地下管線探測方法的探討

徐彬

（招商局漳州開發(fā)區(qū)有限公司　福建　漳州　363122）

地下管線探測方法的探討

徐彬

（招商局漳州開發(fā)區(qū)有限公司福建漳州363122）

地下管線是城市的“血管”，是城市賴以生存和發(fā)展的“生命線”，擔負著城市的信息傳遞、能源輸送、排澇減災(zāi)、廢物排棄的功能，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是發(fā)揮城市功能、確保社會經(jīng)濟和城市建設(shè)健康、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和保障。

地下管線的功能；探測；方法

國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，地上空間和地下空間的過度開發(fā)，地下管線探測的緊迫性越來越高。地下管線具有隱蔽性的特征，這對它在科學地探明地下管線的準確位置產(chǎn)生了很大的作用，建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，就成為現(xiàn)代化城市面臨的重大管理和技術(shù)問題。隨著地下超深管線、密集管線、高阻抗管線越來越多，面臨的干擾源越來越多，如天然電磁場、輸電線路、通訊線路、電子器件等；干擾體也越來越多，如建筑的地下部分所含的金屬物，非控測目標體，地面上的圍墻、鋼筋混凝土樁（基）等，甚至部分管線處于水下。并且管線的埋設(shè)也多種多樣，有近距離電磁場感應(yīng)和疊加產(chǎn)生干擾強烈的平行管線、大埋深管線和其他小口徑管線與交叉管線等，給地下管線的探測工作帶來的新的挑戰(zhàn)。本文主要探討此類情況下地下管線探測的方法。

1　地下管線的探查的方法選擇

地下管線探測是指一般采用的實地調(diào)查、儀器探查和管線測量的方法確定地下管線的空間位置及其屬性、編繪地下管線圖的過程，應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求，現(xiàn)場工作條件，選擇使用經(jīng)濟、有效的探查方法，包括實地調(diào)查方法、物探方法、機械方法。通過方法試驗進行選擇，確定方法的有效性。

根據(jù)測區(qū)地下管線的物性差異、分辨率、場地條件，非金屬管線與周圍介質(zhì)存在一定的物性差異，本著采取減少或消除干擾、提高信噪比的原則，選擇的適當?shù)奈锾椒椒ā?/p>

2　地下管線的探查

地下管線探查是地下管線探測工作中最主要的環(huán)節(jié)，要保證探查的精度必須做好探查方法有效性和探測儀器一致性、穩(wěn)定性試驗。另外，當使用多臺探測儀時，應(yīng)將儀器進行一致性性能試驗，通過對每臺儀器探查結(jié)果是否一致的分析檢查，來確定特殊儀器的修正值。當儀器處在工作狀態(tài)的時間較長時，應(yīng)在儀器運行過程中對儀器的穩(wěn)定性進行仔細檢驗，當發(fā)現(xiàn)儀器的性能有變化時，及時分析為什么會造成這種狀態(tài)，同時對探查的成果進行相應(yīng)的變動和取舍。

3　物理探查的方法試驗

應(yīng)對方法進行選擇和有效性的分析。地下管線與周圍環(huán)境之間存在較大的物性差異是物探方法踐行的重要因素之一，如導電性、介電性、磁性、密度、溫度等等。通常來說，地下管線與周圍環(huán)境因素之間是存在明顯的物性差異的，但管線的長度大小、埋設(shè)深度、當?shù)氐牡匦翁卣骷半姶鸥蓴_情況、彈性波、溫度干擾情況等都對物探方法的有效性產(chǎn)生一定的影響。所以，在測區(qū)踏勘的過程中，要選擇幾處典型地段進行實際探查試驗，對各種方法的有效性進行驗證和在面對特殊情況時最先考慮的探查方法，比如選擇儀器設(shè)備（對管線探測的儀器、地質(zhì)雷達等等），還選擇相應(yīng)的方法和技術(shù)（包括感應(yīng)法、夾鉗法、回線法等等）。并對各種方法的非正常特征和適用條件進行合理的總結(jié)。選擇具有代表性的方法試驗的位置，并對管線的種類和材質(zhì)進行充分的考慮、不同埋深，地球物理條件和場地環(huán)境也要引起注意，進而使試驗中得出的結(jié)論在全測區(qū)內(nèi)具有指導作用。

4　對各種方法的最理想的工作參數(shù)的確定

面對不一樣的地下管線，不一樣的材質(zhì)、規(guī)格和管線在地下的深度，不一樣的環(huán)境因素、地球的物理條件和外界干擾的不同程度，并在相互比較和分析統(tǒng)計中確定多種方法的最理想?yún)?shù)值，將觀測信號的信噪比提高到最大程度化，從而有利于把管線中存在的問題從背景場中很好地分析出來。需要確定的工作參數(shù)分別是：電磁感應(yīng)法的激發(fā)方式、激發(fā)的最小功率、工作頻率、最短收發(fā)距和最長追蹤距離，探地雷達法的工作頻率、時窗寬度、采樣率、濾波系數(shù)，淺層地震法的道間距等等。

