行業(yè)資訊
非開挖管線探測技術(shù)方案探討
非開挖技術(shù)是指在地表極小部分進(jìn)行開挖而進(jìn)行各種地下管線的敷設(shè)更換或修復(fù)等操作的施工技術(shù)(該技術(shù)對地上的設(shè)施造成的影響極小，已被聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)署認(rèn)定為地下設(shè)施的環(huán)境友好技術(shù)(現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到穿越已有設(shè)施或克服自然條件的地下工程領(lǐng)域，如高速公路#鐵路#已有建筑物#河流#湖泊，也包括城市中的電力#自來水#煤氣等的管線鋪設(shè)和維護(hù)等。
1、非開挖技術(shù)的優(yōu)點
相對于傳統(tǒng)開挖施工技術(shù)，非開挖施工技術(shù)的優(yōu)點如
(1)保護(hù)環(huán)境(施工噪聲小，粉塵量少，不會阻礙交通，能保護(hù)綠地植被，保證商店等企事業(yè)單位的正常運作和居民的正常生活
(2) 所受限制少(受季節(jié)或者地下水位的影響少，并且由于輔助設(shè)施減少，具有周期短#人員少#成功率高等優(yōu)點;對已存在的建筑物或者古跡，施工時不需要進(jìn)行搬遷或破壞極少
(3)安全性好(因非開挖技術(shù)施工時地面無需開槽，且會對地下工程進(jìn)行加固防護(hù)，可以起到保護(hù)設(shè)備和人員的安全作用
(4)綜合成本低(非開挖技術(shù)因以下方面的作用，能降低很大一部分相對于開挖直埋的成本：施工時不需要將施工地點的所有土地都挖出直到管線鋪設(shè)的位置;在已存在建筑設(shè)施下進(jìn)行施工時，不需要搬移或?qū)ㄖ镉休^大的改動;
因原來的地下管線資料殘缺不全，導(dǎo)致大規(guī)模的開挖直埋方式在很大幾率上會破壞大量的已有管線，導(dǎo)致城市中的停水/停電/停氣/通訊中斷/火災(zāi)和爆炸等事故，這些不良影響在非開挖技術(shù)中，將會大大減少;還包括其他很多間接的費用，比如交通改線費用/地面的復(fù)原費用/對市民生活的干擾成本/對環(huán)境的影響成本等，非開挖技術(shù)總能獲得一個綜合的最優(yōu)結(jié)果.如果施工時地下管線的管徑和埋深越大，這種優(yōu)勢越明顯，因為這種情況下開挖技術(shù)的成本更大.
非開挖施工的方案及措施一般流程：
現(xiàn)場勘查符合---鉆機設(shè)備選取---穿越曲線設(shè)計---鉆機進(jìn)場就位---鉆導(dǎo)向孔---擴孔---管線回拖---撤場(其技術(shù)范圍包括非開挖管線鋪設(shè)、非開挖管線替換和修復(fù)、管線檢測(非開挖的主要內(nèi)容包括頂管和水平導(dǎo)向鉆.
2、非開挖施工面臨的問題
很多大中城市，比如北京、上海等，由于歷史變遷、地形地貌變化和其他很多的人為因素，導(dǎo)致城市地下燃?xì)夤芫€表現(xiàn)出密/雜/老等特點，給管線的鋪設(shè)修復(fù)等工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)(另外，城市的快速發(fā)展，道路狀況也慢慢擁擠起來(路面一旦施工，交通很容易擁堵，會帶來很嚴(yán)重的不良社會影響和經(jīng)濟(jì)損失，但如果不盡早施工，一些老舊損的管線又會有破裂的危險，開挖直埋的方式很難解決的這個兩難問題，而非開挖技術(shù)就能輕松解決，因為它不需要地面開挖，不會擁堵交通，而且非開挖采用導(dǎo)向鉆系統(tǒng)進(jìn)行施工，速度快，能很快完成管線的修補工作。
非開挖技術(shù)敷設(shè)的地下管線集中了多種管線，且埋深大，管線又多為非金屬材料(非開挖施工中地下管線的探測問題，主要有以下幾個：
1、現(xiàn)有儀器的限制，市場上的一些地下管線探測儀器的探測深度目前還很小，一般低于5 m;"非金屬(如塑料)管材的突出問題是探測的困難，因為這種材料不像一些金屬管材，不具有導(dǎo)電導(dǎo)磁性，幾乎絕緣，影響竣工時的驗收測;
