深部地下管道探測技術(shù)研究

劉敏++胡臻榮++鄭慧華

摘要：常規(guī)的地下管道探測主要是電磁法，電磁法無法準(zhǔn)確探測埋深較大的地下管道。通過地質(zhì)地震映像法、磁梯度法等物探方法相結(jié)合，得出較深管道的準(zhǔn)確埋深和位置。且在工程實(shí)踐中得到了滿意的效果，值得推廣。

關(guān)鍵詞：深部管道；地質(zhì)地震映像；磁梯度法；精確探測

1、引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的地下管線錯綜復(fù)雜，管道埋設(shè)越來越深，特別是天然氣和石油管道，針對高危超深管道施工都是極其危險的。然而隨著天然氣的普及，越來越多的天然氣管道需要鋪設(shè)，且在現(xiàn)實(shí)中有許多預(yù)埋管道要與現(xiàn)狀的超深天然氣管道交叉穿越。于是現(xiàn)狀管道的精確位置和埋深現(xiàn)的尤為重要[1]。

目前常規(guī)的管道探測方法為電磁法，英國產(chǎn)雷迪公司的儀器較為突出。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，對于較淺的金屬管線探測效果明顯；缺點(diǎn)是抗干擾能力較差，對埋深大于5米的管道探測，誤差較大，只能大概定出管道位置和埋深。所以常規(guī)的電磁法不能滿足精度要求。通過地質(zhì)地震映像、磁梯度法等物探方法綜合對比運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)能精確探測出深部管道的位置和埋深。此方法大大的降低了針對較深高危管道施工的風(fēng)險，為以后管道施工提供了技術(shù)支撐。

2、地震映像法工作模式

地震映像法探測的基本原理是利用不同介質(zhì)的不同波阻抗值可產(chǎn)生相異的彈性界面，當(dāng)界面兩側(cè)的彈性波速度和波阻抗差達(dá)到一定程度時， 地質(zhì)地震映像勘探就能夠取得不錯的探測效果 。在土地表層利用人工震源進(jìn)行激震時，激震點(diǎn)附近的土層產(chǎn)生彈性震動，形成彈性波，在地下傳播的彈性波遇到不同彈性介質(zhì)的分界面時（如地下金屬管道與周圍地層的分界面），會產(chǎn)生反射、折射和透射。根據(jù)地震波的傳播特性，分析研究其傳播規(guī)律，可以計(jì)算和確定地下目標(biāo)體的位置。地震映像法的每一個記錄道都采用相等的偏移距，且用該偏移距接收的地震波具有較好的信噪比和分辨率。地震映像法勘探工作原理如圖1所示。簡化數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

地震映像法計(jì)算公式： （其中： t為彈性波的雙程走時，單位：ms；Z為反射點(diǎn)距離地面的埋深，單位：m；X為地震儀的收發(fā)距，單位：m；V為介質(zhì)中彈性波的波速，單位：m/ms。）

圖1中地震波形的正負(fù)峰分別以黑白色表示，這樣就可以清楚地分辨出同相軸，即可判斷出異常反射面，推測出地下異常體。

3、磁梯度法工作模式

孔中磁梯度探測可保證探測管道深度的可靠性，是一種精確的方法技術(shù)，也是一種有效的驗(yàn)證手段。一般情況下，非開挖地下管線屬于強(qiáng)鐵磁性物質(zhì)，在管線的周圍區(qū)域分布有較強(qiáng)的磁場，這就為運(yùn)用磁梯度法探測地下管線提供了很好的物性前提。在實(shí)際探測過程中，先運(yùn)用其它物探方法探測出地下管線的平面位置然后在其一側(cè)鉆孔，成孔后將空心塑料管放至孔中，而后將磁力梯度儀探頭放至管內(nèi)，從鉆孔底部開始以一定的間隔依次往上測量各點(diǎn)的磁梯度值。通過計(jì)算分析磁梯度值的變化情況可以準(zhǔn)確地推測出地下管線的埋深。

4、應(yīng)用實(shí)例

目標(biāo)管道是高壓天然氣管道（Φ810），位于杭州市。杭州天然氣公司告知管道大致位置和埋深，由于預(yù)埋管道要與該高壓天然氣管線交叉穿越，因此該天然氣管道與預(yù)埋管道交叉點(diǎn)位置和埋深需要精確探測。

4.1地質(zhì)地震映像法探測結(jié)果

本次探測使用SWS多道地震儀，在垂直管道走向，布置長20米的測線1條，使用24道地震儀，道間距1米。地震映像法資料顯示在第11-13道處出現(xiàn)明顯的異常，同相軸呈弧形，推斷為管道反應(yīng)，見下圖6。于是精確測定了高壓天然氣管道的平面位置。

4.2磁梯度法探測結(jié)果

在確定高壓天然氣管道的初步空間位置后，在精確探測點(diǎn)垂直管道方向0.5米處，采用負(fù)壓成孔法，在地面開一口徑7cm的小孔，磁梯度儀器放入孔中，根據(jù)磁梯度值的變化，精確測定管道的埋深。圖7中，在地下8.4米處磁梯度劇烈變化，確定為金屬管道。從而確定了管道的埋深。

5、結(jié)語

地質(zhì)地震映像法能確定管道的平面位置，磁梯度法能確定管道的垂直埋深，于是得出了管道的平面位置和埋深，平面位置在地面用PVC管做好記號，管道頂部埋深為8.4米。為了驗(yàn)證所測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在管道平面位置的正上方，開一口徑7cm的小孔，采用負(fù)壓成孔法，孔深達(dá)到8.35米時發(fā)現(xiàn)管道，繩子的一頭綁好吸鐵石放入孔中，當(dāng)吸鐵石到孔底時吸住管道。從而精確的確定了管道的空間位置。

因此此方法探測地下管道，地面位置和埋深的誤差在10cm以內(nèi)。傳統(tǒng)的電磁法探測地下管道對于埋深大于5米的管道探測結(jié)果誤差較大，不能為施工提供很好的服務(wù)。地質(zhì)地震映像和磁梯度法相結(jié)合能解決施工中遇到的很多難題。

采用磁梯度法需要滿足的條件是管道為金屬。地質(zhì)地震映像需要滿足的條件：①管頂埋深大于3米，埋深較淺，反射波容易被面波直達(dá)波掩蓋。②管道直徑大于600mm，管道直徑太小反射波不明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]候征，王天意，宋洪偉.RD4000儀在地下管線探測中的應(yīng)用[M].科技論壇，2013：64～65.endprint