上海市地下深埋管線探測方法

卓路路 孫雷江

（1.上海旻悅勘察設(shè)計有限公司，上海 200120；2.上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計有限公司，上海 200120）

0 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施及配套管線建設(shè)的不斷完善，開槽埋管的施工安全性低、破壞環(huán)境、影響交通、綜合成本高等問題日益突出，且城市區(qū)域淺層地下空間多被既有管線占用[1?2]，特別是對于地下管線復(fù)雜、存在或敷設(shè)大直徑管道的情況時，淺層地下空間不足的情況尤為明顯；另一方面對于管線需穿越高速公路、鐵路、河道、湖泊等情況，開槽埋管法一般難以實施。

鑒于此，非開挖技術(shù)敷設(shè)管線技術(shù)得到迅速發(fā)展，成為各類管線敷設(shè)的重要方法[3]。但是由于早期資料的缺失及現(xiàn)有探測技術(shù)的局限性，非開挖施工的深埋管線探測問題日漸明顯。根據(jù)姚君鵬、張漢春、陳 麗等對深埋管線探測的研究，各探測方法均有一定的局限性[4?9]，本文在此基礎(chǔ)上對常用的探測方法優(yōu)、缺點及適用性進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合上海區(qū)域工程實例對探測方法的選擇及驗證做了具體分析，為類似工程方法選擇及方案實施提供參考。

1 上海市地下非開挖管線的現(xiàn)狀

上海市的城市建設(shè)日趨完善，非開挖技術(shù)鋪設(shè)管線在環(huán)境保護(hù)、成本控制等方面的優(yōu)勢明顯，得到了政府部門及各管線單位的有力支持；且上海大部分地區(qū)地層30 m 以內(nèi)分布著流塑?可塑狀的黏性土或松散?中密狀的粉（砂）性土，土層力學(xué)性質(zhì)強度低，非常適于非開挖技術(shù)的應(yīng)用。

由于城市建筑密集，空間有限，各類管線多集中分布于既有市政道路兩側(cè)，故存在各類管線錯綜復(fù)雜、埋深不一的特點；采用非開挖技術(shù)敷設(shè)的管線主要為信息管線、電力管線、高壓燃?xì)夤艿赖?；采用非開挖技術(shù)的管線主要位于穿越河道、鐵路、公路、建構(gòu)筑物以及淺部既有管線復(fù)雜的區(qū)域。

一方面，非開挖管線的埋深差異較大，一般的非開挖管線埋深約3~15 m 不等，部分穿越重要河道或建構(gòu)筑物的管線埋深超過25 m，非開挖管線交叉錯綜的現(xiàn)象普遍存在；另一方面由于早期疏于地下管線信息管理，很多管線原始資料缺失或信息有限，無法準(zhǔn)確獲取管線的位置及埋深情況，且對于埋深大于5 m 的管線探測難度大、精度低，故地下非開挖管線的信息采集情況不甚理想[4]。

2 深埋地下管線探測的需求

管線新建、管線維修、地下樁基礎(chǔ)的實施及深基坑開挖等區(qū)域存在或緊鄰既有深埋地下管線的情況時有發(fā)生，為了避開或有效地保護(hù)既有管線，需要準(zhǔn)確獲取管線的三維坐標(biāo)信息。近年工程施工破壞地下管線時有發(fā)生，特別是深埋的地下管線，多為重大管線，一旦破壞，其維修難度大、維修時間長、影響范圍廣、危險性大；如2018年深圳地鐵施工期間連續(xù)打斷7 條電纜及1 條供水主管道，造成了較大的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重影響了周邊居民及商戶的日常生活、生產(chǎn)。地下深埋管線的精確探測問題亟待解決。

3 深埋管線的探測方法及適用性分析

雖然目前各地非開挖深埋管線探測有多種探測方法及成功案例，但是考慮到各個場地環(huán)境及管線本身的差異性較大，地下深埋非開挖管線的定位還是存在很大的難度，值得進(jìn)一步探討。

根據(jù)前人對地下深埋管道的探測研究及實踐應(yīng)用情況，現(xiàn)階段深埋管線的探測常用方法包括：導(dǎo)向儀法、電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、井中磁梯度法、直接法等及兩種或兩種以上方法相結(jié)合的形式[5?9]。依據(jù)以上各探測方法的探測原理及方式不同，各方法的適用性、優(yōu)缺點有較大差別，結(jié)合上海市非開挖管線的特點、地質(zhì)條件、環(huán)境情況及工程實踐經(jīng)驗，對各個探測方法的特點及適用性進(jìn)行分析見表1。

