非开挖电缆路径探测方法探讨

非开挖电缆路径探测方法探讨

许俊州

国网浙江杭州市萧山区供电有限公司浙江杭州311200

摘要：随着城市施工的大面积开展，各类开挖和钻探对电缆线路的安全运行造成极大的威胁，准确掌握非开挖电缆的路径，并对施工单位进行安全交底，具有非常重要的意义。

关键词：电缆线路；地下管线；探测方法；信号干扰

前言

近年来，非开挖技术在国内得到了广泛的应用，在许多道路、河流、建筑物等地方，大量使用非开挖技术敷设电缆，由于非开挖技术的特殊性，非开挖电缆的埋深都相对比较大，电缆埋设深度经常超过5米，甚至超过10米，而且非开挖用的PVC管在地底下是裸露的，容易受到外力的破坏。电力电缆管线位置和埋深不清楚给电缆的运维和国家工程建设带来了很大的安全隐患。准确掌握非开挖电缆的路径，并对施工单位进行安全交底，具有非常重要的意义。但是采用非开挖技术敷设的电缆具有深度大、多根电缆并行、周边管线较多等特点，常规的电缆路径探测技术不能满足开挖和钻探等施工的要求，非开挖电缆路径探测成为电力电缆运维管理工作重大难题。在现有电缆路径探测技术的基础上研究电缆路径探测技术，研究非开挖电力电缆路径的探测和定位，为电缆运行维护提供准确的电缆水平位置和深度信息，降低运行维护成本，提高电缆安全运行的可靠性，并为电缆路径探测提供理论指导和有效的技术支撑。

1、目前常用的电缆路径探测技术

电缆路径探测方法技术包括施加信号、电缆定位和深度测量3个方面。

1.1施加信号方法

电缆路径探测施加信号方法主要有直接连接法和夹钳法两种。

1.2电缆定位方法

定位方法主要有峰值法、谷值法（导向箭头指示）和目标管线影像显示3种。

峰值法是使用水平线圈检测信号强度，是最常用最直观的电缆定位方法，根据接收机检测到的信号强度大小判断电缆的平面位置，信号最大的位置对应电缆在地面的投影位置。

谷值法是使用垂直线圈检测信号强度，线圈在电缆正上方时信号为零。在这种模式下屏幕有电缆位置箭头指示。

目标管线影像显示是美国RIDGIDSR-20地下管线探测仪特有的定位方式。通过8个立体天线综合分析各个天线检测到的信号的强度和相位关系，以图形的方式直观地显示目标管线的位置。

1.3深度测量方法

深度测量主要有直读法、70%法和45°法3种。

直读法是根据接收机上下两个天线接收到的信号强度的大小关系计算出电缆的深度。

70%法是英国雷迪地下管线探测仪独有的深度测量方法，在管线两边检测到的信号强度为正上方的70%的两个点之间的距离等于电缆的深度。

45o法是指当线圈距离管线正上方距离等于深度时，磁场的方向与地面之间的角度为45o，美国RIDGIDSR-20地下管线探测仪屏幕的右上方会实时信号方向的角度值。

2.非开挖电缆路径探测遇到的问题

当前使用的地下管线探测仪和各种方法技术，可以解决一般的电缆路径探测问题，但对于近年来越来越多的非开挖电缆的探测问题，还是遇到很大的困难。非开挖电缆路径探测遇到的主要问题：

2.1电缆深度大，超出了现有仪器的探测范围。

2.2用常规的方法给电缆施加信号，由于电流太小，接收机无法检测到有效的信号。

2.3管线复杂，干扰严重，无法正确地判断目标电缆。

2.4电缆路径探测的精度不能满足施工和设计的要求。

背景结论：现有的管线探测方法不能满足非开挖电缆路径探测要求，外部环境对电缆路径要求越来越高。因此，必须研究新的电缆路径探测方法，来解决非开挖电缆路径探测问题。

3、电缆路径探测新思路

在深刻研究管线探测的目前发展现状基础上，针对非开挖电缆的特点和探测过程遇到的问题，提出探头示踪法、单线圈剖面法、孔中天线法、电流深度联合计算法、多信号夹钳法、大电流低频率直接连接法等管线探测方法。从以下几个方面来开展。

3.1探头示踪法

探头示踪法是用穿线器或者其它方法把一个特定频率的信号探头送入电力电缆的预留管道内，通过仪器探测示踪探头的位置和深度从而确定管道的位置和埋深。常规的地下管线探测仪用于金属管线的探测，不能探测非金属管线，对于导电性较差的或者深度太大的光缆和电缆路径探测效果也不好。探头示踪法可以解决有开口的非金属管线，以及导电性不好或者深度太大的光缆和电缆的探测问题。

