2.4 地下非金属管线探查及标识方法
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，城市地下管网的材质也在不断发生着变化。供水、消防、排水、绿化等各种管网中，塑料、水泥等非金属管线的应用日益普及。由于非金管线具有抗污染性强、不易腐蚀、造价低、易于埋设和维修等优点，越来越多的城市新建小区的地下管网采用了非金属管线。但是，随着时间的推移，一个难题逐渐显露出来，即非金属管线难于查找和确定埋设位置及深度。由于非金属管线既不导电也不导磁，常用的金属管线寻管仪对其无能为力。这对管网的管理和维护造成了极大的困难。如何快速、准确、方便地测定非金属管线的位置，成为亟待解决的问题。
由于非金属管线的特殊性质，其一旦埋入地下，日后将很难查找到其准确位置。因此，在对非金属管线探查方法的研究中，既应重视研究其探查方法，也应重视研究其标识方法，在管线埋设之初就做好标识工作，为日后的查找打下良好的基础。在日本等国家，对非金属管线的管理中采用了非金属管线定位器、记标定位器、示踪线三者结合的方法，收到了较好的效果。
2.4.1 非金属管线探测方法
1.非金属管线测位器探测
非金属管线测位器主要是为探查非金属管线而设计的，可有效探查塑料管、水泥管或带有绝缘连接头的金属管等管线。目前应用较多的是日本富士公司生产的非金属管线测位器。
日本富士非金属管线测位器的最新型号为NPL—100型。它主要由振荡器（发射机）、振动器、接收机、探头、耳机等部分构成。其基本工作原理是：发射机发出一定频率的声波信号，该信号由与管线相连接的振动器传输到管道上并沿埋于地下的压力水管内部向远端传递，同时该声波信号也能传至地面。NPL—100的探头在地面上捕捉该声波信号并通过接收机将信号放大后输出到显示仪表和耳机，从而确定管线位置，如图2-34、图2-35所示。
富士对该型号的测位器做了多处技术改进，使仪器的性能有了较大的提高。
1）配备了多种管件适配器，使NPL—100的振动器可以很方便地与水表、消防栓、小管径水管、阀门等管件连接。
2）增加了频率自动调谐功能。接收机可以根据接收到的信号质量，通过无线方式自动控制发射机调整发射频率，使之与管线的共振频率相同，以达到最佳探测效果。
3）加配了可选附件——锤击频率调节器，使仪器定位分支管线的性能大大提高。
4）增加了振动声波的发送方式。使用者可在连续声波发送方式和间歇式声波发送方式之间自主选择，使听到的声音更清晰，长时间工作也不会产生听力疲劳。
2.探地雷达探测
探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR），是采用无线电波检测地下介质分布，以及对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：高频电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接收天线接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性质及集合形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构状态。
图2-34 NPL—100工作原理
图2-35 富士非金属管线测位器NPL—100
探地雷达具有分辨率高、无损、操作简便、抗干扰能力强等特点，从数据采集到图像处理实现了一体化。使用雷达系统的好处是不但能够扫描管线的位置、埋深，还可以了解管线的管径及周边土质和埋设物的现状。但是现有探地雷达探测系统也存在着仪器操作复杂，探测及后期处理速度慢，对小口径管线探测效果不好，在地下水位较高的地区探测结果易受地下水干扰及仪器价格较高等问题，因此目前雷达系统主要应用于非开挖项目的前期地质探测或城市部分街区的管线辅助探测，而不适用于大面积的城市管网普查或单一目标管线的快速定位，详细介绍请见2.5节。
