广州地下管线普查技术总结.docx
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广州地下管线普查技术总结
广州地下管线普查技术总结
广州市地下管线普查
技术总结
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二○一二年十一月
广州市地下管线普查
技术总结
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二○一二年十一月
广州市地下管线普查
技术总结
项目编号：
******
编写单位：
************************（章）
编写人：
（工程师）
审核人：
（高级工程师）
审定人：
（高级工程师）
总工程师：
（教授级高工）
总经理：
（教授级高工）
************************
二○一二年十一月
一、工程概况
1、工程目的与任务
为满足广州市城市规划、建设与基础管理工作的要求，完善广州市地下管线计算机信息动态管理系统，******（以下简称“乙方”）受广州市规划局（以下简称“甲方”）的委托，对位于广州市天河区火炉山一带面积为16km2的77测区内的地下管线进行普查。
按《广州市地下管线普查技术规程》2011年修订版（简称《规程》）等有关标准。
应用综合物探方法（包括地质雷达）对地下综合管线（包括给水、排水、电力、通讯、煤气及工业管道等）进行探测，查明地下管线[给水管径内径≥100mm、排水（含雨水、污水，方沟≥400mm×400mm、管道内径≥300mm）、电力（电压>380V）、通讯（全测）、工业管道（全测）]的平面位置、埋深（高程）、走向、性质、规格、材质和权属单位；并测绘1:
500地下管线图（综合地下管线图），最后提交符合建立地下管线计算机信息动态管理系统的计算机格式数据，以建立科学、准确、完整的档案管理系统。
广州市地下管线普查（2012年）项目77测区（火炉山），测区面积为16平方公里。
测区范围：
北至龙洞，东至凌塘，南至棠下，西至元岗。
测区内主要道路有广园快速路、天源路、科韵路、长兴街、华观路、广汕公路等。
测区内包含汇景花园、乐意居花园、岑村小区等多个居民小区和华南植物园、岑村火炉山森林公园两个公园。
涉及1:
2000图幅：
36-46-17、36-46-18；36-46-19、36-46-20、32-46-1、32-46-2、32-46-3、32-46-4、32-46-6、32-46-7、32-46-8、32-46-11、32-46-12、32-46-15、32-46-16、32-46-19、32-46-20、28-46-3、28-46-4、36-42-20共计20幅 。
2、工程的作业范围
图1：
77测区地下管线普查项目作业范围示意图
3、地球物理特征及地下管线概况
（1）测区地球物理特征
1）金属管线与周围介质具有明显的电性差异。
测区内管线多为金属材质，分布在主要道路及其它主要干道上，为水泥、沥青或土质所覆盖。
金属管线具有很好的导电性，与周围高阻介质之间有明显的电性差异，这种差异是用电磁波法探测金属地下管线的物性基础。
2）测区内部分燃气管线及给水管线的材质为非金属材料。
非金属管线多以坚硬均匀的物质构成。
如水泥管、PE管等，与周围松散、硬度不一的介质之间存在着介电常数（ε）差异，利用高频电磁波法（雷达）可达到探测非金属管线的目的。
3）高阻金属管线与周围介质在一定条件下亦能呈现电性差异。
电性较好的金属管之间用绝缘物（垫圈）隔开或锈蚀严重的金属管，其在一定情况下表现出高阻现象，但采用穿透性较好的高频电磁波法能有效的分辨其与周围介质的电性差异。
总之，本测区地下管线与周围介质存在明显的物性差异，具备用物探方法施工的前提条件。
（2）地下管线概况
