地下管線探測(cè)方法的探討

徐彬

（招商局漳州開(kāi)發(fā)區(qū)有限公司　福建　漳州　363122）

地下管線探測(cè)方法的探討

徐彬

（招商局漳州開(kāi)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(dān)負(fù)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(cè)；方法

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，地上空間和地下空間的過(guò)度開(kāi)發(fā)，地下管線探測(cè)的緊迫性越來(lái)越高。地下管線具有隱蔽性的特征，這對(duì)它在科學(xué)地探明地下管線的準(zhǔn)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(wèn)題。隨著地下超深管線、密集管線、高阻抗管線越來(lái)越多，面臨的干擾源越來(lái)越多，如天然電磁場(chǎng)、輸電線路、通訊線路、電子器件等；干擾體也越來(lái)越多，如建筑的地下部分所含的金屬物，非控測(cè)目標(biāo)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(chǎng)感應(yīng)和疊加產(chǎn)生干擾強(qiáng)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(cè)工作帶來(lái)的新的挑戰(zhàn)。本文主要探討此類(lèi)情況下地下管線探測(cè)的方法。

1　地下管線的探查的方法選擇

地下管線探測(cè)是指一般采用的實(shí)地調(diào)查、儀器探查和管線測(cè)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(guò)程，應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求，現(xiàn)場(chǎng)工作條件，選擇使用經(jīng)濟(jì)、有效的探查方法，包括實(shí)地調(diào)查方法、物探方法、機(jī)械方法。通過(guò)方法試驗(yàn)進(jìn)行選擇，確定方法的有效性。

根據(jù)測(cè)區(qū)地下管線的物性差異、分辨率、場(chǎng)地條件，非金屬管線與周?chē)橘|(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(dāng)?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(cè)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(cè)儀器一致性、穩(wěn)定性試驗(yàn)。另外，當(dāng)使用多臺(tái)探測(cè)儀時(shí)，應(yīng)將儀器進(jìn)行一致性性能試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)每臺(tái)儀器探查結(jié)果是否一致的分析檢查，來(lái)確定特殊儀器的修正值。當(dāng)儀器處在工作狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在儀器運(yùn)行過(guò)程中對(duì)儀器的穩(wěn)定性進(jìn)行仔細(xì)檢驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀器的性能有變化時(shí)，及時(shí)分析為什么會(huì)造成這種狀態(tài)，同時(shí)對(duì)探查的成果進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)和取舍。

3　物理探查的方法試驗(yàn)

應(yīng)對(duì)方法進(jìn)行選擇和有效性的分析。地下管線與周?chē)h(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(dǎo)電性、介電性、磁性、密度、溫度等等。通常來(lái)說(shuō)，地下管線與周?chē)h(huán)境因素之間是存在明顯的物性差異的，但管線的長(zhǎng)度大小、埋設(shè)深度、當(dāng)?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(duì)物探方法的有效性產(chǎn)生一定的影響。所以，在測(cè)區(qū)踏勘的過(guò)程中，要選擇幾處典型地段進(jìn)行實(shí)際探查試驗(yàn)，對(duì)各種方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證和在面對(duì)特殊情況時(shí)最先考慮的探查方法，比如選擇儀器設(shè)備（對(duì)管線探測(cè)的儀器、地質(zhì)雷達(dá)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(duì)各種方法的非正常特征和適用條件進(jìn)行合理的總結(jié)。選擇具有代表性的方法試驗(yàn)的位置，并對(duì)管線的種類(lèi)和材質(zhì)進(jìn)行充分的考慮、不同埋深，地球物理?xiàng)l件和場(chǎng)地環(huán)境也要引起注意，進(jìn)而使試驗(yàn)中得出的結(jié)論在全測(cè)區(qū)內(nèi)具有指導(dǎo)作用。

