近間距平行地下管線探測方法研究

王 勇，陳 偉

(1.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130026;2.山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南250101;3.北京中勘國檢工程技術有限公司，北京100084)

近間距平行地下管線探測方法研究

王 勇1，2，陳 偉3

(1.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130026;2.山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南250101;3.北京中勘國檢工程技術有限公司，北京100084)

近間距平行地下管線的探測是當今管線探測的四大難點之一。結合工程實例，利用夾鉗法和壓線法對近間距平行地下管線進行探測與分析，并結合直讀法和特征點法(70%法)對管線的定位和定深進行討論與總結。

近間距;平行地下管線;壓線法;特征點法

一、引 言

城市地下管線是城市的重要基礎設施，是現代化城市高質量、高效率運轉的基本保證［1-2］。隨著城市化進程的不斷加快，地下管線建設也突飛猛進，這給地下管線的建設、管理、維護等工作提出了新的要求，也給地下管線的探測工作提出了新的挑戰。

由于城市化進程的推進，城市地下管線的布設越來越密集、多樣，并且因管線所處的地段、空間越來越復雜及布設時間的不同，很多地段多種管線密集并行、交叉分布甚至重疊。這給城市管線的探測工作造成了極大的干擾，再加之城市交通環境、空間電磁以及工業電流和離散電流等諸多因素的影響［3］，使得城市管線探測工作的難度進一步增大，所以加強對城市地下管線探測方法的研究大有必要。

近間距平行地下管線的探測是管線探測的四大難題之一［4］，本文結合壓線法、夾鉗法等方法對近間距平行地下管線實測資料進行了分析與研究，同時對由于多條密集平行管線干擾造成的測深誤差及平面定位錯誤進行了分析，具有一定的實用價值。

二、基本方法與原理

地下管線探測的基本原理主要是以地下管線與其周圍介質的物理性質差異(如密度、速度、電性、磁性、導熱性等)為物質基礎，采用適當的地球物理方法測量各種物理場的特征，進而達到對地下管線的定位和定深等目的［5］。

地下管線的精確定位與定深是城市地下管線探測的核心問題，目前定位的方法有直接法、夾鉗法和感應法。定深的方法有直讀法、精確定深法［6］。

1.直接法

直接法也叫充電法，是將發射信號的輸出端直接連接在被測管線上，通過改變接地或充電方向盡量讓電流沿目標管線流動，利用接收機接收產生的交變電磁場。根據連接的方式可以分為單端充電法和雙端充電法［6-8］。

2.夾鉗法

夾鉗法是將備用的環形夾鉗套在被測金屬管線上，通過夾鉗形成的環形磁場直接耦合到被測管線上，并產生感生電流，用接收機接收被測管線的信號(如圖1所示)。

當英格曼神甫從十字架前面站起來，思維和知覺一下子遠去，他知道自己處在虛脫的邊沿上，疲勞、饑餓、沮喪消耗了一多半的他，而他剩下的生命力幾乎不能完成他馬上要說的、要做的。他將要說的和做的太殘忍了，為了保護一些生命，他必得犧牲另一些生命。那些生命之所以被犧牲，是因為她們不夠純，是次一等的生命，不值得受到他英格曼的保護，不值得受到他的教堂和他的上帝的保護。他被迫作出這個選擇，把不太純的、次一等的生命擇出來，奉上犧牲祭臺，以保有那更純的、更值得保存的生命。

圖1 夾鉗法示意圖

3.感應法

感應法是通過發射機發射線圈產生一次電磁場，被測管線受一次電磁場感應產生二次電磁場，利用接收機接收被測管線產生的二次場信號來進行管線探查(如圖2所示)。根據壓制干擾管線的方式不同，有垂直壓線法、水平壓線法和傾斜壓線法［8-9］。

圖2 感應法示意圖

(1)直壓線法(水平偶極子)

將發射機呈直立狀態，置于管線的正上方，可突出目標管線的異常，但當兩管線的間距較近時效果不好。

(2)平壓線法(垂直偶極子)