3.探测方法经济性、实用性对比
探地雷达与非金属管线测位器的经济性和实用性对比见表2-1。
表2-1 探地雷达与非金属管线测位器的经济性和实用性对比
2.4.2 非金属管线标识方法
1.记标标识法
记标是富士公司制造的另一种管线标识设备。它由记标和记标探知器两部分组成。其工作原理是：记标在外界特定频率磁场的激发下可产生同频二次磁场，而记标探知器既可发射特定频率的磁场，也可接收由记标产生的同频磁场。
记标探知的原理和动作：富士生产的记标共有4种型号，每种型号只响应一种特定频率的磁场，它们分别适用于自来水管线、煤气管线、排水管线和通信缆线，用蓝、绿、红、褐4种颜色表示。每种型号的记标都配有相应的记标探知器。因此使用一种记标探知器只能正确地测定相同频率的一种记标的位置。这样记标探知器就可将埋设复杂、拥挤的管线区分成单一用途的管线，如供水管、煤气管、排水管等。
记标的使用方法是：在铺设管线的同时，将记标埋设于管道的关键部位，如末端、分支点、连接点、修复的部件以及今后需要查找的部件等部位的上方，在将来查找管线时使用记标探知器查找到记标，即确定了管线的埋设位置。
记标法的优点是：记标的使用寿命几乎是永久性的，不会因埋设时间长而发生锈蚀或物理特性发生改变；记标的埋设非常简单，既可随新管线埋放，也可以在已铺设的管线需设置标记处使用钻洞工具挖一个小孔将记标埋入地下。使用记标探知器查找管线不易受外界环境的干扰，可将目标管线与其他管线区分开来。
2.示踪线标识法
示踪线的全称是非金属管线示踪线。它是富士公司专为查找和定位地下非金属管线而设计的产品，可有效地解决非金属管线不能用金属管线寻管仪探查的问题。
示踪线实际是一种特制的导线，可以在铺设非金属管线的同时，将其布设在管线上同时铺设，以后在查找管线时就可用富士金属管线及电缆测位器探测出其位置、方向和埋设深度。从而使探测非金属管线与探测金属管线一样容易。
富士非金属管线示踪线采用了特殊的材质，导体部为防锈软铜线，外部被覆层为导电橡胶。所以即使线心折断，其外部的导电橡胶仍可以导电，不会影响探测能力，从而大大提高了使用的耐久性，其使用时间可长达20年以上。
示踪线可与新管线铺设同时进行。由于富士示踪线的价格低，所以几乎不增加铺设管线的成本，却为日后的管线维护提供了极大的方便。因此采用示踪线法标识非金属管线是一种投资少、简单实用的好方法。如果采用示踪线和记标相结合的方法，在管线的关键部位再辅以记标标识，就可以达到非常好的管线标识与三维定位效果。
3.GPS方法标识地下管线
GPS全球定位系统是近年来快速发展起来的一种目标导航、定位系统。它采用卫星定位的方法，可供全球范围内的任意多个用户提供高精度、全天候、连续的测速及三维定位、对时服务。目前用于测量系统的GPS在加装基准站，采用差分技术后，定位精度可达厘米级，因此也可用GPS系统来标识非金属管线位置。GPS系统具有设备小巧，便于携带，定位精确、快速，结果直观，基本不受气候、地形及地面物体影响的优点。但是使用GPS系统标识管线也还有一些不尽人意之处：一是目前GPS系统的价位偏高，一套两个接收机的系统，市场售价在几十万元；二是前期建网数据采集的工作量较大，技术要求高。为了能够准确定位管线任一点的位置，必须增加定位点的数量，这就势必会加大数据采集的工作量，这是一项浩繁的工作；三是应有一套相应的GIS系统（计算机地理信息系统）来管理管线定位点数据。这样才能达到快速检索、快速定位的目的。因此，虽然采用GPS系统标识管线是未来很有发展前景的方法，但应用此系统必须具备资金实力雄厚和管线管理相对较为规范两个条件。当前只有极少数大城市的相关部门可以具备上述条件。而对于绝大多数中小城市而言，采用GPS法标识管理管线系统还存在不少困难，而且与大城市相比，中小城市管线总长度短、管网复杂程度低，使用GPS法也不够经济。
4.标识方法的经济性、实用性对比（见表2-2）
表2-2 标识方法的经济性和实用性
