管线定位仪在非金属管道探测中的应用：示踪法与声波法

供水管网的图纸上画着一条线，现场开挖下去却什么都没有，这类事在老旧城区并不少见。管线定位仪存在的意义，是让这条线从图纸落到地面上。金属管道好办，电磁感应法几十年下来已经很成熟，发射机加载一个信号，接收机循着二次场走，平面位置和埋深都能读出来。真正卡住现场的是非金属管道。

PE 管、PVC 管、混凝土管、陶瓷管，这些材质不导电，也谈不上被磁化，电磁感应法赖以成立的物理前提在它们身上并不成立。一条 DN200 的 PE 给水管埋在 1.5 m 深处，地面上看不出任何痕迹，探测仪沿着测线走过去，读数平平静静。这不是仪器不够好，是方法选错了。换了方法，读数便活了。

现行行业标准 CJJ 61-2017《城市地下管线探测技术规程》把这件事讲得很清楚。它自 2017 年 12 月 1 日起实施，是城市规划、建设及工程施工中地下管线探测的基础依据。第 5.3 节给出的方法选择顺序，正是本篇的主线。

一、探不到的根源在物理前提

电磁感应法的工作链条是这样的。发射机把交变电流送到目标管线上，管线作为导体产生二次电磁场，接收机通过线圈感应这个二次场，再按场强分布反推管线的平面位置与埋深。整条链的起点，要求目标体是连续的导电回路。

非金属管道把这一环直接掐断。PE 管本身便是绝缘体，施加上去的电流没有通路可走，二次场自然无从谈起。混凝土管稍好一些，内部的钢筋网能给出一点响应，但钢筋不连续、不接地，响应杂乱且不稳定。陶瓷管与素混凝土管几乎没有响应。

CJJ 61-2017 用三条硬门槛把这层意思框住了。一，目标管线与其周围介质之间有明显的物性差异。二，目标管线所产生的异常场有足够的强度，或者能从干扰场和背景场中清楚地分辨出来。三，经探查方法试验证明其有效，且探查精度应符合本规程第 3.0.8 条第 2 款的规定。

第三条门槛尤其容易被跳过。省了它，后面全白做。它的意思是，任何方法都不是拿来便可用，必须在现场已知的管段上先做一次方法试验，用实测结果证明这套参数在这片场地上确实有效，精度也确实能落在规程允许的区间里。跳过这一步得到的定位结果，无论用什么设备做出来的，都不能作为成果提交。这一步省不得。

二、规程给出的方法顺序

工作原则也有三条。从简单到复杂，方法有效、快捷，复杂条件下宜采用综合探查方法。第 5.3.3 条接着说，隐蔽管线点探查宜根据任务要求、探查对象及地球物理条件，按本规程附录 D 选用地球物理探查方法。

落到非金属管道上，第 5.3.5 条给的是这样一段。探查非金属管道时，宜采用探地雷达法、直流电阻率法或浅层地震法等，也可按下列条件选用其他方法。有出入口的非金属管道探查，宜采用示踪电磁法。钢筋混凝土或带金属骨架的管道探查，可采用磁偶极感应法。管径较大的非金属管道探查，除可采用探地雷达法外，还可根据工作条件采用直流电阻率法或浅层地震法等。

这段话里有两层意思值得分开读。前半句是常规推荐，把探地雷达放在非金属管道的首位。后半句是条件分支，其中关于有出入口的那一条专门给示踪法留了位置，前提只有一个，即管道有出入口。这一点常被忽略。

第 5.3.16 条把复杂条件又往前推了一步。埋深较浅的管线密集区域，可综合采用电磁感应法与探地雷达法。埋深较大的大口径非开挖管线，可采用弹性波法、直流电阻率法或示踪电磁法，也可配合井中磁梯度法。有出入口的小口径非开挖管线，可采用示踪电磁法。

注意末尾这一句。它把“小口径”和“有出入口”两个条件并在一起，说明在非开挖敷设、无法直接探查的场景里，只要还能找到出入口，示踪电磁法依然是可用的。这一条是示踪法在市政现场的立足点。边界也在这里。