2、由于一些城市的地下空間開發(fā)早，而又沒有分層次進(jìn)行，造成非開挖的地下管線雜亂無章，過去的施工也由于探測的困難，缺少對應(yīng)管線的具體資料，這些都對地下管材的探測和施工造成了麻煩;另外，在越來越多的大型現(xiàn)代化城市中，非開挖技術(shù)施工占的比例越來越多，而由于管線改建#搬遷等，道路下面經(jīng)過了反復(fù)的施工鋪設(shè)管線，同時也因地質(zhì)沉降等，地下管線的實際情況與各管線施工單位提供的資料并不符合，這些都給非開挖施工管線探測帶來極大的不便。
非開挖施工是一種隱蔽方法，施工時并不能直接看到錯綜復(fù)雜的管線分布，如果不能通過其他方式明確探知到地下管線的空間分布情況，在進(jìn)行非開挖施工時就很容易破壞其他的地下管線，給人民帶來巨大的財產(chǎn)損失甚至生命危險，因此，在非開挖施工中，對地下管線的空間分布進(jìn)行探測具有重要的現(xiàn)實意義。
3、解決非開挖施工問題的思路
針對地下管線的探測問題，我們可以在施工時采取埋設(shè)金屬示蹤線的措施進(jìn)行解決。通過在地下管線位置進(jìn)行埋設(shè)，或者最好在所使用的塑料管材制造過程中，直接在管道上固化附加金屬線，這樣也能避免這些金屬示蹤線輕易扯斷，與目標(biāo)管線脫離(這樣就可以將非金屬材質(zhì)的地下線路映射為具有金屬材質(zhì)性質(zhì)(導(dǎo)電、導(dǎo)磁等)的線路探測時，在線路兩端建立信號井，對線路進(jìn)行通電，利用這些金屬材質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異作為主要物性，以電磁感應(yīng)理論為指導(dǎo)，對他們的電磁場變化規(guī)律進(jìn)行記錄觀測和研究，據(jù)此尋找地下非金屬管線;也可以利用地下管線與周圍環(huán)境的不同物理性質(zhì)對其進(jìn)行檢測。
4、非開挖管線的探測
在建立了包含金屬介質(zhì)的非金屬管道中，可以采用多種方法對這些地下管道的位置進(jìn)行探測。
4.1直流電法
直流電法和傳統(tǒng)的直流電阻率法基本原理相同，是以目的物與周圍環(huán)境導(dǎo)電性的不同為探測基礎(chǔ)的一類探測方法。管線中的金屬材質(zhì)依靠金屬中的自由電子導(dǎo)電，電阻率的大小取決于金屬本身的導(dǎo)電屬性(周圍的環(huán)境(土壤等介質(zhì))則依靠顆粒空隙中的水溶液離子導(dǎo)電，電阻率取決于土壤中的離子濃度#濕度等(一般情況下，金屬管線的電阻率值較低，周圍介質(zhì)的電阻率值較高(直流電法就利用金屬管線與周圍土壤的電阻率差異來探測地下管線。
在地面以上利用人工震源進(jìn)行激震時，激震點處會產(chǎn)生彈性震動對附近的土層產(chǎn)生影響，并形成彈性波(即地震波)向四周擴散，在地下傳播的地震波遇到不同彈性介質(zhì)的分界面時(比如非金屬管材和周圍地層之間的分界面)，會出現(xiàn)波動的反射、折射和透射等現(xiàn)象，探測者可以根據(jù)地下傳播的這些波動信息，進(jìn)行分析，研究波動的傳播規(guī)律，從而確定地下管道的存在位置(在地下管線的探測中，常用的技術(shù)是瑞雷波法(面波法)，它主要是根據(jù)地下管道與周圍介質(zhì)間不同的波動傳播速度，測量不同頻率波的傳播速度，以此計算地下管線的位置。如果探測埋設(shè)較深而且口徑較大的金屬或非金屬管道，可以采用這種方法獲得一個良好的結(jié)果。
在地下管線埋設(shè)相對復(fù)雜的地區(qū)，可能單一的技術(shù)使用并不能或者比較難判斷出管線的埋設(shè)情況，這時就可以采用多種物探方法，對同一片區(qū)域進(jìn)行探測，以提高對地下管線的分辨能力和探測結(jié)果的可靠度(從現(xiàn)在地下管線探測的應(yīng)用情況看，探測技術(shù)將朝著多種頻率和多種方法綜合的探測技術(shù)方向發(fā)展，然后很可能產(chǎn)生單一的管網(wǎng)定位技術(shù)