3.2多信号夹钳法

多信号夹钳法用于深度比较大（小于6米）多根电力电缆的探测，多根电缆在探测的过程中，如果只对其中一根电缆施加定位信号，其它电缆的信号电流与目标电缆的信号电流方向相反，会对目标电缆的信号形成干扰。通过使用多个多夹钳发射机，用多个信号夹钳同时给每条电缆施加相同频率、相同相位、相同强度的定位信号，各条电缆信号电流的方向相同，形成相叠加，从而达到增强信号减少干扰的目的。

3.3大电流低频率直接连接法

目前的地下管线探测仪大多都采用双水平线圈模式，检测目标管线上信号电流产生的磁场强度的水平分量的垂向差值ΔE。

图1双线圈模式

下面一个线圈贴近地面，检测Eb，上面的线圈检测Et，x为两线圈之间的距离，d为管线的深度，当接收线圈在管线的正上方时：

可以看出仪器检测到的信号强度与电缆的深度的平方成反比，与电缆的信号电流大小成正比，当电缆的深度增大时，信号强度以平方的速度衰减，深度太大时会导致接收机不能有效地探测到目标电缆。要提高地下管线探测仪的探测深度只有通过增加电缆的信号电流。

在仪器接收灵敏度和干扰信号大小不变的情况下，探测深度要增加到2倍，目标电缆信号电流大概要增大到4倍，在回路电阻不变的情况下仪器的输出功率大概要增大到16倍。

3.4单线圈剖面法

为了提高设备的抗干扰能力，目前的地下管线探测仪都是采用双水平线圈探测模式，检测的是目标管线上信号电流产生的磁场强度的水平分量的垂向差值ΔE。线圈探测模式下，检测的是目标管线上信号电流产生的磁场强度的水平分量E。在管线的正上方时：

图2单线圈模式

可以看出，单线圈模式检测的磁场强度E大于双线模式检测的磁场强度ΔE，而且E的大小与管线的深度的成反比，ΔE的大小与管线的深度的平方成反比。也就是就说双线圈模式随着深度的变大信号强度的衰减速度更快。可以肯定的是在干扰不是很大的情况下，单线圈法探测深度比双线圈大。但是单线圈法只检测同一个位置的磁场强度的水平分量不能直接计算出管线的深度，只能使用剖面法计算管线的深度。

单线圈剖面法深度测量有50%法和80%法两种。

（1）50%法深度测量

用单线圈接收机做管线的横切剖面，检测到的信号强度为：

也就是说天线在管线两边距离管线正上方位置与深度相同时，信号强度为管线正上方的0.5倍，也就是50%，这就是单线圈剖面法的50%法深度测量。

（2）80%法深度测量

当x=0.5d时

也就是说天线在管线两边距离管线正上方位置为深度的0.5倍时，信号强度为管线正上方时的0.8倍，也就是80%，这就是单线圈剖面法的80%法深度测量。

3.5孔中天线法

管线的埋深越大探测的精度越低，对于埋深5米以上的地下管线，目前的地下管线探测仪的探测精度约为深度的±15%，对于一些对管线位置和深度精度要求高的情况，常规的探测方法不能满足施工的要求。

用勘探钻孔的方法在目标管线旁边钻探孔，把孔中天线放入探孔中，使孔中天线尽可能地接近目标管线，减少天线与目标管线的距离，从而提高管线探测的精度。

3.6电流深度联合计算法

对于非开挖电缆，通常中间的深度比较大，两边深度浅，一般有电缆井，在电缆井处的深度是已知，从而可以算出电缆上的信号电流大小，电力电缆有绝缘护层，当使用比较频率进行探时，在距离不大的情况下可以认为电流大小是恒定的，在中间比较深的地方可以通过用单线圈模式检测到的信号强度可以计算出电缆的深度。

在单线圈模式下，接收机检测到的信号强度为：

在管线正上方时，I为目标管线上的信号电流大小d为管线的深度

4、结束语

通过对探头示踪法、多信号夹钳法、孔中天线法、大电流低频率直接连接法等方法的分析研究，得出电缆路径探测新思路，并结合现场管理，通过对现场各种情况归纳总结，得出现场管理的新模式，实现非开挖电力电缆路径的探测和定位，保障电缆线路的安全可靠运行。

参考文献：

[1]国家行业标准：城市地下管线探测技术规程（CJJ61-2003/J271-2003）[S]

[2]国家行业标准：城市测量规范（CJJ8-99）[S]

[3]王勇，王永.综合物探方法在非开挖工艺敷设地下管线探测中的应用[J]测绘通报，2011（4）