三、示踪法的三条实施分支

示踪法不是单一动作，它是一类思路的统称。思路的内核是把一段导体送进或附在非金属管道上，让这条原本不导电的管线临时具备被激励、被追踪的能力。现场落到具体做法，常见的有三条分支。

随管敷设的示踪线，是走得通的一类做法。新建 PE 燃气管与给水管在敷设时同步埋入一根带绝缘外皮的金属线，线径与材质各地做法不同，用途是给日后的探测留一条通路。示踪线在检查井、阀门井或立管处引出，探测时发射机接到引出端上，信号沿示踪线传播，接收机循着信号走，走出来的轨迹即为管道走向。这条路的前提是图纸上要写明敷了示踪线，且引出端能被找到。

示踪探头是第二条路。管道有出入口但没敷示踪线时，可以把一个自带信号源的探头从检修口送入管内，靠水流推送或用推杆顶进，探头走到哪儿，地面的接收机便跟到哪儿。它的物理基础与示踪线那一支相同，区别在于导体是临时送进去的，不是预先埋好的。探头在管内卡住、遇到弯头过不去、水深不足推不动，都会让这一分支中途断掉。断在哪儿看不出来。

管道上已有的金属附属件，也能拿来当导体用。现场手上能碰到的钢制阀门、消火栓、水表接口及法兰，与管道刚性连通，本身又是导体，把发射机的夹钳夹上去，信号便沿金属件传到管道系统里。那次在老城区一排消火栓上试过，夹钳咬住栓体，接收机走到十几 m 外仍有稳定读数，作业面一下子铺开了。这一分支不需要预先埋线，也不需要开孔送探头，准备工作少，可它的覆盖面受附属件位置约束，两个消火栓之间的直埋段依然是一片空白。

三条分支共用一套实施规定，写在第 5.3.7 条里。采用直接法时，应保持信号施加点处的电性接触良好，接地电极应布设合理，且确保接地条件良好。采用夹钳法时，应确保夹钳套在目标管线出露端上，并保证夹钳接头形成通路。采用感应法时，应使发射机与目标管线耦合良好，接收机与发射机应保持合适的收发距，当周围存在干扰时，应确定并采取减小或排除干扰的措施。

三款对应三种加载方式，现场按手上能摸到什么来挑。直连法把信号直接加到目标导体上，信号强、选择性好，代价是必须有可接触的裸露端，且接地回路要完整，遇到干燥砂石地层，接地电阻大到信号建立不起来，只能先想办法降阻。夹钳法不用断开回路，把夹钳套在出露端即可，操作快，可管径超出夹钳口径时套不上去，这一款便作废。感应法完全不接触，靠发射机天线在空间里耦合，方便，实践中它也很容易把信号串到邻近管线上去，管线密集区用这一款，常常读到一个又宽又钝的峰值，谁也分不清是哪条管的。

四、三档频率背后的取舍

北京康高特（KGT）代理的西班牙 MERYTRONIC MRT-700 地埋管道及电缆定位仪，发射机 MRT-700TX 给出三档输出频率，525 Hz、9 kHz 及 33 kHz。接收机 MRT-700RX 对应三种主动频率，另加 50 Hz 与 60 Hz 两档被动频率用于搜索带电电缆和工频辐射源。

三档不是随便分的。信号沿管线传播时会被两部分消耗掉，一部分是导体本身与外皮的串联损耗，另一部分是经绝缘层向周围土壤的泄漏。频率越高，泄漏分量越大，信号沿管衰减越快，可追踪的距离越短。反过来看，频率越高，接收机天线对横向偏移越敏感，定位的横向分辨能力越好，串到邻近管线上的信号也衰减得更快。

于是现场的选择逻辑变成这样。长距离追踪先摸清走向时，用 525 Hz 这一档，让信号尽可能传得远，代价是横向分辨偏粗。接近目标、需要卡平面位置时，换到 33 kHz，牺牲一部分追踪距离，换取更清晰的峰值响应。9 kHz 落在两者之间，用于中等距离的一般作业。