(與此同時，我們不僅要提高地下管線的探測能力，使用多頻率#多探頭的綜合探測方法，還要完善規(guī)范國內(nèi)的非開挖技術(shù)文檔等(另外，還要盡快研制出更好的符合我國國情的非開挖儀器，到目前為止，我國使用的一系列非開挖儀器還是由國外的一些公司生產(chǎn)制造的，這嚴(yán)重限制了非開挖技術(shù)在我國的發(fā)展和普及(同時，還應(yīng)利用信息時代的優(yōu)勢建立城市地下綜合管線數(shù)據(jù)庫，能夠比較清晰地記錄管線的情況，這也將能引領(lǐng)非開挖技術(shù)走向一個新的臺階。
1、非開挖技術(shù)的優(yōu)點
相對于傳統(tǒng)開挖施工技術(shù)，非開挖施工技術(shù)的優(yōu)點如
(1)保護(hù)環(huán)境(施工噪聲小，粉塵量少，不會阻礙交通，能保護(hù)綠地植被，保證商店等企事業(yè)單位的正常運作和居民的正常生活
(2) 所受限制少(受季節(jié)或者地下水位的影響少，并且由于輔助設(shè)施減少，具有周期短#人員少#成功率高等優(yōu)點;對已存在的建筑物或者古跡，施工時不需要進(jìn)行搬遷或破壞極少
(3)安全性好(因非開挖技術(shù)施工時地面無需開槽，且會對地下工程進(jìn)行加固防護(hù)，可以起到保護(hù)設(shè)備和人員的安全作用
(4)綜合成本低(非開挖技術(shù)因以下方面的作用，能降低很大一部分相對于開挖直埋的成本：施工時不需要將施工地點的所有土地都挖出直到管線鋪設(shè)的位置;在已存在建筑設(shè)施下進(jìn)行施工時，不需要搬移或?qū)ㄖ镉休^大的改動;
因原來的地下管線資料殘缺不全，導(dǎo)致大規(guī)模的開挖直埋方式在很大幾率上會破壞大量的已有管線，導(dǎo)致城市中的停水/停電/停氣/通訊中斷/火災(zāi)和爆炸等事故，這些不良影響在非開挖技術(shù)中，將會大大減少;還包括其他很多間接的費用，比如交通改線費用/地面的復(fù)原費用/對市民生活的干擾成本/對環(huán)境的影響成本等，非開挖技術(shù)總能獲得一個綜合的最優(yōu)結(jié)果.如果施工時地下管線的管徑和埋深越大，這種優(yōu)勢越明顯，因為這種情況下開挖技術(shù)的成本更大.
非開挖施工的方案及措施一般流程：
現(xiàn)場勘查符合---鉆機設(shè)備選取---穿越曲線設(shè)計---鉆機進(jìn)場就位---鉆導(dǎo)向孔---擴孔---管線回拖---撤場(其技術(shù)范圍包括非開挖管線鋪設(shè)、非開挖管線替換和修復(fù)、管線檢測(非開挖的主要內(nèi)容包括頂管和水平導(dǎo)向鉆.
2、非開挖施工面臨的問題
很多大中城市，比如北京、上海等，由于歷史變遷、地形地貌變化和其他很多的人為因素，導(dǎo)致城市地下燃?xì)夤芫€表現(xiàn)出密/雜/老等特點，給管線的鋪設(shè)修復(fù)等工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)(另外，城市的快速發(fā)展，道路狀況也慢慢擁擠起來(路面一旦施工，交通很容易擁堵，會帶來很嚴(yán)重的不良社會影響和經(jīng)濟(jì)損失，但如果不盡早施工，一些老舊損的管線又會有破裂的危險，開挖直埋的方式很難解決的這個兩難問題，而非開挖技術(shù)就能輕松解決，因為它不需要地面開挖，不會擁堵交通，而且非開挖采用導(dǎo)向鉆系統(tǒng)進(jìn)行施工，速度快，能很快完成管線的修補工作。
非開挖技術(shù)敷設(shè)的地下管線集中了多種管線，且埋深大，管線又多為非金屬材料(非開挖施工中地下管線的探測問題，主要有以下幾個：
1、現(xiàn)有儀器的限制，市場上的一些地下管線探測儀器的探測深度目前還很小，一般低于5 m;"非金屬(如塑料)管材的突出問題是探測的困難，因為這種材料不像一些金屬管材，不具有導(dǎo)電導(dǎo)磁性，幾乎絕緣，影響竣工時的驗收測;
2、由于一些城市的地下空間開發(fā)早，而又沒有分層次進(jìn)行，造成非開挖的地下管線雜亂無章，過去的施工也由于探測的困難，缺少對應(yīng)管線的具體資料，這些都對地下管材的探測和施工造成了麻煩;另外，在越來越多的大型現(xiàn)代化城市中，非開挖技術(shù)施工占的比例越來越多，而由于管線改建#搬遷等，道路下面經(jīng)過了反復(fù)的施工鋪設(shè)管線，同時也因地質(zhì)沉降等，地下管線的實際情況與各管線施工單位提供的資料并不符合，這些都給非開挖施工管線探測帶來極大的不便。
