復雜條件下城市地下管線探測技術的應用探究

陳杭

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢430010）

物探技術是當前較為先進的探測技術，但是如果出現(xiàn)復雜的條件，地球物理異常形成的多解性與地球物理技術存在的應用局限性導致物探技術使用期間產(chǎn)生異常，難以進行解釋與推斷。在近距離條件下，探測并行管線，對非金屬材質管線實施探測，消除與識別干擾類因素。如果不能解決探測過程中的難題，最終無法得到高質量的管線探測結果?，F(xiàn)結合復雜條件情況，研究城市地下管線探測相關的問題。

1 地下管線探測技術的主要原理

在地下管線探查活動中，電磁法是比較常用的技術方法，其物性基礎主要是周邊介質與地下管線形成的導磁性差異、導電性差異，通過電磁感應原理完成研究與觀測的基本任務，確定電磁場的時間以及空間具體的分布規(guī)律，定位地下管線。進行探測地下管線時，借助別動或者主動激發(fā)場源，管線內(nèi)部產(chǎn)生電流，管線系統(tǒng)內(nèi)部的電流在周邊空間產(chǎn)生頻率一致的交變類電磁場，通過物探設備在地面對電磁場進行觀測，確認空間分布情況，依照電磁場的具體特征，掌握管線實際位置。

形成探測條件：將電磁場設置到地下管線系統(tǒng)中，可計算與探測分布特征與分布規(guī)律。處于目標管線上的場源需要激發(fā)電流，并形成一定的強度，電流不可過多地通過介質、干擾物與非目標管線，進而將干擾因素消除或者進行壓制。

探地雷達借助周邊介質與地下管線之間存在物性不同，實現(xiàn)探測目標，其屬于非破壞類的探測設備，探測時重點運用高頻電磁波，可實現(xiàn)地下介質分布狀況的相應探測目標，可提供掃描圖像。在地面轉移發(fā)射填的位置，雷達可將高頻電磁波發(fā)射到地下，電磁波與各個電性界面進行接觸，產(chǎn)生反射作用，除此之外還有折射與透射。如果電介質之間存在過大的電性差異，就會形成更大的反射型回波能量。電磁波被通過反射的方式發(fā)送到地面上，接收天線和發(fā)射天線進行同步移動，借助雷達主機對信息實施記錄，主要記錄內(nèi)容包括波長、振幅、相位與時間等，利用信號疊加有效放大，應用圖像合成技術與濾波降噪技術，對數(shù)據(jù)實施處理以及加工，掌握地下剖面的基本狀況，判讀雷達圖像，獲取地下管線對應的分布狀態(tài)與位置。

2 在復雜條件下針對地下管線應用探測技術

2.1 探測近間距并行式管線

城市中可使用的地下空間相對比較少，埋設管線時，主要運用平行埋設的方式，其會給探測近距離并行式管線構成較大的不利影響，如果管線之間的距離不大，異常曲線大多為單峰狀態(tài)，無法通過峰值，對管線數(shù)量加以判斷；如果管線之間的距離過大，異常同樣會形成一些峰值，然而曲線存在不對稱性，管線對應的平面位置針對異常峰值存在位移的情況。導致這些現(xiàn)象的原因是管線間產(chǎn)生互感與耦合的作用，進而形成了異常疊加。必須對這種異常情況展開壓制，可調(diào)整工作方式：

可運用直接法，針對管線向外出露的位置，進行充電，對充電方向與接地進行調(diào)整，確保管線可以順延目標管線進行流動，探測金屬管道時可運用此種方法；運用鉗管線形成感應電流，針對電力與電信類電纜可應用該方法。還可運用壓線法，在一些特別的探測條件下，無法應用夾鉗法與直接法，就可引進感應閥，在控制干擾問題時，可對垂直、傾斜以及水平壓線法加以應用。如果兩條管線位置相鄰，但是材質與埋深均存在差異，管線處于電磁場內(nèi)部的具體場位與磁感應性不一致，因此形成差異化的感應電流，借助發(fā)射機設備產(chǎn)生的壓線感應，在目標管線中產(chǎn)生感應電流，對旁側存在的干擾因素進行壓制，對目標管線產(chǎn)生的有效異常加以獲取，定位地下管線。

2.2 探測各種非金屬類管線

地下管線具有豐富的種類，管線材質不一，在一個管線系統(tǒng)中，運用的材質也有很多種。通過管線儀裝置來定位探測金屬管線，但是無法完成非金屬類管線的探測任務，當前可使用的物探技術也極為多樣，但大部分使用效果均不佳。管線探測需對處于淺地表中的管線對應的精準空間位置定位問題加以解決，存在極高的精度要求，需符合厘米級別。管線探測儀裝置在處理非金屬管線時，很難產(chǎn)生相應的探測效果，因此可使用探地雷達。