测区内分布的管线有给水、排水、燃气、电力、通讯等，其概况如下：
（1）给水管线：
主输水管线大路上，口径为管径较大的钢管和水泥管，埋深一般在0-3m之间，局部因道路改造埋深较大，大多分布在道路两侧的绿化带内；支输水管线主要为300mm、200mm、150mm、100mm的铸铁管、球墨铸铁、PE管等，埋深一般在0.5-2m之间。
（2）排水管道：
包括雨水管线、污水管线和雨污合流管线；其材质为“砼、塑料”；多数以直埋方式埋设，主要敷设在各种道路下。
（3）燃气管线：
包括天然气管线、煤气管线。
本测区主要为天然气管线，大口径天然气管道，材质为钢管，多为直埋，局部过路地段采用顶管或定向钻方式穿越；支管道大部分为PE管材，埋深1m左右，对探测工作有一定难度。
（4）电力管线：
即供电管线，其材质为“铜”；分布在道路及两侧的人行道上，以套管或直埋方式埋设。
（5）通讯管线：
包括中国电信、中国移动、中国联通、中国网通、中国吉通、中国盈通、军用、广播电视管线、保密，其材质为“铜、光纤”；主要分布在道路两侧的绿化带内或人行道上，分支较多，多以管块或套管方式埋设，窨井中部分有积水，对实施探测有一定影响。
4、开、竣工日期
本工程分两期进行：
第一期范围包括犀牛村、岑村、科韵路等区域，第二期范围包括天源路为主区域。
于2012年6月10日进入施工现场，2012年8月20日完成外业工作，2012年8月27日完成第一期成果资料整理工作及三级检查工作，2012年9月11-12日完成第一期成果资料外业监理检查，2012年9月28日通过第一期成果验收。
第二期成果资料于10月27日整理完成，2012年11月2日完成三级检查工作，2012年11月18-19日完成第二期成果资料外业监理检查，11月23日提交全部第二期成果资料。
5、实际完成的工作量
本测区完成的工作量为：
探测管线点11254个，其中调查明显管线点为5423个，隐蔽管线点为5831个；涉及1：
500综合管线图86幅；管线长度为222.703公里。
完成控制点147个（其中GZCORS-RTK三级控制点4个、GZCORS-RTK图根控制点115个，图根导线点28个）。
管线探查工作量见表1：
管线探查工作量统计表。
管线探查工作量统计表表1
管线种类
明显管线点
（个）
隐蔽管线点（个）
管线长度
（km）
备注
给水
315
1083
26.364
排水
2440
46.532
含雨水Y，污水W
燃气
31
297
9.619
电力
506
396
15.599
通讯
2131
4055
124.589
合计
5423
5831
222.703
二、作业技术依据
1、作业标准
（1）《广州市地下管线普查技术规程》（广州市规划局编-2011修），以下简称《规程》；
（2）《城市工程地球物理探测规范》CJJ7-2007；
（3）《城市测量规范》CJJ/T8-2011，以下简称《规范》；
（4）《1:
500、1:
1000、1:
2000地形图图式》（广州市规划局编）（2011版），以下简称《图式》；
（5）《广州市地下管线普查补充规定》，以下简称《补充规定》；
（6）《广州市地下管线普查工程监理实施细则》，以下简称《监理细则》；
（7）《地下管线普查需提交的文件和成果资料》（后附）。
（8）本工程项目招投标文件、合同书
（9）《广州市地下管线普查（2012年）77测区（火炉山）技术设计书》（以下简称《设计书》），由******编写，广东省地质物探工程勘察院审核，广州市规划局审批。
2、坐标及高程的起算依据
测量坐标统一采用广州市平面坐标系统，中央子午线为东经113°，投影面为高斯平面，3度带投影；测量高程采用广州高程系统。
3、成图比例尺及成图规格
成图比例尺为1：
500，成图规格为50cm×40cm。
三、测区已有资料的情况
由广州市规划局协助收集如下资料：