非開挖施工是一種隱蔽方法，施工時并不能直接看到錯綜復(fù)雜的管線分布，如果不能通過其他方式明確探知到地下管線的空間分布情況，在進(jìn)行非開挖施工時就很容易破壞其他的地下管線，給人民帶來巨大的財產(chǎn)損失甚至生命危險，因此，在非開挖施工中，對地下管線的空間分布進(jìn)行探測具有重要的現(xiàn)實意義。
3、解決非開挖施工問題的思路
針對地下管線的探測問題，我們可以在施工時采取埋設(shè)金屬示蹤線的措施進(jìn)行解決。通過在地下管線位置進(jìn)行埋設(shè)，或者最好在所使用的塑料管材制造過程中，直接在管道上固化附加金屬線，這樣也能避免這些金屬示蹤線輕易扯斷，與目標(biāo)管線脫離(這樣就可以將非金屬材質(zhì)的地下線路映射為具有金屬材質(zhì)性質(zhì)(導(dǎo)電、導(dǎo)磁等)的線路探測時，在線路兩端建立信號井，對線路進(jìn)行通電，利用這些金屬材質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異作為主要物性，以電磁感應(yīng)理論為指導(dǎo)，對他們的電磁場變化規(guī)律進(jìn)行記錄觀測和研究，據(jù)此尋找地下非金屬管線;也可以利用地下管線與周圍環(huán)境的不同物理性質(zhì)對其進(jìn)行檢測。
4、非開挖管線的探測
在建立了包含金屬介質(zhì)的非金屬管道中，可以采用多種方法對這些地下管道的位置進(jìn)行探測。
4.1直流電法
直流電法和傳統(tǒng)的直流電阻率法基本原理相同，是以目的物與周圍環(huán)境導(dǎo)電性的不同為探測基礎(chǔ)的一類探測方法。管線中的金屬材質(zhì)依靠金屬中的自由電子導(dǎo)電，電阻率的大小取決于金屬本身的導(dǎo)電屬性(周圍的環(huán)境(土壤等介質(zhì))則依靠顆粒空隙中的水溶液離子導(dǎo)電，電阻率取決于土壤中的離子濃度#濕度等(一般情況下，金屬管線的電阻率值較低，周圍介質(zhì)的電阻率值較高(直流電法就利用金屬管線與周圍土壤的電阻率差異來探測地下管線。
在地面以上利用人工震源進(jìn)行激震時，激震點處會產(chǎn)生彈性震動對附近的土層產(chǎn)生影響，并形成彈性波(即地震波)向四周擴散，在地下傳播的地震波遇到不同彈性介質(zhì)的分界面時(比如非金屬管材和周圍地層之間的分界面)，會出現(xiàn)波動的反射、折射和透射等現(xiàn)象，探測者可以根據(jù)地下傳播的這些波動信息，進(jìn)行分析，研究波動的傳播規(guī)律，從而確定地下管道的存在位置(在地下管線的探測中，常用的技術(shù)是瑞雷波法(面波法)，它主要是根據(jù)地下管道與周圍介質(zhì)間不同的波動傳播速度，測量不同頻率波的傳播速度，以此計算地下管線的位置。如果探測埋設(shè)較深而且口徑較大的金屬或非金屬管道，可以采用這種方法獲得一個良好的結(jié)果。
在地下管線埋設(shè)相對復(fù)雜的地區(qū)，可能單一的技術(shù)使用并不能或者比較難判斷出管線的埋設(shè)情況，這時就可以采用多種物探方法，對同一片區(qū)域進(jìn)行探測，以提高對地下管線的分辨能力和探測結(jié)果的可靠度(從現(xiàn)在地下管線探測的應(yīng)用情況看，探測技術(shù)將朝著多種頻率和多種方法綜合的探測技術(shù)方向發(fā)展，然后很可能產(chǎn)生單一的管網(wǎng)定位技術(shù)
(與此同時，我們不僅要提高地下管線的探測能力，使用多頻率#多探頭的綜合探測方法，還要完善規(guī)范國內(nèi)的非開挖技術(shù)文檔等(另外，還要盡快研制出更好的符合我國國情的非開挖儀器，到目前為止，我國使用的一系列非開挖儀器還是由國外的一些公司生產(chǎn)制造的，這嚴(yán)重限制了非開挖技術(shù)在我國的發(fā)展和普及(同時，還應(yīng)利用信息時代的優(yōu)勢建立城市地下綜合管線數(shù)據(jù)庫，能夠比較清晰地記錄管線的情況，這也將能引領(lǐng)非開挖技術(shù)走向一個新的臺階。
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