4　對(duì)各種方法的最理想的工作參數(shù)的確定

面對(duì)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?xiàng)l件和外界干擾的不同程度，并在相互比較和分析統(tǒng)計(jì)中確定多種方法的最理想?yún)?shù)值，將觀測(cè)信號(hào)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(wèn)題從背景場(chǎng)中很好地分析出來(lái)。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(zhǎng)追蹤距離，探地雷達(dá)法的工作頻率、時(shí)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(guò)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(zhǎng)直載流導(dǎo)線的電磁場(chǎng)、使用管線儀探查地下管線的理論基礎(chǔ)分別是偶極子場(chǎng)和電磁感應(yīng)。對(duì)于在野外埋設(shè)的單條又長(zhǎng)又直的金屬管道，管線儀的使用對(duì)它在地面的投影位置和埋深，可以很精確地確定。不過(guò)相對(duì)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(jiǎn)單的長(zhǎng)直狀分布，同時(shí)外界因素的干擾的因素也較多。干擾的類(lèi)型分別是：不是目標(biāo)管線的物理場(chǎng)、環(huán)境中存在的磁場(chǎng)、工業(yè)中存在的電磁場(chǎng)、車(chē)輛行走中的脈沖電磁場(chǎng)和機(jī)械振動(dòng)等等。②引起定位、定深偏差的主要原因大部分是因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)的不均勻。所以，要根據(jù)在已分析出來(lái)的管線上的探查試驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析定位偏差的規(guī)律性，統(tǒng)計(jì)確定較準(zhǔn)確的埋深測(cè)定方法和修正系數(shù)，以便在探查中對(duì)探查結(jié)果進(jìn)行修正。

地質(zhì)雷達(dá)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(wú)損。但是，復(fù)雜的城市工作環(huán)境條件，導(dǎo)致獲得的圖像也相對(duì)復(fù)雜，反射電磁波記錄包含了各種干擾電磁波信號(hào)，對(duì)識(shí)別、判斷造成影響。

1975年，美國(guó)科學(xué)家Cook通過(guò)不同頻率雷達(dá)，在各類(lèi)地層中的大量試驗(yàn)，總結(jié)出了不同頻率的雷達(dá)在不同地層中的穿透深度，為雷達(dá)的探測(cè)有效性提供了很好的指導(dǎo)作用。

表1　雷達(dá)探測(cè)深度與中心頻率的對(duì)應(yīng)典型簡(jiǎn)表

雷達(dá)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(lái)說(shuō)，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(cè)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(qiáng)，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(shí)探地雷達(dá)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(dá)數(shù)據(jù)，不過(guò)由于雷達(dá)波和地震波在動(dòng)力學(xué)上存在差異，例如衰減性較強(qiáng)，因此只是簡(jiǎn)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(dá)波的衰減比在干的情況下要大很多，而地震波在這一點(diǎn)上卻是相背的，探地雷達(dá)的穿透深度比地震波要淺得多。

圖1　雷達(dá)探測(cè)試驗(yàn)

6　物探方法的綜合運(yùn)用

電磁感應(yīng)法：常用的儀器為管線探測(cè)儀，具有儀器輕便，效率高的特點(diǎn)。對(duì)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(jì)的主要方法。但對(duì)非金屬管道和連通性不好的金屬管道，管線探測(cè)儀直接探測(cè)往往無(wú)能為力。

地質(zhì)雷達(dá)法：利用地下管線與周?chē)橘|(zhì)之間普遍存在的介電性、導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性差異，是探測(cè)非金屬管道和金屬管道的主要方法。但探地雷達(dá)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?zhuān)瘦^低。

地震波法：常用的儀器為地震儀或工程檢測(cè)儀，利用地下管線與周?chē)橘|(zhì)之間普遍存在的密度差異，可用于探測(cè)硅管、塑料管、復(fù)合塑料管等。該方法效率較低，易受運(yùn)動(dòng)車(chē)輛等周?chē)h(huán)境的干擾。

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

高密度電阻率法：主要利用地下管線與其周?chē)橘|(zhì)間的導(dǎo)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(shí)際控查過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用不同的方法技術(shù)和探查裝置，如對(duì)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(duì)探查結(jié)果做綜合解釋?zhuān)苋〉煤芎玫男Ч@是物探方法本身的特點(diǎn)所決定的，所以，尤其是對(duì)疑難或較復(fù)雜條件下的地下管線，要堅(jiān)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(yǔ)

筆者通過(guò)幾年的實(shí)踐，認(rèn)為在地下管線測(cè)量中應(yīng)該注意：①探測(cè)地下管線是一項(xiàng)綜合性、技術(shù)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。②在地下管線探測(cè)時(shí)帶電作業(yè)時(shí)，一定要引起注意，并加強(qiáng)安全防范意識(shí)。③在打開(kāi)窨井蓋調(diào)查之前，對(duì)有害和有毒及可燃?xì)怏w的濃度要進(jìn)行測(cè)定，并且采取相應(yīng)的保護(hù)措施，保證生產(chǎn)安全性。④在新方法、新技術(shù)、新儀器時(shí)使用時(shí)，要提前試驗(yàn)，保證探準(zhǔn)確性能夠達(dá)到規(guī)范要求。

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

[3]趙俊蘭.地下管線探測(cè)綜合模式的探討.北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（01）.

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2015-7-12