地下深埋管线精准探测方法及应用

近年来，地下空间的开发利用越来越受到人们的重视，然而在地下空间建设过程中非开挖管线的存在已成为城市地下空间开发建设的重大安全隐患。由于施工时对管道的深度和走向无法准确控制，加上探测精度随着埋深的增加而减小，使得对地下非开挖深埋金属管线（埋深>5?m）位置的定位存在诸多难点。

目前，针对地下管线的探测方法主要有工程钻探法、导向仪法、惯性陀螺仪法、探地雷达法、PCM+探测仪法、高密度电法等。各种地下管线的探测方法都存在一定的适用性，若使用单一的方法对其进行预报，易对管线探测结果造成误判，因此，采用多种物探方法相结合的探测方法逐渐成为人们关注的焦点。当采用多种物探方法相结合的探测方法时，通常会遇到探测结果不一致的问题，此时探测结果的判定存在不确定性。

因此采用多种探测方法时解决探测结果的多样性问题，确定出一种成熟易行的综合探测方法对精确判定管线的位置尤为重要。

1工程概况

芦北路站–宏源道站区间左右线各1条盾构法隧道，隧道结构内径5.9m、外径6.6m。该区间自芦北路站出站后，沿着兴华五支路向北敷设，由于兴华五支路为西北道路，因此线路先后采用半径600m、800m和450m的3条曲线沿兴华五支路到达宏源道站。芦北路站–宏源道站盾构区间线路如图1 所示。

图1芦北路站–宏源道站盾构区间线路示意

芦北路站端头附近存有1根“拉管施工”的 508燃气管。燃气管材为Q235B，2012年5~8月施工，2022年3月已进行迁改，现该废弃管线已进行氮气置换。经过与产权单位对接可知，管线的走向与盾构隧道交叉，垂向位于盾构隧道上方，埋深在6~10m，属于深埋管线。该区域隧道的上轮廓线埋深9.4~15.0m。管线为拉管施工，施工过程通常无法准确控制管道的走向及埋深，现有资料推测该处管线很可能“侵入”盾构隧道设计路线中，因此必须实地探明该管道准确位置，否则无法保证盾构施工安全。

2深埋管线探测方法

2.1探测方法确定

对于芦北路–宏源道盾构区间近距离下穿深埋管线的问题，采用常规单一的探测方法已不能满足要 求。为确定出一种精确定位深埋管线的位置的方法，查阅了大量相关文献，总结了目前管线探测方法及特点，见表1。

表1探测方法及特点

由表1可知，探地雷达法、高密度电法和地微动法可清晰地显示出地下图像和管线的位置，但其分辨率较低，无法精确确定出管线的具体位置；雷迪RD8100多用于浅层管线的探测，管线埋深一般小于5m；陀螺仪法探测误差与管道长度成正比，对于地下非开挖深埋管线，管道长度较长，导致测量误差也较大；PCM+探测仪法具有探测距离长、对管线的平面定位精度高的优点；竖直剖面法具有探测深度和精度不受管线埋深限制的优点，且探测精度也较高。虽工程钻探法探测精度高，但打钻孔的效率低，特别是深埋钻孔将面临易塌孔问题，因此多用于验证管线 位置。

通过上述分析，结合本工程的实际情况和现场施工经验，最终确定了一种地下深埋管线的精准探测方法，保证盾构下穿近距离管线的施工安全，即：采用PCM+探测仪法定位管线平面位置，采用竖直剖面法精确定位管线深度，采用工程钻探法进一步验证风险区域管线的位置。

2.2探测技术原理

2.2.1 PCM+探测仪法

PCM+探测仪由电源、连接线、大功率发射机和接收机等组成，可用于探测较大埋深的金属材质管 道。在使用PCM+探测仪对金属管道探测时，发射机一端连地，另一端与被测管道连接。由发射机对被测管道施加信号电流，接收机在地面接收电磁场信号，进而对地下管道进行定位。PCM+检测仪探测管道如图2所示。

图2 PCM+检测仪检测管道示意

2.2.2竖直剖面法

在被测管道旁侧钻进1条竖直通道，将超深管线探测仪下到钻孔内，通过观测其电磁异常的变化及分布判定金属管道的平面位置及埋深。为了保证测试结果的准确性，进行重复测试，以得到较理想的探测效果。竖直剖面法探测原理如图3所示。