1．平面、高程控制资料
测区没有收集到平面、高程控制资料。
经监理会议确定，使用广州市城市规划勘察设计研究院的GZCORS系统布设三级点或直接布设图根点，对无法进行GZCORS-RTK图根测量的区域，以周围布设的三级GZCORS点作为起算点进行图根导线测量。
2．本测区没有收集到管线调绘资料。
3．广州规划局提供1:
2000比例尺地形图作为测区踏勘、测量选点、物探工作的野外工作图使用。
4．本测区没有收集的1:
500基础地形图资料，按《规程》要求进行了带状地形图测量，该带状地形图作为管线图的背景地形图。
四、施工组织
图2：
77测区组织架构图
1、投入的人员
本工程项目共投入项目负责人1名，技术负责1名，质量总监1名；设物探专业、测量专业、内业专业负责各1名，物探检查3名、测量检查2名、安全员1名；配备物探组3个、测量组2个，内业组2个，总计25名。
详见图2“77测区组织架构图”。
2、投入的仪器设备
投入主要设备有：
管线仪、全站仪、GPS－RTK仪器、地质雷达、计算机、打印机、大型绘图仪、汽车及其它仪器设备共计29台套。
仪器清单详见表2：
“投入仪器设备情况一览表”。
投入仪器设备情况一览表表2
序号
仪器设备名称
型号规格
产地厂家
数量
备注
1
地下管线探测仪
RD4000
英国
1套
使用前自校
2
地下管线探测仪
RD8000
英国
2套
使用前自校
3
管线雷达
易捷
瑞典
1套
使用前自校
4
导航定位仪
GPS-RTK
美国
1套
使用gzcors系统
5
拓扑康全站仪
GTS-332N
日本
1套
见测量仪器鉴定证书
6
拓扑康全站仪
GTS-335N
日本
2套
见测量仪器鉴定证书
7
台式计算机
戴尔、TCL
美国/中国
8台
8
绘图仪
HP500
美国
1台
9
打印机
HP1320
美国
1台
10
汽车
金杯面包
中国
1部
11
控制网平差系统
清华山维NASE
中国
1套
12
GPS－RTK软件
FDC
美国
2套
13
地理信息系统软件
MAPINFOV7.0
美国
1套
14
地形图成图软件
CASS7.0
中国
3套
15
管线成图软件
Dolphin
中国
3套
自有
合计
29台套
五、地下管线普查作业流程及管线探查方法技术
1、作业流程
本测区管线普查工作内容包括已有资料收集与现场踏勘、控制测量、外业管线探查、管线测量、带状地形图测量、内业数据整理、检查验收、内业成果入库等几个阶段。
项目内部统一管理、统一技术要求。
以《规程》等技术标准规定为依据，结合实际生产过程，合理规范地下管线探测工序流程，对每一工序的探测结果严格执行技术标准，保证各工序过程成果的正确性。
本公司根据多年来进行的探测工程，结合ISO9001质量体系的运行，总结了一整套规范的地下管线普查的工序流程，详见图3：
作业流程图。
2、物探方法选择
根据《广州市地下管线普查（2012年）77测区地下管线普查项目物探方法试验及仪器检验报告》，本测区探测金属类管线主要采用电磁法，使用的仪器为RD系列管线探测仪；探测非金属管线和复杂地段的管线及疑难点主要采用电磁波法（即地质雷达探测法）、机械法等，使用主要仪器为地质雷达。
图3：
作业流程图
3、地下管线的实地调查
明显管线点的调查是通过开井、下井量取进行的，打开井盖用经检验过的钢尺量取管径、管顶（底）深度及其它需要调查的管线属性等数据，记录在管线点调查表中，当管线中心与井盖中心距离大于0.4米时管线中心与井盖中心同时定点。
对于一井多盖则在管线进出井的位置设立管线点，一般在管线点附近作标注。
为防止丢失，部分管线点还在其附近建（构）筑物上做栓点标记。
4、地下管线的仪器探查
在正式开展地下管线探查前，对投入本区工作的物探仪器在测区内进行了方法试验和仪器精度检验，验证了RD4000型地下管线探测仪和RD8000型管线探测仪在本地区开展地下管线探查的有效性。