表1 常用的深埋管線探測方法特點及適用性分析

電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電法、地震映像法及面波法，探測效果較差，精度低，在對管線大概位置也不知曉的情況下，可根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行前期的初步查找定位，然后可采用直接法或其他方法進(jìn)行對比驗證，但成本較高；一般已知管道大致位置時，根據(jù)場地環(huán)境，建議優(yōu)先采取以下方案：

（1）對于大直徑的金屬或非金屬管道可采用直接法，該方法簡單直接，探測精度高，對于管道保護(hù)要求較高或安全隱患較大時慎用；

（2）對于金屬性管道可采用井中磁梯度法，雖然效率較低，但探測精度高，相對于直接法可適當(dāng)增大鉆孔距離，避免觸碰管道，且對于小管徑金屬管道可避免密集鉆孔；

（3）對于兩端非封閉的非金屬管道，建議先采用導(dǎo)向儀法進(jìn)行定位，當(dāng)管道埋深較深（>7 m）或干擾較大且精度要求高時，建議采用陀螺儀法（金屬管道亦適用）。

4 實例應(yīng)用

4.1 工程概況

項目為上海市某區(qū)排水系統(tǒng)工程，擬建排水管道直徑為2400 mm，采用頂管法施工，管道呈南北走向。擬探測的東西走向目標(biāo)航油管道與擬建排水管道呈近似正交，其材質(zhì)為金屬、管徑為273 mm，埋深約為6～9 m 之間，平面位置分布區(qū)間寬度約8 m；另該段擬建管道距西側(cè)并排規(guī)劃地鐵線邊線距離約3～12 m 不等；橫穿既有S20 外環(huán)線高架橋墩之間，且與一路深埋原水管道斜交，原水管道直徑3500 mm，管道中心標(biāo)高–16.0 m（由原水管道竣工資料查?。?，詳細(xì)分布見圖1。

圖1 管線分布相對位置情況

該段擬建大直徑排水管道實施空間極其有限，平面位置受既有橋墩及規(guī)劃地鐵路線的限制可調(diào)范圍很小，埋深受整條排水線規(guī)劃標(biāo)高及下部原水管道的限制可調(diào)整范圍亦很小，為了保護(hù)既有管道需求，需精確規(guī)劃擬建排水管道的空間位置，委托方要求探測深度及平面位置誤差小于0.3 m。

4.2 探測方案及過程

針對項目的特點及場地情況，采用磁梯度法進(jìn)行航油管道的探測，并采用直接法靜力觸探對探測成果進(jìn)行驗證，同時復(fù)核了斜交的深埋原水管道埋深。具體的探測步驟如下：

（1）根據(jù)收集的航油管道資料，利用大功率管線探測儀進(jìn)行追蹤，探測出兩頭淺部管線的走向，大致確認(rèn)與擬建排水管道交叉區(qū)域（擬探測區(qū)域）的走向及平面位置。

（2）利用管線探測儀等對擬探測區(qū)域進(jìn)行淺埋管線探測，為鉆孔布置做參考，避免破壞淺部管線。

（3）根據(jù)航油管道的管徑及可能的平面分布區(qū)間寬度，確定在擬建排水管道兩側(cè)垂直于航油管道布置A、B 兩條測線，每條測線均勻布置8 個鉆孔（見圖2）；根據(jù)管道的埋深6～9 m，確認(rèn)鉆孔深度為12.5 m，探測深度為12 m。

圖2 探測孔平面布置

（4）根據(jù)鉆孔布置圖，現(xiàn)場利用GPS 進(jìn)行鉆孔位測放，采集孔口高程，并根據(jù)現(xiàn)場情況避開既有淺埋管線。

（5）根據(jù)場地地層情況，開孔進(jìn)入地面以下2 m后，采用水沖法鉆進(jìn)，并將鉆頭更換為同尺寸的塑料鉆頭，防止破壞管道保護(hù)層，鉆孔順序為從兩側(cè)向中間進(jìn)行。

（6）成孔后將準(zhǔn)備好的PVC 管下至孔底，孔口高出地面0.1～0.3 m，PVC 管徑一般可選7～11 cm，且接管處不得采用金屬材質(zhì)扣件。

（7）采用CCT-4 型磁梯度儀進(jìn)行探測（可測讀±20000 nT，測讀分辨率為0.1 nT/字），先將磁梯度探頭放入PVC 套管內(nèi)至12 m 深度處（自孔口起算），準(zhǔn)備就緒后，以0.1 m 的間隔逐步向上探測各深度處的磁梯度值，每孔采集兩次。

（8）根據(jù)現(xiàn)場探測的磁梯度異常情況，確認(rèn)下一個鉆孔的實施位置，根據(jù)磁梯度數(shù)據(jù)成果，有針對性地進(jìn)行靜力觸探法驗證。