平行管线怎么拆开，第 5.3.7 条第四款给了办法。现场碰过两条给水管并肩走，间距只有几十 cm，感应法一次加载下去，两条管同时带上信号，接收机上那个峰值又宽又钝，深度读数来回跳，谁也判不出是哪一条。条文给的处置是逐个来，用直接法或夹钳法分别对每条管线施加信号，一次只让一条带电，读到什么便是什么。场地条件不允许直连也不允许夹钳时，才退到感应法，靠改变发射机的位置、姿态、频率及功率，比较电磁异常的强度和宽度变化来拆。

这段话的要点在于“分别施加”。给 A 管加信号时 B 管上没有信号，接收机上读到的强响应只可能来自 A 管。两根管轮流加一遍，各自的轨迹自然分开。靠一次感应法要把两条平行管分开，很容易出现两条轨迹叠在一起、谁也读不准的局面。分开的办法是轮流加。

深度这一项上，MRT-700RX 官网给出的是深度上限 5 m，深度测量精度 5%，防护等级 IP54，工作温度范围 -20 ℃ 至 +55 ℃，操作时长超过 10 h，整机重量 1.5 kg。发射机一侧功率输出可选，上限 10 W，内置可充电锂电池，重量 3.1 kg。这些数字划定了设备的作业边界，越过边界的活儿要换别的办法，不是把增益拧上去便能解决。增益救不了深度。

五、示踪法失效的四种现场情形

没有出入口，是现场见得很多的一类。第 5.3.5 条把示踪电磁法的适用条件限定得很死，前提是管道有出入口。老旧小区里的 PE 支管，两端接在钢管上，中间全是直埋段，找不到任何可以夹钳或者送探头的位置，示踪法在这一段上无从下手。

示踪线断在中间或者根本没引出。敷设时同步埋线的做法在燃气行业推行得早，给水行业相对晚，早年埋的管子不少没有示踪线。有的地方敷了线，接头没做防水，几年后氧化断开，探测时信号走到断点便消失了。接收机在断点前能读到信号，过了断点一片空白，这种“半截信号”很容易被误读成管道到此为止。

邻近管线的串扰，属于另一类。第 5.3.7 条第三款要求的收发距与干扰排除，针对的是这一类。用感应法在管线密集区加载信号，能量会同时耦合到并行的给水管、燃气管、通信穿线管上，接收机读到的峰值是几条管线响应的叠加。表现为峰值异常宽、谷值不干净、深度读数忽大忽小。

接地回路不完整，同样能让示踪法停摆。直连法要求接地电极布设合理且接地条件良好，在干燥的砂石地层、新铺的沥青路面上，接地电阻往往大到信号根本建立不起来。现场常见的处置是把接地钎打远一些、打深一些，必要时浇水降阻，之后再看回路阻抗读数是否落到发射机允许的范围里。

这四种情形有一个共同点。它们都不是设备性能不足导致的，而是方法与现场条件不匹配导致的。遇到它们，正确的动作是换方法，不是加大功率。加大功率只会更乱。

六、声波法找的是管腔

声波法走的是另一条物理路径。它不管管道导不导电，看的是管腔与周围土体在声学性质上的差别。

声阻抗定义为介质密度与声速的乘积，两种介质的声阻抗差越大，声波在界面上的反射越强。一段埋在土里的管道，管内充气时，气体的密度与声速都远低于土体，声阻抗差极大，界面反射强烈。管内充水时，水的声阻抗与饱和土体接近得多，界面反射随之减弱。这正是声波法在实际作业中的一条经验边界，输配气管比给水管好探，空管比满管好探。

北京康高特（KGT）代理的美国 SENSIT APL 地下（PE）管线探测仪用的正是这条路径。产品页对它的描述是采用了超声探测技术探测地下管线，并明确写出两点无需，无需管道出露点，无需连接信号。现场拿它扫过一段没有任何阀门井的直埋 PE 管，仪器沿测线走一遍，管腔的位置便在屏幕上浮出来，整个过程没有往地下加过任何信号。这两句话恰好划出了声波法与示踪法的分工边界，示踪法要有一个能把信号加进去的地方，声波法不需要，碰上找不到出入口的管段，这两类设备的处境完全不同。

