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[摘 要] 文章介绍了常用的几种顶管探测方法的优缺点，提出了标识法与电磁法相结合的电缆顶管探测定位方法并阐述具体内容。同时说明了此方法引起误差的因素及减小误差的方法。在此方法的基础上，提出了基于GIS和Google Earth的电缆顶管信息化管理的设想。
[关键词] 电缆顶管 探测定位 管理方法
0.前言
随着城市建设的不断加快，作为市政设施重要组成部分的地下管网变得日趋复杂，同时随着经济的高速发展，地下各类管线的投入和建设也越来越多。由于管线资料的不全和不一致，施工时经常遇到由于不清楚地下管线的走向和深度而挖断供水、供气、输油管线和电缆的情况，给生产和生活造成巨大损失和不便。因此，对电缆顶管进行准确的探测，并基于此建立一套完整地电缆顶管路径管理系统，对于确保电缆顶管的安全有着非常重要的意义。
1.电缆顶管的探测
1.1 常见探测方法
目前，常见的地下管线探测方法可归纳为四大类，即地质雷达法、GPS定位法、记标标识法和电磁法：地质雷达又称探地雷达，通过人工向被测介质发射高频宽频带短脉冲电磁波来探测隐蔽介质分布和目标物。它可以探测地下的金属和非金属管线，常用于探测电磁法类管线探测仪难以探测、口径较大、管道壁有钢筋网的非金属管线。它的探测深度与分辨率相互制约，频率越高，探测深度越浅，分辨率越高；反之频率越低，探测深度越深，分辨率也相应下降；它的探测效果与地质条件也密切相关，当管线周围介质对电磁波的耗散性弱并且管线的电磁特性与其环境相比反差大时，探测效果好而且数据处理相对简单，反之则表现不出好的性能。
GPS定位法就是将GPS技术应用于地下管线的探测工作中，对提高探测精度、加快测量速度、减低探测成本具有非常深远的意义。使用GPS定位已经可以达到CM级的平面定位精度，但其在水准方面的定位精度还不是十分理想。因此，当使用GPS定位时，需要采用传统的水准测量方法对其高程进行更精确的测量。
记标标识法，记标是一种管线标识设备，由记标和记标探知器两部分组成，其工作原理见图1：记标探知器向地下发射特定频率的电磁波信号，当接近预先埋置于地下管线上方的记标时，记标会在电磁波激发下产生同频二次磁场，记标探知器发现并接收到该磁场，从而确定了记标的位置。
图1 记标标识法原理示意图
电磁法是利用电磁感应原理，以地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性基础， 依靠主动或被动的场源激发，在管线中形成电流，管线中的电流就会在其周围空间产生同频率的交变电磁场，利用物探仪器在地面观测电磁场的空间分布，根据电磁场的分布特征，确定管线空间位置。大量的工程实践证明电磁法效率较高、速度快、成本低，是一种比较经济、实用的方法。
1.2 标识法与电磁法相结合的电缆顶管探测定位方法。
下面分几个阶段，介绍标识法与电磁法相结合的电缆顶管探测定位方法。
（1）电缆顶管施工阶段。
电缆顶管施工时，在备用管内穿入电缆或绝缘导线且贯通顶管，以此作为示踪线，作为日后使用电磁法进行电缆顶管位置探测的信号通道。附设示踪线后，会使日后的探查工作更加容易，雅论是用主动还是被动的源法激发，都可以通过金属管线探测器探测示踪线产生的电磁场中心位置来确定示踪线的空间位置。特别是对正在运行中的电缆进行探测定位时，可以在示踪线上加上非工频信号，提高探测定位的准确性。因为，当目标电缆周围存在其他电缆并载有同频率电流时会引起信号叠加，造成在位置和深度上的探测偏差。
（2）初次探测定位阶段
电缆顶管的初次探测定位，应在电缆顶管施工完毕后尽快开展，距离施工越近，顶管施工的相关位置资料也就越丰富，进行顶管的探测定位也就越简单，结果越准确。对于已敷设示踪线的顶管，即可利用示踪线采用电磁法进行探测定位。对于没有示踪线的电缆顶管，则只能利用顶管中的电缆作为信号通道，采用电磁法进行探测定位。