4.3 成果分析

按照以上步驟，本次從測線A 上1 號孔位置進(jìn)行鉆孔及探測，根據(jù)探測結(jié)果顯示在1、2 號孔內(nèi)的量測磁梯度無異常，其代表性磁梯度曲線如圖3所示；在3 號孔內(nèi)的磁梯度曲線如圖4所示，經(jīng)分析在埋深約7.53 m 處磁梯度異常，初步判斷為擬探測的目標(biāo)航油管道引起；然后分別進(jìn)行5 號孔及4 號孔的探測，磁梯度曲線如圖5所示，在約7.45 m 處磁梯度異常，5 號孔磁梯度無明顯異常；據(jù)此判斷A 測線處航油管道位于4、5 號孔之間，管頂埋深約為7.49 m（標(biāo)高?2.88 m）。對于測線B，參照A 測線的成果，由外側(cè)向內(nèi)依次進(jìn)行探測，結(jié)果顯示，只有11 號孔及12 號孔分別在7.51 m 及7.55 m 存在磁梯度異常現(xiàn)象，故判斷測線B 處航油管道位于11、12 號孔之間，管頂埋深約為7.53 m（標(biāo)高?2.94 m）。

圖3 孔1 號磁梯度曲線

圖4 孔3 號磁梯度曲線

圖5 孔4 號磁梯度曲線

根據(jù)磁梯度探測成果，分布在A 測線的4 孔、5孔之間及B 測線的11 孔、12 孔之間采用靜力觸探法進(jìn)行管位及埋深的驗證，最終確認(rèn)A 測線處管道頂?shù)臉?biāo)高為?2.85 m，B 測線管道頂標(biāo)高為?2.90 m，與磁梯度儀探測結(jié)果基本一致。另外為了準(zhǔn)確掌握原水管道的埋深情況，利用靜力觸探在兩條管線交匯處進(jìn)行復(fù)核，測得原水管頂標(biāo)高為?16.12 m，與收集的竣工資料?16.0 m 相差不大。

4.4 注意事項

（1）鉆孔前，應(yīng)進(jìn)行淺部常規(guī)管線探測，根據(jù)管線情況布置靈活調(diào)整鉆孔位置，避免破壞淺部既有管線；水沖鉆孔過程中應(yīng)采用塑料鉆頭，勻速鉆進(jìn)，特別是接近預(yù)估埋深2 m 以內(nèi)時，建議鉆進(jìn)速度不大于30 cm/min，一旦遇到障礙，立即停止鉆進(jìn)。

（2）由于上海區(qū)域大部分地區(qū)淺層2.0～20.0 m區(qū)間土層性質(zhì)差，很容易出現(xiàn)塌孔、縮孔現(xiàn)象，故成孔后應(yīng)立即下PVC 套管。

（3）探測孔完成后應(yīng)立即進(jìn)行儀器探測，為了避免觸碰管道，建議由外側(cè)向內(nèi)側(cè)順序進(jìn)行，并根據(jù)探測成果情況確定下一個實施的鉆孔位置。

（4）采用直接法進(jìn)行驗證時，應(yīng)提前收集附近的地層數(shù)據(jù)，如本次探測前收集到附近工程地質(zhì)資料顯示，除了表層約2.5 m 深度內(nèi)土層，其余土層的比貫入阻力Ps值最大不超過1.5 MPa；據(jù)此，在探測靜力觸探壓入過程中，當(dāng)屏顯Ps值出現(xiàn)明顯大于1.5 MPa現(xiàn)象時應(yīng)立即停止貫入，分析其原因；且在接近管線預(yù)估埋深范圍2 m 以內(nèi)時應(yīng)控制貫入速度，建議貫入速度不大于40 cm/min。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)上海市的非開挖深埋地下管線情況，對于金屬性管道采用井中磁梯度法一般能夠取得較為精確的結(jié)果，對于大直徑管道可采用直接法進(jìn)行探測，且精度高；對于地震映像法、面波法及電法探測等方法探測精度有限，可根據(jù)工程需要及周邊環(huán)境情況選擇確定其適用性，可以考慮采取多種探測方法結(jié)合的方式，相互驗證。

（2）為了有效利用地下空間，加強管線的維護(hù)及保護(hù)，在管線建設(shè)初期，建議相關(guān)部門督促管線權(quán)屬單位加強對管線利用空間的規(guī)劃性管理，施工期間進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集（如采用陀螺儀法），并進(jìn)行竣工驗收，建立專業(yè)化管線信息管理系統(tǒng)，便于后期的再利用。