5　分析探查分布過程中誤差的規(guī)律和修正方法的確定

將電磁法作為例子，平均介質(zhì)中長直載流導線的電磁場、使用管線儀探查地下管線的理論基礎(chǔ)分別是偶極子場和電磁感應(yīng)。對于在野外埋設(shè)的單條又長又直的金屬管道，管線儀的使用對它在地面的投影位置和埋深，可以很精確地確定。不過相對情況較復(fù)雜的是城市地下管線探查。①地下管線是有轉(zhuǎn)折和分支的，不是簡單的長直狀分布，同時外界因素的干擾的因素也較多。干擾的類型分別是：不是目標管線的物理場、環(huán)境中存在的磁場、工業(yè)中存在的電磁場、車輛行走中的脈沖電磁場和機械振動等等。②引起定位、定深偏差的主要原因大部分是因為地下介質(zhì)的不均勻。所以，要根據(jù)在已分析出來的管線上的探查試驗結(jié)果，統(tǒng)計分析定位偏差的規(guī)律性，統(tǒng)計確定較準確的埋深測定方法和修正系數(shù)，以便在探查中對探查結(jié)果進行修正。

地質(zhì)雷達法是目前城市物探應(yīng)用最多、最受推崇的方法之一：快捷、高效、無損。但是，復(fù)雜的城市工作環(huán)境條件，導致獲得的圖像也相對復(fù)雜，反射電磁波記錄包含了各種干擾電磁波信號，對識別、判斷造成影響。

1975年，美國科學家Cook通過不同頻率雷達，在各類地層中的大量試驗，總結(jié)出了不同頻率的雷達在不同地層中的穿透深度，為雷達的探測有效性提供了很好的指導作用。

表1　雷達探測深度與中心頻率的對應(yīng)典型簡表

雷達天線的取向不同，獲得的圖像也有明顯的不同，而且背景有較大的差異。

一般來說，不同頻率的天線，其響應(yīng)反射波特征相似，天線頻率越高，探測衰減得越快，管線反射波振幅越弱。天線頻率越高，分辨率越強，頂?shù)自角逦?/p>

電磁波在地下的傳播形式與地震波非常相似，同時探地雷達數(shù)據(jù)剖面也和反射地震數(shù)據(jù)剖面很相似，因而，處理反射地震數(shù)據(jù)的很多有效技術(shù)都可用于處理探地雷達數(shù)據(jù)，不過由于雷達波和地震波在動力學上存在差異，例如衰減性較強，因此只是簡單地移植、借鑒地震分析情況的處理技術(shù)是不行的，在濕的地層中雷達波的衰減比在干的情況下要大很多，而地震波在這一點上卻是相背的，探地雷達的穿透深度比地震波要淺得多。

圖1　雷達探測試驗

6　物探方法的綜合運用

電磁感應(yīng)法：常用的儀器為管線探測儀，具有儀器輕便，效率高的特點。對一般地下電纜和連通性較好的金屬管道有很好的探查效果，是地下管線普查中使用最多、最經(jīng)濟的主要方法。但對非金屬管道和連通性不好的金屬管道，管線探測儀直接探測往往無能為力。

地質(zhì)雷達法：利用地下管線與周圍介質(zhì)之間普遍存在的介電性、導電性和導磁性差異，是探測非金屬管道和金屬管道的主要方法。但探地雷達法采用橫剖面法作業(yè)，采集的剖面數(shù)據(jù)往往需要在室內(nèi)做必要的數(shù)據(jù)處理和解釋，效率較低。

地震波法：常用的儀器為地震儀或工程檢測儀，利用地下管線與周圍介質(zhì)之間普遍存在的密度差異，可用于探測硅管、塑料管、復(fù)合塑料管等。該方法效率較低，易受運動車輛等周圍環(huán)境的干擾。

磁測法：儀器主要為高精度磁力儀，對于鐵磁性管道有效，也可以采用有源法，方式包括：地面磁測（梯度側(cè)量）、空中磁測、蹤跡磁測。

高密度電阻率法：主要利用地下管線與其周圍介質(zhì)間的導電性差異，可用于探查較大管徑金屬管線、非金屬管線，但探查效果易受接地條件影響。

實際控查過程中，應(yīng)根據(jù)實際情況，采用不同的方法技術(shù)和探查裝置，如對某些埋深較大的金屬管道，如果感應(yīng)法的效果不好，可嘗試采用直接法、回線法等。受管線材質(zhì)、規(guī)格、埋深、接口方式和外界干擾等諸多因素的影響，在某些地段埋設(shè)的地下管線，用單一的物探方法可能難以獲得較好的效果，但合理地使用多種方法綜合物探，對探查結(jié)果做綜合解釋，往往能取得很好的效果，這是物探方法本身的特點所決定的，所以，尤其是對疑難或較復(fù)雜條件下的地下管線，要堅持合理使用綜合探查方法，以提高探查結(jié)果的可靠性。

7　結(jié)束語

筆者通過幾年的實踐，認為在地下管線測量中應(yīng)該注意：①探測地下管線是一項綜合性、技術(shù)性很強的系統(tǒng)工程。②在地下管線探測時帶電作業(yè)時，一定要引起注意，并加強安全防范意識。③在打開窨井蓋調(diào)查之前，對有害和有毒及可燃氣體的濃度要進行測定，并且采取相應(yīng)的保護措施，保證生產(chǎn)安全性。④在新方法、新技術(shù)、新儀器時使用時，要提前試驗，保證探準確性能夠達到規(guī)范要求。

[1]李學軍，洪立波.城市地下管線探測與管理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用.城市勘測，2010（04）.

[2]蔡寬余，楊曉慧.城市地下管線信息管理系統(tǒng)的設(shè)計.上海地質(zhì)，2005（02）.

[3]趙俊蘭.地下管線探測綜合模式的探討.北方工業(yè)大學學報，2005（01）.

[4]王俊茹，呂繼東.地下障礙物雷達定位探測的技術(shù)應(yīng)用.地質(zhì)與勘探，2003（03）.

TU990.3

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2015-7-12