淺談大埋深管線探測技術(shù)方法

柴錄澤，郭根會

(保定金迪地下管線探測工程有限公司，河北保定071051)

一、前 言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，地下管線的數(shù)量日趨龐大，掌握地下管線的詳細(xì)信息是城市信息化的基礎(chǔ)。近年來針對地下管線的信息普查，各權(quán)屬單位均作了大量的工作，然而對于埋深較大的地下管線，其深度與平面位置的探測難度較大，嚴(yán)重影響著管線安全運行，給局部施工帶來了安全隱患。隨著非開挖技術(shù)的大力發(fā)展，以非開挖敷設(shè)的管道數(shù)量逐年激增，其埋深一般在3～20 m之間，且長距離無出露點，給管線的精確定位帶來了極大困難，一般技術(shù)方法無法對其進(jìn)行探測。另外，高壓燃?xì)獾葘I(yè)管線本身要求深度敷設(shè)，還有道路的回填加高路面等使管線埋深加大，其埋深都超出了管線探測儀的探測范圍。針對以上大埋深管線，筆者經(jīng)過多次方法試驗，就以下各探測方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

二、磁法探測

1.基本原理

地下金屬管線一般是鋼管、鑄鐵管、可穿示蹤線的砼管或PVC管道，具有較強(qiáng)的電磁性，受到大地磁場的作用，會在周圍產(chǎn)生次生磁場，稱為異常場。用磁力儀進(jìn)行地面磁場的觀測，把地表實際觀測到的正常場和異常場進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過研究異常場的特性來計算地下管線的平面位置及埋深。

2.測線布置

依據(jù)所了解管線的大致走向及埋深，根據(jù)實際地形及工作需要，沿管線垂直方向布設(shè)測向，測線長度依據(jù)管線的埋深，一般為管線埋深的5倍以上。為保障管線探測的連續(xù)性，測線間距一般為10 m，編號為L0、L10、L20、L3、…，測點距離為0.2 m，編號為P0、P2、P4、P6、…。各測點的坐標(biāo)可用RTK直接測量。

3.數(shù)據(jù)采集

用精度為0.01 nT的高精度磁力儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按每條線逐點采集TC，標(biāo)明線號及點號。高精度磁力儀大多采集數(shù)據(jù)為地磁總場，由于數(shù)據(jù)采集時間較短，因此不必要作日變改正。

4.數(shù)據(jù)處理

1)深度直接測定。對全部數(shù)據(jù)按點位坐標(biāo)利用磁法數(shù)據(jù)處理軟件計算，如圖1所示。M為管線的磁化強(qiáng)度，單位A/m;r為管線中心至地面測點的距離，單位m。則測點的磁異常可近似為ΔT(單位:nT)公式為

圖1

由式(1)可計算得出，ΔT最大時對應(yīng)r值最小，h為管道的埋深，x為測點到管道正上方地面的距離，則測點在管線的正上方時測點到管線正上方的平面距離約等于管線的埋深。依據(jù)這一成果可繪制管線磁異常剖面圖，并計算出管線的位置與埋深。

2)切線法計算平面位置及深度。利用異常曲線上的特征點，并過特征點作曲線的切線，通過切線之間的坐標(biāo)管線計算管線走向及埋深。該方法操作較為方便，受一次場影響較小，是常用的反演方法。如圖2所示，過異常曲線的頂及2個底部作3條水平切線，再沿曲線兩側(cè)作2條斜切線，水平切線與斜切線有4個交點。設(shè)4個交點的坐標(biāo)分別為X1、X2、X3、X4，則埋深公式為

此計算方法可根據(jù)實地情況，有效地避免非目標(biāo)體的干擾，探測精度較高。

圖2 管線磁法探測磁異常剖面圖

二、激電電阻率法探測

1.基本原理

激電電阻率法工作原理與常規(guī)電法類似，是以介質(zhì)的導(dǎo)電性、電化學(xué)性質(zhì)差異為基礎(chǔ)，通過向大地供正反向脈沖電流，獲得視電阻率和視充電率(視極化率)參數(shù)，通過研究這些參數(shù)的分布規(guī)律從而來確定地下管線的走向和埋深。

2.工作方法

由于管線一般敷設(shè)在道路的兩側(cè)，地表高壓輸電線路較多，道路運輸車輛活動頻繁，因此一般采用抗干擾能力較強(qiáng)的擬地震大功率三極激電測深電法勘探，根據(jù)場地的地形、地貌特點，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)特性，三極激電測深點距2 m。

3.數(shù)據(jù)采集

采用單極-偶極裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，就是供電電極可以在接收電極的兩側(cè)，它的特點是中淺部數(shù)據(jù)密度大，精度較高(如圖3所示)。定各相鄰供電點(A1、A2…An)之間距離(測深點距)為2 m;MN=2 m;無窮遠(yuǎn)極大于150 m;供電周期8 s;供電電流0.5～4 A;供電電壓600～3000 V;觀測參數(shù)為視充電率(ms)和視電阻率(Ω·m)。

4.數(shù)據(jù)處理

利用反演軟件對所測原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，繪制出每條剖面的視充電率平面等值線圖及視電阻率平面等值線圖，結(jié)合兩者圈定管線平面位置和埋深(如圖4所示)。

圖3 單極—偶極激電測深雙邊測量裝置示意圖

圖4

5.激電電位探測

為簡化電法探測流程，提高工作效率，特利用管線上的感生電流產(chǎn)生電位場，對其進(jìn)行測定，利用電位分布狀態(tài)進(jìn)行管線定位，具體方法為:將發(fā)射電極置于管線的兩側(cè)，兩電極之間的距離一般為管線埋深的5～8倍，測線垂直于管線走向分布，測線間距一般為20 m，必要時可適當(dāng)增減，測點間距為2 m，每條測線布設(shè)10個測點。采集每個測點的電位，繪制電位圖，利用切線法可求得管線的平面位置及埋深(如圖5所示)。

圖5

三、低頻管線探測儀

低頻管線探測儀也是常規(guī)管線探測儀的一種，低頻管線探測儀一般指探測頻率在幾Hz至1000 Hz之間，其特點是電磁信號在傳播過程中衰減較慢，故探測深度較大，探測距離較遠(yuǎn)。常用的方法有單端連接和雙端連接，由于非開挖管線出漏點較少，因此雙端連接要用到長導(dǎo)線。管線探測儀的理論方法較為熟悉，使用方便，為首選方法。

四、井中磁法探測

在管線密集且埋深較大時，可使用井中磁法進(jìn)行探測。可在管線的一側(cè)布置鉆孔，將磁力儀的傳感器放入鉆孔內(nèi)，觀測鉆孔內(nèi)磁異常垂直分量Z的梯度分布狀態(tài)，繪制成磁異常剖面曲線，計算管線的平面位置和埋深(如圖6所示)。

圖6 井中磁法探測裝置

五、探測效果總結(jié)

通過多處試驗數(shù)據(jù)分析，各種方法的探測效果總結(jié)見表1。

表1

略)