探查过程中随时在已知点对平面位置、中心埋深进行验证，并将深度换算到管（块）顶埋深，记录在地下管线探查记录表“外顶（或内底）埋深”栏中，并根据地下管线探查记录表内容填写完整其它需要调查的属性数据。
每天作业前后检查仪器工作状态是否良好。
本次地下管线普查工作，对隐蔽的地下管线均采用物探方法进行探测，特殊地段辅以其它方法、手段。
（1）金属管线的探查方法
1）探测方法
测区内金属管线主要为给水管线、燃气管线、电力管线、通讯管线等，由于其具有良好的导电性，所以在外界干扰较小的地段，其异常值较容易从背景值中区分出来。
主要采用电磁感应法，使用管线探测仪进行探测。
根据方法试验在本测区内开展地下管线探测采用有源法探测较好；激发方式主要为直接连接、夹钳及感应方式。
在盲区或重要复杂地段探查管线时，采用主动源感应法及被动源法进行搜索，搜索方法分平行搜索法及圆形搜索法，发现异常后宜用主动源法进行追踪精确定位、定深。
探查金属管道和电缆，应根据管线的类型、材质、管径、埋深出露情况、地电环境等因素，按下列规定选择探查方法：
A.金属管道，主要采用直接法、夹钳法及感应法；
B.接头为高阻体的金属管道，采用感应法、夹钳及地质地雷达法。
C.管径（相对埋深）较大的金属管道，采用直接法、感应法及地质雷达法。
D.埋深（相对管径）较大的金属管道，采用功率大、频率低的直接法或电磁感应法。
E.电力电缆，采用被动源工频法进行搜索初步定位，然后用主动源法精确定位、定深。
当电缆有出露端时，采用夹钳法。
F.通信电缆和照明电缆，采用夹钳法。
G.管线复杂或埋深较大时，采用剖面观测方法，并进行反演计算，求取位置和埋深参数。
2）水平定位及测深技术
由电磁场理论可知，发射低频电磁波衰减较慢，传播距离远，对周围管线感应小，在连续导电的金属管线上效果较好。
发射高频电磁波衰减快，传播距离近，穿透能力强，在连续性不好的金属管线上探测效果较好。
由于市区内各种通讯、电力电缆、无线电台等形成较复杂的电磁波干扰，且各种金属管线相互影响，在其周围存在着不同频率不同强度的电磁场。
为了克服上述干扰，除选择最佳工作频率外，还应采取如下工作方法及技术：
A．消除偶然误差。
用管线探测仪探测管线时，首先确定管线走向平面位置及埋深，然后沿走向方向旋转180°再确定管线的走向平面位置及埋深，两次所探结果误差小于3厘米，取平均值，若两次所测结果误差大于3厘米小于6厘米，再进行重复探测，使结果满足误差小于3厘米为止。
若两次所测结果误差大于6厘米，及时找出原因或更换仪器，利用旋转探测法消除仪器的偶然误差。
采用地质雷达用反射波法，完成一个剖面后，发射天线与接收天线对调，再重复观测一次，其探测结果取两次探测异常点中心，有效地消除了偶然误差。
B．提高观测精度。
探测埋深相同或埋深不同而距离较近的两条或多条管线时，由于管线异常难以区分，定位、定深失真较大。
为了解决这些问题，除了尽量用低频外，采用了多种探查方法进行探查，如：
旁侧感应法、垂直偶极子压线法等。
外业操作人员时刻牢记可能会出现的偏差趋向问题，并结合测区的地电条件，在探测过程中进行了适时修正，以达到《规程》要求精度。
3）鉴于地下管线种类繁多，且密集，车、人流量大，环境复杂，因此探测时综合考虑探测方案。
由于地质结构的差异和管线密集区互相干扰的程度不同，在进行不同类型管线探查时所采用的方法不尽相同。
主要采用以下几种方法分别对不同类型的管线进行探查。
平行金属管线：
区分两条或两条以上平行金属管线时，采用了直接法或夹钳法，通过分别对各条管线施加信号来加以区分。
在采用电磁感应法时，通过改变发射装置的位置和状态以及发射的频率和功率，分析信号异常的强度和宽度等变化特征加以区分。
（2）非金属管线的探查
测区内非金属管线主要是燃气管线（PE材质）、部分给水管线（砼或PE管等）、无金属骨架的光纤电缆及排水管线等。
