導(dǎo)向儀在市政道路非開挖管線探測中的應(yīng)用

劉康

(1.中煤航測遙感集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空間科技發(fā)展有限公司，陜西 西安 710199)

1 前 言

近幾年，我國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，地下管線敷設(shè)方法不斷更新，頂管施工工藝作為非開挖管線施工工藝[10]的一種，已廣泛地應(yīng)用于各類市政管線敷設(shè)工程中。非開挖管線施工的工藝不同于一般的市政埋管施工，埋深變化范圍普遍較大，敷設(shè)的管線埋深普遍較深，且檢修井相距較遠(yuǎn)。非開挖管線施工工藝的特殊性增加了管線探測的難度，降低了傳統(tǒng)探測方法的有效性。

2 非開挖管線施工技術(shù)及其特點(diǎn)

非開挖技術(shù)，即非開挖鋪設(shè)地下管線施工技術(shù)[1，8]，利用巖土鉆掘設(shè)備、通過導(dǎo)向測控等技術(shù)手段，在地面以最少的開挖量或不開挖情況下鋪設(shè)、更換或修復(fù)地下管道和電纜的一種施工新技術(shù)[2]。

(1)采用非開挖技術(shù)進(jìn)行管道頂管施工的工程，大多是要穿越不具備開挖條件或者開挖困難的路段，如河流、橋梁(高架橋)、鐵路、高速公路、地下構(gòu)筑物，管線較為密集的路口等。

(2)套管材質(zhì)為非金屬類，如PE、PVC等。

(3)管線種類多見電力管線、通信類管線。

(4)埋深變化大，都有出入口且出入口附件埋深淺。非開挖頂管技術(shù)一般采用定向鉆施工，在施工過程中既要避開淺層的地下管線及其設(shè)施，又要繞開已有的地下構(gòu)筑物，始終保持一定的安全距離施工，因此埋深普遍較深，通常都選擇在地面以下 3 m～6 m，最深處可以達(dá)到 10 m以上。

(5)管線距離比較長，管線敷設(shè)距離有 10 m、 30 m、 50 m、 100 m至 300 m不等。

非開挖管線施工工藝的上述特點(diǎn)導(dǎo)致常規(guī)地下管線探測手段不能精準(zhǔn)探測，加大了摸排地下管線平面位置尤其是深度的測定難度[3]。為了提高探測非開挖管道施工工藝埋設(shè)管線的平面及埋深精度，本文主要研究基于導(dǎo)向儀探測法對市政道路上非開挖敷設(shè)的地下管線進(jìn)行精確探測的方法。

3 導(dǎo)向儀組成及其工作原理

(1)導(dǎo)向儀組成

導(dǎo)向儀由顯示器、接收機(jī)、傳感器(探棒)、電池等部分組成(圖1)。

圖1 導(dǎo)向儀的組成

(2)工作原理

導(dǎo)向儀可以解決有空孔且未堵塞的非金屬管線的空間定位問題。將帶信號(hào)源的防水探棒(磁偶極子)置于所需探測的管道內(nèi)[4]，在其周圍空間產(chǎn)生一次交變磁場，由地面上的接收機(jī)接收探棒產(chǎn)生的磁場水平分量，進(jìn)而確定待測管道的空間位置。

(3)導(dǎo)向儀的探測條件

對套管及排管敷設(shè)的深埋線性類管線要有預(yù)留孔；對拉管施工的管線需挖出拉管部分的一側(cè)端點(diǎn)，保證管內(nèi)沒有異物，導(dǎo)向儀探棒能順利通過[6]。

4 導(dǎo)向儀探測法工作步驟

(1)探測準(zhǔn)備工作

為了保障探測成果的準(zhǔn)確性，探測前應(yīng)先對導(dǎo)向儀進(jìn)行校準(zhǔn)和檢查。首先選擇探測條件干擾少的場地作為校準(zhǔn)場地，對接收器和傳感器(即探棒)進(jìn)行單點(diǎn)校準(zhǔn)。單點(diǎn)校準(zhǔn)流程為：將接收機(jī)放在與傳感器平行的水平地面上，將卷尺拉至 3 m，傳感器放置卷尺一端，導(dǎo)向儀接收機(jī)開機(jī)調(diào)配至校驗(yàn)?zāi)Ｊ?，在卷?3 m處進(jìn)行探測，直至零誤差。如誤差較大則需觀察校驗(yàn)現(xiàn)場是否干擾較大并更換場地再做校驗(yàn)。待校準(zhǔn)完成后再進(jìn)行定位檢查探測，一般將接收器平行放在距傳感器已知距離處，導(dǎo)向儀探測實(shí)際距離，當(dāng)探測出的實(shí)際距離與已知距離相符后可開展施測工作。

(2)導(dǎo)向儀探測

利用校準(zhǔn)合格的導(dǎo)向儀進(jìn)行探測，首先打開檢修井蓋(窨井蓋)，確定好初始位置，將傳感器(探棒)和穿線器的一端掛接，并使傳感器(探棒)處于工作狀態(tài)，把帶有傳感器(探棒)和穿線器插入空孔中如圖2所示。通過穿線器軟桿逐步推進(jìn)傳感器(探棒)使探棒依次前行。

