),使其周圍空間產(chǎn)生交變電磁場;水泥材質(zhì)管道具有極高的電阻率,與周圍介質(zhì)存在明顯的導(dǎo)電性差異,是良好的電性反射面,且因具有鋼筋網(wǎng)框架結(jié)構(gòu),與周圍介質(zhì)也存在明顯的磁性差異;電力管線和通信管線因自身帶電,在其周圍空間存在有交變電磁場,而且電力管線為良導(dǎo)體,可以對其進(jìn)行充電而激發(fā)產(chǎn)生二次交變電磁場。綜上所述,由于這些材質(zhì)的管線與其周圍覆蓋土層存在明顯的電性差異,且表現(xiàn)為二維電性特征,所以為物探方法查明地下管線提供了物性前提。

2.2地下管線探測方法

針對不同的管線采用不同的探查方法。如對電力、電信以及金屬質(zhì)的管線，用管線探測儀，對非金屬管線則采用調(diào)查和地質(zhì)雷達(dá)探測相結(jié)合的方法。

（1）電磁法

應(yīng)用電磁法探測地下管線時，使用了直接充電法和感應(yīng)法，即先使導(dǎo)電性好的地下管線帶電,然后在地面上測量由這些電流產(chǎn)生的電磁異常。

（2）直接充電法

直接充電法是將人工電流通過出露點(diǎn)接在管線上,用接收機(jī)直接接收一次場信號,來達(dá)到探測地下管線的目的。

（3）感應(yīng)法

感應(yīng)法是當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)出的電磁信號遇到地下金屬管線后,產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電磁場,即二次場,在地面上通過接收機(jī)探測二次電磁場異常后,便可確定地下管線的位置和埋深;或者在有露頭的地方,通過夾鉗將人工電流直接傳到金屬管線和電纜上,由接收機(jī)進(jìn)行連續(xù)追蹤和定位。對于電力、電信管線,采用夾鉗法就可以準(zhǔn)確有效地將多條電纜逐條分辨出來。

（4）探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式由地面通過發(fā)射天線送入地下,由于周圍介質(zhì)與管線存在明顯物性差異(主要為電導(dǎo)率和介電常數(shù)差異),使脈沖波在界面上產(chǎn)生反射和繞射回波,接收天線收到這種回波后,通過光纜將信號傳輸?shù)娇刂婆_,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后,將雷達(dá)圖像顯示出來,并通過對雷達(dá)波形的分析、判斷,利用公式來確定地下管線的位置和埋深

其中,x為收發(fā)天線中點(diǎn)的距離;t為脈沖波行程時間;h為管線埋深;v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度,可以用寬角法直接測量,也可根據(jù)v≈c/ε近似算出,其中c為光速,ε為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

3　工程應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用工程為威海市區(qū)供電的變電站配套輸電線路（見圖1），該工程全長25km，分為架空和地埋電纜兩種形式，需要進(jìn)行相關(guān)的地下管線探查。本工程采用實(shí)地調(diào)查和儀器探測相結(jié)合的綜合探測方法。先從明顯點(diǎn)著手，采用實(shí)地調(diào)查的方法測定明顯點(diǎn)位置和深度，再采用儀器探測的方法確定隱蔽點(diǎn)定位定深。最后進(jìn)行開挖或釬探驗(yàn)證補(bǔ)充。

圖1　地下管線探測路徑

本測區(qū)地下管線的管線探測從技術(shù)上可按以下工作程序進(jìn)行：實(shí)地調(diào)查—>儀器探查—>機(jī)械法（開挖釬探）驗(yàn)證補(bǔ)充，具體管線探測流程如圖2。為保證不遺漏管線，在以上方法完成后，還應(yīng)進(jìn)行剖面連續(xù)掃描工作，確保不遺漏管線。由于測區(qū)內(nèi)工程線路長，車流量大，對管線儀和探地雷達(dá)造成干擾，影響探測精度；另外道路管線復(fù)雜，多處窨井被淤泥堵塞或積水太深都會影響探測的精度。因此，不能采用單一的物探手段，而必須采用多種物探手段相互配合的方式，才能排除電磁噪聲干擾，從而有效識別和判斷地下管線。

在本次實(shí)際探測工作中，使用了國際領(lǐng)先的RIDGID SR-20管線儀、RIS K2探地雷達(dá)、內(nèi)窺鏡等設(shè)備，RIDGID SR-20管線儀是目前國際上探測燃?xì)?、電力、電信、自來水和有線電視等各類地下管線最有效的儀器。RIS-K2探地雷達(dá)采用雙通道天線陣模式共深度法,即發(fā)射天線和接收天線組以固定間距TR沿探測剖面同步移動，記錄點(diǎn)位于TR的中心點(diǎn)；多通道天線陣模式，可同時多深度、多視窗探測影像，探測效率得到較大提升。內(nèi)窺鏡主要用于打不開的井蓋下的測探，內(nèi)窺鏡內(nèi)置有光源，可以錄像拍照，摸清井下情況。

（1）非金屬管線的探測

本工程非金屬管線主要有：PVC給水管線、PE煤氣管道、給水砼管等，非金屬管線主要用RIS K2探地雷達(dá)探測，其中給水PVC、砼管線探測效果明顯，PE煤氣管道大部分地方效果明顯。