对非金属管线探测主要方法：
在目前的技术条件下，采用以地质雷达为主的综合探测方法及技术，并应加大开挖验证工作的力度。
1）钢筋混凝土管道采用高频率电磁感应法，并加大发射功率、缩短收发距离（应注意近场源影响）；
2）对采用非开挖敷设的PE等给水、煤气塑料管，有示踪线按金属管线的探测方法执行，否则根据施工成果资料，用虚线表示。
3）地质雷达探测法：
地质雷达原理：
根据非金属的管径及埋深选择地质雷达（GPR）的工作频率以得到最佳响应，同时应注意到介质不均匀性对目标物信号的干扰，移动剖面位置有时可得到理想效果。
地质雷达方法是一种以地下不同介质的介电常数差异为基础的物理探测方法。
发射天线发射的高频电磁波（主频为数十兆赫至数百兆以至千兆赫）以宽频带短脉冲形式,由地面通过发射天线T送入地下,此脉冲波在向地下传播过程中遇到不同介电常数的物质之间的界面时反射回来，接收天线R所接收到反射回来的电磁波经过信号和图像处理后在显示器上显示出来，从而确定地下状况和地下目标。
脉冲波的行程需时t=
，当地下介质中的波速v为已知时,根据测到的t（ns）值，由上式求得反射界面的深度h（m）。
图4：
地质雷达原理图
其探测方法是垂直管线布设剖面，逐点观测，取得来自被探目标体的反射回波图形。
地质雷达用反射波法，完成一个剖面后，发射天线与接收天线对调，重复工作，其探测结果取两次探测异常点中心，能够有效地消除偶然误差。
采用地质雷达探测时，选用了与探测对象的埋深和管径相匹配的天线频率，设置合适的探测参数。
4）机械法：
有条件的地方采用开挖和钎探对管线准确定位定深。
5）向权属单位尤其是向直接参与敷设管线的人员了解管线的分布情况，帮助定点。
5、管线点编号及标注
（1）为保证在管线探测成果验收前不毁失、不移位和易于识别，对隐蔽管线点在水泥路面刻“+”，在沥青路面打入钢钉，在软土路面打入木桩；除在管线点附近作标注外必要时还在其附近建（构）筑物上做拴点标注。
明显管线点标注在管线点的中心部位，其它标注内容同隐蔽管线点。
（2）外业编号按《规程》要求执行；
各类物探管线编号：
管线子类代码+序号。
但由于通信类管线权属单位较多，按照监理会议纪要规定对代码进一步细化即电信—DD、联通—DL、移动—DY、省有线—DX、珠江数码—DS、盈通—DE、网通—DW。
管线点序号从1开始，如普通给水管线点编号可为JJ1、JJ999等，同一测区管线的外业编号唯一。
6、接边管线点的探查
（1）小组图幅接边：
各作业小组图幅接边探测时均作了超幅探测，以保证管线的拐弯点及管线不被遗漏。
（2）测区外图幅接边：
图外管线点探测到区外10米左右，作工区外接边，测区外管线点不标示在最终成果图上。
六、地下管线测量
地下管线测量测量作业包括控制测量、地下管线点测量、带状地形图测量。
1、控制测量
本次控制测量采用GZCORS-RTK测量进行。
控制点选在通视良好，易于保存且不影响交通的道路口及人行道上。
控制点的埋设是用钢钉打入沥青路面或在水泥路面上刻“十”字作为标志。
控制点编号由6位数组成。
GZCORS-RTK控制点编号为：
普查区序号+“R”+三位数序列号（如77R001代表77测区图根级CORS点第001号控制点）。
（1）GZCORS-RTK控制测量
GZCORS-RTK图根控制测量按《GZCORS-RTK城市测量技术规程》执行。
GZCORS-RTK全称为“广州市连续运行卫星定位城市测量服务综合系统”。
它是广州市城市规划局立项，由广州市城市规划勘测设计研究院采用虚拟参考站（VRS）技术所建立的，覆盖广州市行政区域的综合性城市CORS服务系统。
本测区共布设控制点147个（其中GZCORS-RTK三级控制点4个、GZCORS-RTK图根控制点115个，图根导线点28个），控制点的分布密度,完全满足本测区测量的数据采集要求。