將發射機呈平臥狀態，置于管線的正上方，可壓制地下管線的干擾，是區分平行管線的有效手段。

(3)斜壓線法(傾斜偶極子)

當相鄰管線間距較小時，不宜采用垂直壓線法，而采用水平壓線法探測效果也不一定理想。此時采用傾斜壓線法能取得較好的效果，即發射機線圈傾斜使其與干擾管線不耦合，可達到既能抑制干擾管線的信號，又能增強目標管線的異常。

4.直讀法和精確定深法

直讀法是利用接收機中上、下兩個垂直線圈(線圈面垂直)分別接收管線正上方產生的磁場水平分量值，根據深度計算公式經儀器計算電路，求得管線埋深，由顯示器直接顯示深度值。精確定深法常用的有45°法、特征點法。

儀器極小值定位后，使接收探頭與地面成45°角沿垂直管線走向的方向移動，當儀器出現零值(或極小)點后，零值點到管線在地面投影位置的距離就是管線的埋深(如圖3所示)。

圖3 45°法測深示意圖

(2)特征點法

特征點法基于探測設備的不同而不同，較常見的有80%法、70%法、50%法、25%法等。70%法是一種經驗求深法(如圖4所示)，即峰值點兩側70%極大值處兩點之間的距離為管線的埋深。

圖4 特征點法(70%法)示意圖

三、工程實例分析

本文結合工程實例，采用壓線法和夾鉗法，利用不同的發射頻率，對近間距平行地下管線的探測效果進行了分析與比較。同時利用直讀法和特征點法(70%法)對管線埋深的探測誤差進行了分析。

1.管線埋設基本情況

試驗對象為上海某地間距為1.0 m的并行給水管道和電力直埋電纜。其中，給水管道的管徑為300 mm，材質為鑄鐵，埋深1.1 m;電力直埋電纜埋深0.76 m，如圖5所示。

圖5 管線平面示意圖

2.壓線法與夾鉗法結果分析

圖6和圖7為水平壓線法所測得的管線異常曲線，發射器分別水平放在電力直埋電纜和給水管道正上方，分別用 80 kHz、38 kHz、9.5 kHz的發射頻率發射信號。根據圖6的異常曲線可以清晰地分辨出電力直埋電纜的位置，而未觀察到給水管線的異常，當發射頻率越高時，異常越明顯。從圖7的異常曲線中雖然能分辨出兩個異常，但異常的位置偏離兩條管線的實際位置，即不能根據異常的位置來識別管線的位置。

圖6 管線異常曲線(水平壓線法)

圖7 管線異常曲線(水平壓線法)

圖8和圖9為垂直壓線法所測得的管線異常曲線，發射器分別垂直放在電力直埋電纜和給水管道正上方，分別用 80 kHz、38 kHz、9.5 kHz的發射頻率發射信號。從異常曲線中可以看到，采用垂直壓線法，無論是壓制給水管線的信號，還是壓制電力直埋電纜的信號，異常曲線圖上顯示的基本是單峰異常，且異常位置并不位于目標管線的正上方，而是位于兩條管線之間靠近電力直埋電纜一側。

圖8 管線異常曲線(垂直壓線法)

圖10為傾斜壓線法所測得的管線異常曲線，發射器位于電力直埋電纜和給水管道之間，分別用80 kHz、38 kHz、9.5 kHz的發射頻率發射信號。從三種發射頻率的異常曲線可以看到，采用傾斜壓線法探測電力直埋電纜時，從異常曲線中能夠分辨出其異常，但采用38 kHz的發射頻率探測的結果，探測的平面誤差要小于80 kHz和9.5 kHz。

圖9 管線異常曲線(垂直壓線法)

圖10 管線異常曲線(傾斜壓線法)

圖11為夾鉗法所測的管線異常曲線，夾鉗夾在給水管線上，發射器發射頻率為38 kHz。采用夾鉗法探測時，可以對目標管線——給水管線施以非常易識別的信號，且信號對并行的電力電纜耦合很少。從異常曲線圖中，可比較清晰地分辨出給水管線的位置，而電力電纜未見異常反映。