图3竖直剖面法探测原理示意

2.2.3工程钻探法

工程钻探法是最直接、最有效的一种探测方法，即利用钻机在盾构前方进行打孔钻探，可直接接触管道，虽然其精度较高，但其工作量通常较大，费用高，因此常将其作为补充和验证。

3工程应用

3.1 PCM+探测仪法现场探测

本次探测将发射机接入点与燃气管道露点相连接，然后利用接收机在地面追踪探测，进而得到燃气管道的平面位置。采用PCM+探测仪现场探测得到燃气管线的平面位置。

3.2 竖直剖面法现场探测

在利用PCM+探测仪法确定燃气管线平面位置的基础上，在被测管道旁侧钻进竖直通道，然后采用分离式低频电磁波探头在通道里采集数据，根据探孔中的电磁曲线变化情况，判断探测管道的埋深。

通过地面钻孔竖向管线仪探测，探测点的精度为±0.5m。本研究仅列出钻孔ZK7、ZK8、ZK9电磁曲线，如图4所示。

图4 钻孔电磁曲线

（a） 钻孔ZK7和ZK8；（b）钻孔ZK9

由图4可知，钻孔ZK7、ZK8和ZK9分别在标 高–5.550m，–5.800m和–6.350m处存在较明显的峰值信号异常。由探测原理可知，信号异常处为管线的中心位置，因此，管线的探测结果见表2。

表2管线探测结果

由燃气管线与盾构隧道的位置关系可知，盾构隧道的左线与管线有一定的安全距离，在考虑测量误差条件下（测量误差为0.5m），最近点距离隧道上轮廓线仍有2.40m，满足盾构机施工要求。对于盾构隧道的右线，在距离隧道上轮廓线最近点处的燃气管线中心标高为–6.200m，埋深为8.62m。

3.3工程钻探法现场探测

在密贴点附近进行全断面钻探，钻孔深度18m，并对土样进行取芯分析，土样为粘质粉土与勘察报告一致。工程钻探法探测到的燃气管线埋深为8.50m，其结果与竖直剖面法测得的燃气管埋深8.62m，仅差1.4%，进一步证实了竖直剖面法探测结果的可靠性。

3.4 解决方案

针对原设计方案，盾构区间外轮廓与废弃燃气管线外皮密贴，不满足盾构机施工的安全要求问题，提出了以下3种解决方案。

（1）在原方案不调整线路的情况下，建议迁改该燃气管线。

（2）为增加盾构区间外轮廓与燃气管线的距离，下压芦北路站大里程端线路约1.1m。

（3）在不调整芦北路站标高的情况下，通过调整区间线路坡度，增加盾构区间外轮廓与燃气管线 距离。

对于方案（1），由于该处管线为深埋管线，且管线穿越区间长度约130m，管线迁改费用较大。对于方案（2），考虑到芦北路站地下连续墙已施工，该方案不具有可行性。因此结合现场实际情况和经济效益分析，最终采取方案（3）的控制措施，将区间线路纵断面微调，变更后的费用并无增加。

方案（3）具体措施：通过调整区间右线线路，变坡点左移40m，且变坡点右侧230m范围内区间线路坡度由原25‰调整为21‰缓坡，避让已废弃的燃气管道，此时盾构机的外轮廓埋深约10.0m，考虑了最大测量误差和燃气管直径，与燃气管线仍有0.634m的 安全距离。

实践表明，在采取方案（3）调整区间坡度后，盾构推进过程中并未碰到燃气管线，目前盾构区间已顺利贯通，有效避免了潜在的安全风险，节约了管线切改产生的费用，为工程带来了良好的经济效益和社会效益。

4结论

对于芦北路–宏源道盾构区间穿越近距离燃气管线的问题，对比分析了目前管线探测方法的特点，并结合工程的实际情况，最终确定了一种地下深埋管线的精准探测方法：采用PCM+探测仪法定位管线平面位置，采用竖直剖面法精确定位管线深度，采用工程钻探法进一步验证风险区域管线的位置。

探测结果表明，燃气管线埋深约8.62m，与工程钻探法验证的管线埋深8.50m，仅差1.4%，证实了探测方法的可靠性。

针对原设计方案，盾构区间外轮廓与废弃燃气管线外皮密贴，不满足盾构机施工要求的问题，提出了3种解决方案，考虑到迁改管线费用较大及芦北路站地下连续墙已施工，最终采取了调整区间线路坡度，增大盾构区间外轮廓与燃气管线外皮最小距离。

工程实践表明，盾构推进过程中并未碰到燃气管线，有效避免了潜在的安全风险，证实了综合探测方法的有效性。