APL 列出的可用地面条件包括泥土路面、草地、混凝土路面、碎石路面及沥青地面，可探测的材质包括 PE 管、金属管、混凝土管道、铸铁管、陶瓷管及球墨铸铁管。产品页还把“定位没有示踪线的管道”单独列进了应用范围，这一条与前面四种失效情形直接呼应。设备一侧，单次充电可连续操作 25 h，配大屏幕图形显示，页面给出的定位时间是数 min 内即可完成。标准配置里有便携箱、110 V 至 240 V 交流充电器、钢卷尺及操作手册。

声波法在供水管网里的价值，要放到检漏作业的前置环节上看。CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》的表 6.2.2 给塑料管定的直管段布设间距上限是 60 m，第 7.3.4 条给非金属管道定的地面听音普查步长是不宜大于 1.0 m。这两个数字都以“知道管子在哪儿”为前提。管线走向探不准，布点间距失去参照，听音测点会整排落在管道侧边，后面所有的声学判断都跟着偏。定位是检漏的地基。

七、声波法在规程里的位置

这里有一处容易踩的坑，值得单独讲。

弹性波法的专门条款，写在第 5.3.11 条里，开头写着，采用弹性波法除应具备本规程第 5.3.1 条条件外，目标管道管径不宜小于 1000 mm。后面接着说，地下管道探查可按本规程附录 D 选择地震透射波法、折射波法、反射波法、面波法，水中管道探查时可选择旁侧声纳法、浅地层剖面法或地震反射波法，具体操作方法及要求应符合现行行业标准 CJJ/T 7 的规定。

1000 mm 这个门槛，把市政给水里绝大多数管道挡在了外面。DN200、DN300 的 PE 给水管，管径只有门槛值的五分之一到三分之一，弹性波在这一尺度上激发不出可供识别的波场响应。把手持式声学设备的作业往 5.3.11 上套，是错的。套错了，验收过不去。

那声波法落在哪里。答案是第 5.3.1 条第三款。任何地球物理方法，只要能在已知管线上的方法试验里证明有效，且精度符合第 3.0.8 条第 2 款，便具备使用资格。规程给的是门槛，不是清单。手持式声学设备属于清单之外的手段，它要过的关是方法试验与精度核验这两道，而不是去比对某一条专门条款里的管径数值。

这也解释了为什么第 5.3.1 条要单独把方法试验写成硬门槛。附录 D 列的是成熟方法，现场遇到的具体组合千差万别，规程不可能穷举。方法试验正是给这些方法之外的手段留的入口，同时也是给它们套的笼头。

CJJ/T 7-2017《城市工程地球物理探测标准》自 2018 年 2 月 1 日起实施，第 5.3.6 条与第 5.3.11 条都把具体操作方法指向它。做弹性波类作业时，数据采集与资料解释的细则在这份标准里，不在 CJJ 61-2017 里。

八、探地雷达做交叉验证时先标定什么

探地雷达在非金属管道探测里是常规手段，本篇不重复它的原理，只讲做交叉验证时容易被忽略的两处标定。

一处是介电常数。第 5.3.10 条要求，应根据探测场地地下介质与管线的材质、管径及埋深，选用与之相匹配的中心工作频率和天线，并应通过在已知地下管线上的试验剖面，确定合适的时窗、介电常数及电磁波速度。

时深换算能不能算准，全看电磁波速度取得准不准。速度与介质的相对介电常数之间有明确关系，v 等于 c 除以 εr 的平方根，c 取 0.3 m/ns。假设某片场地按 εr 取 9 标定，算得 v 为 0.1 m/ns。真实值若是 12，v 实际只有 0.0866 m/ns，而深度是按 v 乘以往返时程的一半算出来的，1.5 m 的真实埋深会被读成 1.73 m 上下，偏深约 15%。这个偏差量级足以让开挖交底出错。十几 cm，铲子便碰上了。