圖2 傳感器(探棒)穿越示意圖

為使地面標(biāo)志點(diǎn)位置和方向與地下管線的位置和走向更接近真實(shí)，利用接收器逐點(diǎn)探查傳感器(探棒)所經(jīng)過的位置，實(shí)現(xiàn)對非開挖敷設(shè)的管道連續(xù)追蹤定位并在地面上做好標(biāo)志，從而獲得非開挖管線的實(shí)際穿越軌跡和埋深，設(shè)定地面標(biāo)志點(diǎn)一般距離為 9 m～15 m。

(3)管線點(diǎn)測量

管線點(diǎn)測量內(nèi)容包括管線點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，使用GNSS或全站儀直接測量或?qū)Ь€串測法測量[7]，并直接記錄采集數(shù)據(jù)。在測量過程中，所有管線點(diǎn)均是全野外數(shù)字采集，隱蔽點(diǎn)點(diǎn)位以物探人員所設(shè)點(diǎn)位中心為準(zhǔn)[5]。

5 工程應(yīng)用案例

上海某市政工程項(xiàng)目，要求探明市政道路上所有管線空間位置。根據(jù)踏勘發(fā)現(xiàn)姚家車路有一段非開挖頂管技術(shù)施工的通信管線，總孔數(shù)為8孔、占1孔，需要對該段通信類空管進(jìn)行準(zhǔn)確定位和定深。本次采用獵鷹F1導(dǎo)向儀和地下管線探測儀(PL960)進(jìn)行對比探測，同時(shí)對部分隱蔽點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證。

導(dǎo)向儀探測工作流程主要包括前期準(zhǔn)備工作、控制測量、導(dǎo)向儀探測、管線點(diǎn)測量、數(shù)據(jù)處理與圖形編輯、報(bào)告輸出等工作。其主要工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程

圖4 管線平面位置示意圖

本次探測管類為通信類信息管線，管線長度為 110 m管徑規(guī)格200×100，總孔數(shù)8孔，占1孔，材質(zhì)PE。其中，21XX4和21XX11兩點(diǎn)分別為檢修井。探測成果如圖4所示。

根據(jù)圖4管線平面示意圖可得出：兩種儀器探測管線平面位置近似，與其現(xiàn)場開挖點(diǎn)位置一致，說明兩種設(shè)備探測的平面位置都符合實(shí)地。

兩種探測方法在探測非開挖敷設(shè)管線的平面位置的準(zhǔn)確性上均有較好的效果，但其對管線埋深的探測效果存在巨大差異，如表1所示。

不同手段測得管線點(diǎn)的埋深情況 表1

續(xù)表1

(1)導(dǎo)向儀探測情況

導(dǎo)向儀從21XX11號(hào)點(diǎn)進(jìn)入，至21XX4號(hào)點(diǎn)出，點(diǎn)間距約為 12 m，共測得6個(gè)隱蔽點(diǎn)，隱蔽點(diǎn)的平均埋深為 3.2 m，隱蔽點(diǎn)埋深走向呈拋物弧線狀如圖5所示。

圖5 埋深對比圖

(2)探測儀探測情況

探測儀共探查管線點(diǎn)8個(gè)其中2個(gè)明顯點(diǎn)，6個(gè)隱蔽點(diǎn)，點(diǎn)間距約為 15 m，隱蔽點(diǎn)的平均埋深為 2.55 m。

(3)開挖驗(yàn)證情況

開挖點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)號(hào)為21XX8，埋深為3.45 m，其分別與導(dǎo)向儀探測埋深 3.35 m相差 0.10 m、與探測儀探測埋深 2.54 m相差 0.81 m。

根據(jù)兩種儀器所測得的6個(gè)點(diǎn)軌跡進(jìn)行比對，導(dǎo)向儀的埋深都在 3 m以上，探測儀探測的埋深在 2.5 m左右，根據(jù)現(xiàn)場開挖點(diǎn)埋深數(shù)據(jù)驗(yàn)證，說明導(dǎo)向儀探測隱蔽點(diǎn)的埋深數(shù)據(jù)近似真實(shí)埋深。

6 結(jié) 語

鑒于非開挖方式敷設(shè)的地下管線施工特點(diǎn)，常規(guī)物探手段即電磁感應(yīng)法的地下管線探測儀無法有效探測其埋設(shè)深度，探測精度和效果不佳。通過導(dǎo)向儀、管線儀的探測結(jié)果與開挖驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：在非開挖方式敷設(shè)的地下管線探測中，導(dǎo)向儀探測與常規(guī)的管線探測儀的平面定位精度近似；導(dǎo)向儀探測的定深精度高于常規(guī)的管線探測儀，因此導(dǎo)向儀可以解決線纜類非開挖方式敷設(shè)的深埋地下管線探測不準(zhǔn)確的問題。