一些影響因素會給探地雷達的使用構成相應的影響，周邊介質的材質與地下管線材質會給探測影響。介電常數(shù)之間有差異，當差異增大之后，反射界面就更加明顯，反射系數(shù)也因此而增大，異常圖像更加清晰化，當介數(shù)差異縮小后，反射界面并不明顯，雷達難以對反射信號進行探測。電導率同樣也是關鍵的影響因素，介質吸收系數(shù)與電導率之間存有反比的關系，如果介質電阻率不大，但是吸收系數(shù)比較大，電磁波僅有較小的穿透深度，雷達難以接受反射信號。南北方的潛水面深度并不一致，北方偏深，南方偏淺，介質出現(xiàn)含水情況之后，原本的吸收系數(shù)因此而變大，在北方使用探地雷達有更好的效果。

管線周邊介質的實際均勻程度是影響因素之一。在埋設地下管線時，往往采取挖溝回填以及覆蓋的施工技術，最終原土層與回填土結構被破壞，因此電導率與介電常數(shù)也出現(xiàn)了不一致的情況，回填土內(nèi)部存在一定的建筑垃圾，具體有磚頭與塊石，土質與這些雜物同樣有電導率以及介電常數(shù)方面差異，干擾異常情況在雷達剖面上出現(xiàn)，影響到識別管線異常的工作。探測期間，必須預先掌握管線主要信息，包括埋設狀況、材質與規(guī)格，不能忽視反射波出現(xiàn)的波形特征、規(guī)模與異常形態(tài)，以管線的干擾隨機性與連續(xù)性為準，對具有穩(wěn)定波形特征以及連續(xù)產(chǎn)生的反射異常加以探測與識別。

探測環(huán)境會產(chǎn)生一定的干擾性影響。使用雷達實施探測時，需在平坦的地勢條件下進行，規(guī)避無線電式射頻源與大件的金屬材質物體，這些干擾因素在對雷達形成影響之后，使其反射波形成異常的情況，雷達系統(tǒng)可能無法有效工作?？墒褂玫牡叵驴臻g資源并不充裕，因此需要在近距離條件下埋設管線，部分管線采取平行排列的方法，另外還有斜列敷設與上下排列的方式，均會給雷達探測活動構成影響，探測管線的工作在全面落實前，應先調(diào)查各種不同的管線處于的具體位置，制作材質與具體規(guī)格，實現(xiàn)排除干擾的目標。

3 技術應用總結

建設城市期間，探測地下管線的工作具有極強的必要性，管線最初建設時，未保存完整材料，材料也欠缺精準度，管理地下管理工作存在落實不到位的情況，無法進行統(tǒng)一化的管理，與地下管線相關的法規(guī)與制度也有不少待完善之處，當前使用的探測技術較為單一化。因此需要先圍繞管線的具體情況，形成集約化管理方案，既要解決管線無序的狀況，不可進行重復建設，進而降低探測管線條件的復雜化程度。非金屬類管道被更多地運用到地下管線系統(tǒng)中，煤氣管道需要預防泄漏與腐蝕的狀況，因此使用鋁塑復合材質類管道、PE 管道以及PE 塑料管等，應用的新型管材也有很多。水管道系統(tǒng)也運用多種復合型非金屬材質的管材，可預防積垢與結垢的情況。由于非金屬管線不導電、不導磁，是管線探測的一大難題，探地雷達盡管可以探測，但在一些復雜條件下，探測效果和探測精度仍然得不到保障，也不適用于大面積的城市地下管線普查。解決非金屬管線的探測問題應從兩方面人手，一是在管線鋪設的同時埋設金屬示蹤線或記標釘，為今后的非金屬管線的探測提供條件，用金屬管線探測儀探測示蹤線就可以準確對地下管線進行定位，所以應建立和完善管線建設的法規(guī)、標準，推廣非金屬管道示蹤線的埋設。二是加強非金屬管線探測方法和儀器的研發(fā)，隨著非金屬地下管線敷設越來越廣泛，金屬管線探測儀很難解決非金屬的探測問題，現(xiàn)在一些探測非金屬管線的物探方法和儀器，無論是精度還是效率都不能滿足城市地下管線探測的要求，不適用于大面積的城市地下管線普查。除了雷達，利用聲波技術制造的非金屬管線測位儀也被采用，但精度還有待于進一步提高。

結束語

本文重點研究了地下管線探測方面的問題，以復雜條件為基礎，首先分析了探測中各種技術原理，而后在具體的復雜條件中，研究探測技術的實際應用情況，結合具體的應用狀況，應當在日后的地下管線探測活動中做出調(diào)整，首先在鋪設管線的環(huán)節(jié)中，需對記標釘與金屬示蹤線，以此來支持探測非金屬類的管線的工作；同時研發(fā)探測非金屬類管線的儀器裝置與技術。