另一处是采样率与点距。第 5.3.10 条第五款要求采样率不宜小于天线中心频率的 6 倍，第六款要求相邻扫描点距应小于介质中电磁波波长的 1/2，且天线应匀速移动并与仪器的扫描率相匹配。

把这两个要求套到前面的假设上。天线中心频率取 400 MHz，采样率不应低于 2400 MHz。介质中电磁波波长 λ 等于 v 除以 f，按 v 为 0.1 m/ns、f 为 400 MHz 算，λ 为 0.25 m，相邻扫描点距应小于 0.125 m。天线移动速度若按 0.5 m/s 走，要在 0.125 m 内完成一次扫描，扫描率不应低于每秒 4 次。三组数字互相咬合，任取一组不匹配，采集到的数据都会出现漏采或空间假频。

用声波法定出走向之后，挑两三处用探地雷达复测埋深，两套结果对得上再提交，这是现场值得花的工夫。对不上时，先查介电常数，再查点距，多数情况下问题出在这两处。别急着换设备。

九、精度口径与不确定度分项

整份规程的精度总闸，落在第 3.0.8 条上。它先定了一条通则，城市地下管线探测应以中误差作为衡量探测精度的标准，且以二倍中误差作为极限误差。后面是三组具体指标。

明显管线点的埋深量测中误差不应大于 25 mm。明显管线点指的是能用井盖、阀门等直接量到的点，这一组卡的是量测动作本身。

隐蔽管线点的平面位置探查中误差和埋深探查中误差分别不应大于 0.05h 和 0.075h，其中 h 为管线中心埋深，单位为 mm，当 h 小于 1000 mm 时以 1000 mm 代入计算。地下管线详查时，平面位置和埋深探查精度可另行约定。

地下管线点的平面位置测量中误差不应大于 50 mm，高程测量中误差不应大于 30 mm，二者均相对于该管线点起算点。第 3.0.7 条另规定，用于测量地下管线的控制点相对于邻近控制点，平面点位中误差和高程中误差均不应大于 50 mm。

把隐蔽管线点这一组摊开算三档埋深。h 取 800 mm 时，规程要求按 1000 mm 代入，平面中误差限为 50 mm，埋深中误差限为 75 mm。h 取 1500 mm 时，平面限为 75 mm，埋深限为 112.5 mm。h 取 3000 mm 时，平面限为 150 mm，埋深限为 225 mm。再按二倍中误差的极限误差口径换算，三档的平面极限误差分别为 100 mm、150 mm 及 300 mm，埋深极限误差分别为 150 mm、225 mm 及 450 mm。

这组数字给出了一个直观结论。埋深越大，规程允许的误差量越大，但相对精度要求始终一致。反过来说，浅埋管道不会因为埋得浅而放松要求，规程用 1000 mm 的代入下限堵住了这个口子。

误差从哪儿来，可以拆成六项。一是方法试验的代表性，试验段选在管线单一、干扰小的位置，得出的参数用到管线密集段便会偏。二是介质参数取值，介电常数与波速取偏一个档次，深度跟着偏一成上下。三是测线点距与移动速度，点距超出波长一半会出现漏采，速度过快会让扫描点实际间距大于设定值。四是地面耦合状态，探头与地面之间有空隙、地面松散或者积水，声学与雷达信号都会失真。五是邻近管线的信号叠加，并行管线间距小于埋深时，响应基本分不开。六是读值与判读的人差，峰值位置靠操作人员判断，不同人取的峰值点可以差出几 cm。

六项里，前四项可以在作业前控制，第五项要靠选点与分别施加信号来化解，第六项靠重复观测取平均来压。把它们逐项压下去，成果才落得进第 3.0.8 条的框里。压一项，精度稳一分。

十、一条完整的作业链

把前面的内容串起来，一次非金属管道探测作业大致是这样走的。

前期先把能拿到的资料拿全。竣工图、管线台账、以往的普查成果、周边的施工记录，凡是能说明这片地下埋过什么的都要看。资料上写着敷了示踪线的，现场先去找引出端。

到现场先做方法试验。在已知管段上按选定的参数走一遍，把实测精度与第 3.0.8 条第二款对照，合格了再往下走。这一步不做，后面所有的工作量都建立在未经验证的前提上。