采用电磁法探测电缆顶管时，对管线定位仪的选型应注意：① 管线定位精度取决于仪器所具定位方法。管线定位仪的定位方法越多，定位精度越高，抗干扰越强。② 较高工作频率对有绝缘接线头管线有较好探测效果，但信号衰减快，抗干扰性差．难以区分相邻管线。相反，较低工作频率信号衰减慢，探测距离远，易区分相邻管线，但对有绝缘接线头的管线探测效果差。因此，管线探测具有不同频率可克服仪器灵敏度和抗干扰性差等弱点。③ 探测深度主要取决于发射机输出功率。磁感应法发射机置于地面给地下管线施加电磁场，如发射机输出功率小就很难使管线产生耦合信号，以致在地面雅法探测到管线周围电磁场信号。管线探测距离与发射机输出功率成正比。④ 探测单一管线时，一般的管线定位仪均有较好探测精度，但存在相邻管线时很难确定哪条是要找的，解决方法是探测管线的电流信号方向和大小。目标管线中电流信号方向为正号，相邻管线为负号。同样，目标管线电流值大，相邻管线电流值小。
电磁法进行电缆顶管的探测定位，有以下几种方法：① 直连法：是将发射机一端接地(接地线不能碰到水管或其它直埋管线)，另一端接到被测电缆上，即信号直接加到被查电缆上。此方法具有信号强、传输距离远、抗干扰性好、精度高、易分辩相邻电缆，适用于已停电的电力电缆。② 磁感应法：利用发射线圈磁场，将信号直接感应到发射机下面的待测电缆上，使电缆产生感应电流及二次场，从而对电缆进行定位。因信号感应到待测电缆时，也能感应到邻近的电缆上，所以此方法适用于电缆埋深2米左右(过深信号太弱)，且电缆不能过于密集或相邻太近，否则可能出现误测。③ 夹钳法：是利用夹钳(相当于一个可开口的电流线圈)套住电缆，把信号施加在电缆上。此方法感应信号强于磁感应法而弱于直连法，因该方法操作简便，不需停电而被经常采用。
（3）标识阶段
电缆顶管探测完成后，应在电缆顶管路径正上方按一定间隔放置电子信息标识器，最好是放置在混泥土路面内，其寿命几乎是永久性的，并将管线信息写入标识器内部的芯片内。采取如上的标识后，以后寻找电缆顶管的位置就会变得更加方便、快速。
1.3 电磁法探测定位的误差
电磁法的进行电缆顶管探测定位的误差主要由以下几方面因素造成：
（1）旁线干扰。
当目标管线周围存在其他管线并载有同频率电流时会引起信号叠加，造成在管线位置和深度上的探测偏差，由于同频干扰的大小、深度和相位的不同，其影响也不一致。
（2）信噪比。信噪比的问题归结为信号和噪声两部分，由于外界噪声很难控制，通常采用锁定放大器的滤波的方式屏蔽噪声，窄带滤波器能较好地提高信噪比；另一方面就是提升信号的工作了。建议采取以下方式：① 在安全范围内，提高发射机的功率，增加信号强度；② 选择更恰当的方式进行信号加入，如改感应法改成直连法等；③ 改进管线回路的导电特性，如改进接地状况，让整个信号回路电阻降低，从而达到提升信号的目的，还可以通过远端直连地方式提升信号强度；④对于长距离的管线可以使用较低的频率避免信号过快地衰减。
2.电缆顶管资料的信息化管理
2.1 电缆顶管信息化管理的必要性
电缆顶管的探测定位，只是对其进行管理的第一步，要保证顶管在电缆运行过程中不受到损坏，还应建立电缆顶管位置的相关信息资料。通过这些资料，可以直观准确地了解电缆顶管的位置、周边环境、附近参照物等，有了这些，才能真正地对顶管中的电缆起到良好的保护作用。因此，对电缆顶管进行信息化管理是必然的趋势。
2.2 基于GIS和Google Earth的电缆顶管信息化管理
借助地理信息系统，将准确的电缆顶管位置信息录入其中，并利用Google Earth将电缆顶管的位置融入其中，形成基于GIS和Google Earth的电缆顶管信息化管理系统。此系统应实现管线数据输入、查询、检查、更新、统计、分析等功能。此外，还应附有定位参照物信息、附属设施信息、周围环境信息等，以方便为周边的施工建设提供良好的指导。与此同时，动态监管应是基于GIS的地下管理系统的重要特色和目的之一，因此，对于电缆顶管的修改及新建信息，要以最快的速度录入系统，以达到动态的要求。
3.结束语
为了保证顶管内电缆的安全运行，必须对电缆顶管进行准确的探测定位，并对顶管位置信息进行科学的管理。标识法与电磁法相结合的电缆顶管探测定位方法，是效率较高、速度快、成本低，比较经济、实用的方法。在此基础上，提出了基于GIS和Google Earth的电缆顶管信息化管理也越来越重要。
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发表于 2020-6-5 04:09:31
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发表于 2020-6-5 04:10:02
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