（2）超深管線探測

目前管線施工手段越來越多，除開挖施工外，還大量采用非開挖技術(shù)施工，包括頂管、定向鉆、盾構(gòu)等。在市區(qū)穿越道路、房屋、河流及其它障礙物，大多采用頂管、定向鉆施工，管線埋設(shè)較深，通常在3米至十幾米不等，用常規(guī)方法很難探測。本測區(qū)我們采用RIDGID SR-20管線儀，用低頻、高功率發(fā)射、長距離接地的方法探測效果較好，但管線較密、埋設(shè)太深的地方效果也不太理想，探測效果不好的地方采用虛線相連。

（3）密集、復(fù)雜管線的探測

對于管線鋪設(shè)密集、復(fù)雜的情況，用管線儀難以達(dá)到預(yù)期目，此時采用探地雷達(dá)探測。探地雷達(dá)作為一種高新儀器，圖像直觀，分辨率高，操作方便，在非金屬管線、近距離平行管線和重疊管線的探測等方面具有無可比擬的優(yōu)勢，可解決管線探測很多疑難問題。在查管線的現(xiàn)場工作中,一般條件下,用管線探測儀就可以解決問題,但在復(fù)雜條件下則不行,如填土太厚、管線埋得太深而且沒有出露點(diǎn);用感應(yīng)法探測,信號太弱,這時,我們采用垂直管線走向的方向布置雷達(dá)測線輔以地質(zhì)雷達(dá)，得到圖3所示的雷達(dá)探測剖面。在剖面圖中，雷達(dá)波形拱形異常的頂點(diǎn)的位置就是管線的中心位置。通過開挖驗(yàn)證，說明地質(zhì)雷達(dá)解譯的成果資料是可靠的。

圖2　管線探測流程圖

表2　管線探查精度表

4　成果與精度分析

對工程測繪起算控制點(diǎn)、圖根控制點(diǎn)和管線點(diǎn)重復(fù)測量檢查檢查精度良好，滿足管線點(diǎn)測量要求。利用全站儀采用常規(guī)方法進(jìn)行邊長、角度以及高差的檢查圖根點(diǎn)，檢查比例20%，最大角度差值為15秒，最大邊長較差為0.038m，最大高差較差為0.016m，最大邊長比例誤差為1/6563。精度滿足規(guī)程規(guī)范要求。

測區(qū)內(nèi)共收測管線點(diǎn)1088個，各項(xiàng)精度指標(biāo)如表2，開挖/釬探合格率100%。整個工程探測和測量精度高、無錯漏現(xiàn)象，探測成果符合相關(guān)規(guī)定，滿足設(shè)計(jì)和施工的需要。

5　結(jié)論與體會

輸電線路工程中地下管線綜合探測技術(shù)的應(yīng)用，使線路設(shè)計(jì)更加快速、科學(xué)和合理，使現(xiàn)場施工更加安全可靠，避免了破管和重復(fù)開挖，從而節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，并為架空和地埋電纜工程的順利完工打下基礎(chǔ)，為全民用電提供最基礎(chǔ)的保障。

通過地下管線探測技術(shù)在電力工程勘測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有以下體會：

（1）電力工程地下管線探測應(yīng)遵循以下原則：從已知到未知、從簡單到復(fù)雜，相對復(fù)雜條件下根據(jù)復(fù)雜程度采用相應(yīng)的綜合方法。

（2）針對不同管材的物性前提，采用多種物探手段相互配合的方式，從而有效識別和判斷地下管線；

（3）輸變電工程一般是架空線路，塔位處地下管線范圍小但是探測位置、深度、管徑、材質(zhì)和類別等必須準(zhǔn)確，否則直接影響線路的設(shè)計(jì)和施工；

（4）基于電力工程的勘測設(shè)計(jì)而開展的管線探測工作才逐步開展，電力行業(yè)勘察設(shè)計(jì)單位的管線探測技術(shù)問題處于摸索階段，經(jīng)驗(yàn)還有待積累。

（5）制定可行性較強(qiáng)的探測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》不一定適合于輸電線路工程地下管線探測，業(yè)主單位應(yīng)該以《規(guī)程》為依據(jù)，根據(jù)輸電線路工程管線探測的實(shí)地情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、完善。

（6）塔位探測作業(yè)模式，輸電線路工程適合采用塔位滾動作業(yè)模式，以塔位為單位采用綜合探測技術(shù)探清周邊地下管線，避免不必要的工作量，減少勘測成本，提高工作效率。

[1]杜朋衛(wèi)，周芳玲.管線探查精度的提高與質(zhì)量控制 [J].測繪通報(bào)，2014，S2：234-238

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[3]許新海.地下管線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].測繪通報(bào),2013,S1:264-266+ 269.

[4]馬雪萍.地下管線竣工測量中交叉問題的探討 [J].城市勘測,2013,05:143-145.

Underground Pipeline Construction Organization and Realization of Detection in Transmission Line Engineering

Gao Xing-guo1,Li Wenhui2,Wu Shuai1
（1 Shandong Electric Power Engineering&Consulting Institute,

Ji-nan 250013）
（2 Shandong Institute of Surveying and Mapping of Geology,Jinan 250013）

TU990.3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-341-2

高興國（1984～），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)?S技術(shù)在電力工程勘測設(shè)計(jì)。