正式探查按先已知后未知的顺序推进。有出入口的先上示踪法，用直连法或夹钳法分别施加信号，把目标管从并行管线里分出来。没有出入口的换声波法，沿测线走过，按声学响应圈出走向。两种手段都用上的，取重合部分作为可信段。

埋深用探地雷达复测。介电常数必须先在已知点上标定，点距与扫描率按天线中心频率反算确定，不要在默认参数下直接扫。

成果出图之前再核对一遍精度。平面与埋深的中误差是否落进 0.05h 与 0.075h，控制点与管线点的测量中误差是否落进 50 mm 与 30 mm。超了便回到前面查那六项不确定度分项，逐项排查。

十一、六类常见误区

把示踪法当通用解，是头一个坑。它的适用条件写在第 5.3.5 条里，前提是有出入口。没有出入口的直埋段，示踪法用不上，硬用只会得到一串无意义的读数。

跳过方法试验，后果一样直接。第 5.3.1 条把方法试验列为三条硬门槛之一，不是建议。跳过它的后果是精度无从证明，成果无法验收。

弹性波法的门槛被套到中小口径管道上，属于错挂条款。第 5.3.11 条写的管径不宜小于 1000 mm，DN200 到 DN300 的给水管不在其列。

探地雷达不做介电常数标定，深度读数便失了准头。默认参数扫出来的深度，偏差一成以上是常态，用作开挖交底会出问题。

只测一个点便下结论，读的是耦合状态而不是管位。峰值位置受耦合状态、操作人员、邻近干扰共同影响，同一处复测三次取一致结果，比单次读值可靠得多。

把定位成果当成检漏成果，是把两件事合成了一件。管线定位解决的是管子在哪儿的问题，漏点在哪儿是另一件事，要走 CJJ 159-2011 规定的那一套方法。两者前后衔接，不能互相替代。

十二、常见问题

1、示踪线断了还能用示踪法吗

示踪线断在中间，信号只能传到断点为止。现场表现为断点之前有响应，之后突然消失。这种情况下可以试着从另一端引出端加载信号，把剩下那一段补出来。两端都试过仍然只有半截，说明断点靠近中部，这一分支用不上，要换声波法或者探地雷达。

2、非金属管道埋在 3 m 以下还能探到吗

要看手段。MRT-700RX 官网给出的深度上限是 5 m，示踪法在 3 m 深度上仍然可用，前提是信号能加进去且接地回路完整。声波法的有效深度受地面条件与管腔状态影响很大，满水管道在深埋条件下响应会明显变弱。深埋加满水加无出入口三者叠加时，探地雷达通常是更稳的选择。

3、示踪法与声波法能同时用吗

能，而且建议同时用。两者物理路径不同，失效条件也不同。示踪法怕没有出入口，声波法不受这一条限制。两套结果重合的管段，可信度显著高于单套结果。重合不上时，说明至少有一套的前提被破坏了，要回头查是哪一套。

4、并行管线怎么分开

按第 5.3.7 条第四款办。优先用直连法或夹钳法，分别对各条管线单独施加信号，一次只让一条管线带电，接收机上读到的响应只对应这一条。确实不具备直连与夹钳条件时，改用感应法，靠改变发射机位置、频率及功率，比较电磁异常的强度与宽度变化来区分。

5、方法试验要做多长

规程没有规定具体长度，只要求能证明方法有效且精度达标。现场一般的做法是选一段管线单一、埋深已知、无并行干扰的管段，长度取三到五个测点间距，把选定的参数完整走一遍，把实测误差与第 3.0.8 条第二款对照。场地条件明显分段的，每一段各做一次。

6、成果精度不达标时先查什么

按不确定度分项的顺序查。先看介电常数与波速是不是取偏了，这是深度误差的主要来源。再看测线点距有没有超出介质中电磁波波长的一半。第三看地面耦合，探头悬空或者地面松散会让整套数据失真。这三项查完仍不达标，再回到选点，看是不是并行管线叠加导致的。

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