图根控制测量使用THALES型GPS-RTK接收机进行观测,并配以电子手簿记录。
对野外的观测数据,经过内业检查无误、计算结果和各种精度指标达到相应的技术规程要求。
为保证测区内GZCORS-RTK图根控制点的精度，我们按照《GZCORS-RTK城市测量技术规程》进行了已知点检核、GZCORS-RTK控制点二次初始化测量成果对照检查、GZCORS-RTK控制点角度检核、GZCORS-RTK控制点全站仪边长、高差检核和GZCORS-RTK控制点重复测量检查对照。
详见测区GZCORS-RTK控制测量相关资料。
（2）图根导线控制测量
本次图根导线测量是以三级GZCORS点作为起算点进行，使用拓扑康GTS-332N全站仪测量了一条附合图根导线和两条支导线，共计28个图根导线点。
其精度如下：
1）图根导线77R408-77R430导线总长1.186km，平均边长为57.89米，平差结果如下：
A.高程平差结果：
fixed（M）:
0.046，relat（M）:
0.04，最大点位误差=0.009770米，最大点间误差=0.008563米；
B.平面平差结果：
最大点位误差=0.00795米，最大点间误差=0.00519，最大边长比例误差=1/14900。
2）77R080-77R083支导线平差结果如下：
A.高程平差结果：
最大点位误差=0.01509米，最大点间误差=0.00990；
B.平面平差结果：
最大点位误差=0.00993米，最大点间误差=0.00414，最大边长比例误差=1/65300。
3）77R084-77R085支导线平差结果如下：
A.高程平差结果：
最大点位误差=0.00259米，最大点间误差=0.00252米；
B.平面平差结果：
最大点位误差=0.00053米，最大点间误差=0.00046，最大边长比例误差=1/161200；
由此可见以上图根导线测量精度均满足《广州市地下管线普查技术规程》要求。
2、管线点测量
地下管线点测量是管线点探查作业完成后，由探测工序提供一份探测管线草图，图上标注有管线预编号、管线走向、位置及连接关系等，这是开展管线测量的依据。
各种管线点均以拓普康全站仪采集数据。
距离观测两次读数取中计算，水平角、垂直角各观测半测回。
在测量过程中，所有管线点均是全野外数字采集,隐蔽点以“⊕”字为中心，明显点以物探人员标明的位置为中心进行观测，测量时有汽泡的棱镜杆立于中心，并使汽泡严格居中，以保证观测数据的准确性。
每一测站均对已知点进行站与站之间的检查及对已测点进行检查，记录其两次结果的差值作为检查结果，确保控制点和定向的正确性。
每天均将所测管线点通入计算机，并建立管线点坐标库。
然后合并物探属性库和测量坐标库，利用自动成图软件生成管线草图，以便及时修正。
将管线图形处理完成以后,打印出第一次草图，供现场巡视和检查，在现场发现问题，及时调绘和补测注记于草图上，然后在计算机内修改。
3、带状地形测量
利用数字化成果，采用全站仪全野外数字测量法，对测区范围内的带状地形进行数字测量，以保证管线背景地形测图成果的真实性、可靠性、现势性。
工作内容包括地形外业测量、图形编绘等，作业方法执行本项目的技术设计书的有关规定。
七、内业资料整理
1、数据处理平台的说明
数据处理平台使用我公司自主开发的《地下管线数据处理系统》，对采集的数据进行数据录入、管线成图、查错修改后，输出甲方要求的数据格式。
《地下管线数据处理系统》采用CAD作为平台，经二次开发具有功能强大、操作方便、界面友好、易学易用、接口灵活的特点。
2、数据录入
为满足地下管线计算机信息管理系统的需要，按照《规程》成果数据提交的要求，利用管线建库软件，将测区内地下管线探测成果输入计算机建立各类管线的属性表。
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