圖11 管線異常曲線(夾鉗法)

3.埋深測量結果分析

本文采用了直讀法和特征點法(70%法)對管線的埋深進行了測量，計算并分析了不同的激發方式下所測得的管線埋深，具體結果如表1所示。

表1 管線埋深測量試驗結果

分析表1可以看到:

1)采用70%法測量的精度要高于直讀方法。所有70%法測量的結果其精度均符合現行行業標準《城市地下管線探測技術規程》(CJJ61—2003)［10］的規定要求;而直讀法測量的大部分結果都不能符合規定的精度要求。

2)直讀測量直埋電纜的埋深時，水平壓線法的測量結果均符合現行行業標準規定的精度要求;傾斜壓線法的測量結果基本符合現行行業標準規定的精度要求;而垂直壓線法的測量結果則都不符合現行行業標準規定的精度要求。

3)給水管線的埋深不宜采用直讀測量方法。

四、結 論

通過實例分析，綜合所有的試驗結果，可以得出如下結論:

1)近間距并行管線所對應的管線組合比較復雜，不能簡單地根據異常峰值的數量來判斷有多少條管線。對于近間距并行的管線，可通過改變激發方式來進行探測。各種探測方法各有所長，亦有局限之處，使用時應注意方法的應用條件。

2)如果現場管線有出露，或有管線的附屬物時，應該優先選擇夾鉗法探測該管線，然后根據現場條件選擇相應的探測方法探測其他管線。

3)與其他壓線方法相比，傾斜壓線法受現場條件的限制少，操作簡單，取得的探測效果也比較好，是一種很有效的實用探測方法，可作為近間距并行管線探測的主要方法之一。采用傾斜壓線法探測時，適宜選擇較高的工作頻率進行激發。

4)采用水平壓線法探測時，如果目標管線上有窨井，應優先選擇將發射機放在窨井中，并選擇較高的發射頻率進行信號激發;探測電纜時，適宜選用較低的發射頻率。

5)大多數情況下，采用垂直壓線法探測，基本都能夠分辨出兩條并行的地下管線。

6)在測量管線埋深時，應優先選擇70%法來測量管線的深度，其測量精度一般高于直讀法，尤其當測量的對象是管道時更應如此。

總之，加強對近間距平行地下管線探測方法的研究，有利于城市管線探測工作的開展，在進行復雜情況下的管線探測時，應結合與之相應的方法技術進行探測，確保地下管線探測的精確定位。

［1］閆振寧，于會山，宋審宇.地下非金屬管線探測方法分析［J］.聊城大學學報:自然科學版，2009，22(1):44-46.

［2］章劍峰，錢強強，俞杰，等.復雜情況下城市地下管線探測體會［J］.城市勘測，2010(3):148-150.

［3］余向東.淺談城市地下管線探測［J］.資源環境與工程，2008，22(U12):102-104.

［4］陳穗生.管線探測四大難題的探測要點［J］.工程勘察，2007(7):62-67.

［5］張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理［M］.北京:中國地質大學出版社，2004:1-2.

［6］劉忠新，范士杰.地下管線探測技術的論述及應用［J］.城市勘測，2003(4):23-25.

［7］杜良法，李先軍.復雜條件下城市地下管線探測技術的應用［J］.地質與勘探，2007，43(3):116-120.

［8］趙獻軍，伍卓鶴.近間距并行管線探測方法的效果對比［J］.物探與化探，2004，28(2):133-135.

［9］成江明.平行地下管線探測技術與方法的研究［J］.中國煤田地質，2005(17):89-90.

［10］中華人民共和國建設部.CJJ 61—2003城市地下管線探測技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

Research on Detection of Parallel Underground Pipeline with Small Intervals

WANG Yong，CHEN Wei

0494-0911(2011)03-0022-04

TU990.3

B

2011-01-21

王 勇(1965—)，男，山東肥城人，博士生，教授級高級工程師，研究方向為城市地理信息工程技術及其應用。