物探方法在軌道交通工程地下綜合管線測量中的應(yīng)用

王世秀

上海京海工程技術(shù)有限公司 上海 200137

在上海軌道交通14、15及18號線工程籌備、設(shè)計、施工各個階段均采用工程物探方法進行過勘察，取得了一些較為成功的經(jīng)驗。根據(jù)軌道交通探測工作的任務(wù)和目的，結(jié)合各地實地工作條件，并針對工作中的重難點內(nèi)容，綜合各類項目經(jīng)驗，通過討論研究，具體方法如下：

1 綜合地下管線探測方法綜述

軌道交通項目中地下管線探測方法如下表1；

表1 管線探測方法選擇

2 金屬管線探測方法與技術(shù)

對目標管線施加一定頻率和適當強度的交變電磁場，該目標管線與大地之間便有相應(yīng)的交變電流通過，該交變電流在其周圍空間產(chǎn)生相同頻率的交變電磁場，即在目標管線周圍形成二次交變電磁場異常，用接收裝置檢測該異常，便能確定目標管線的位置，達到探測地下管線之目的。

探測方法分為主動源和被動源方法，其中主動源法包括直接法、夾鉗法、感應(yīng)法。根據(jù)各類管線特征采用相應(yīng)的方法。例如對電力電纜可采用被動源法；而追蹤地下管線走向或區(qū)分地下管線時，可采用主動源法（直接法、夾鉗法），該方法相對于被動源法探測精度更精確。

3 非金屬管線探測方法與技術(shù)

對非金屬管線的探測方法，則根據(jù)管線的性質(zhì)及材質(zhì)，分別采用實地調(diào)查、地質(zhì)雷達、開挖、管內(nèi)穿金屬線示蹤探測等方法。

實地調(diào)查方法是將窨井蓋打開，在原有管線資料的基礎(chǔ)上，對明顯管線點及其附屬設(shè)施（包括接線箱、電信人孔、電信手孔、儀表井、檢修井、閥門、消火栓等）做詳細的調(diào)查、量測和記錄；查清各類被調(diào)查管線的類型、管徑、材質(zhì)、埋深、走向及管線的連接關(guān)系。對于雨、污水管線，當檢修井內(nèi)有淤泥或雜物時，一般采用L型量桿來量測深度和判斷有幾個方向，量測深度時采用多次量測取平均值來確定，對于無法探底的管內(nèi)底埋深，采用了“頂深＋管直徑“來確定管內(nèi)底埋深。

對于沒有窨井的雨、污水管線不能采用現(xiàn)場調(diào)查方法探查，則可采取地質(zhì)雷達法進行。

4 非開挖管線探測方法與技術(shù)

4.1 導(dǎo)向儀示蹤法

對于非開挖工藝施工的信息、電力管線，應(yīng)采用信標示蹤法進行探查。儀器信標（也稱傳感器）發(fā)出特定頻率的電磁波信號，通過軟桿逐步推進信標示蹤器，同時在地面上利用管線探查儀逐點探查信標所經(jīng)過的位置，實現(xiàn)對信息、電力管線的連續(xù)追蹤。從而獲得非開挖信息、電力管線的實際穿越軌跡與平面位置和埋深。工作原理見圖1。

圖1 地下非開挖信息、電力管線探查示意圖

4.2 井中磁梯度法

采用非開挖工藝施工的燃氣、給水等金屬管線，大多為埋深很大（一般埋深大于5米，有的埋深可達十幾米），但直徑相對又較小，一般無法采用管線儀探測。若采用探地雷達探測則往往受其分辨率的影響而收效甚微并較難識別與判定。因此，宜采用井中磁梯度法和DM電磁法進行精確探測。

一般在均勻無鐵磁性物質(zhì)的土層中，電磁場的磁場強度在理論上為均勻場，而如果土層中有金屬管線這類鐵磁性物質(zhì)存在時，將會在其周圍分布有較強的感應(yīng)磁場，從而產(chǎn)生磁異常。而在金屬管線的上、下部，磁場強度又歸復(fù)到均勻場。由此，對于金屬管線所產(chǎn)生的磁梯度將會有明顯變化。通過探測管線側(cè)面磁梯度的變化，可以確定管線所處位置，進而求得管線的實際埋設(shè)深度。

4.3 DM電磁法

DM探測管線使用甚低頻電流信號，該頻率的信號具有傳輸距離遠和信號穩(wěn)定的特點。常規(guī)條件下發(fā)射機接收機間距1km之內(nèi)，效果穩(wěn)定準確。

在測試樁上，DM發(fā)射機的紅色信號線連接到管道連線，黑色信號線連接到自設(shè)的接地電極或者陽極連線。也可在閥門、凝水缸、出露管道等處施加發(fā)射機信號。在陰保整流器的接線柱上，必須首先斷開管道連線和陽極連線，若陰保整流器對多根管道實施陰極保護，則需要斷開所有管道連線和陽極連線。用DM 發(fā)射機代替陰保整流器，將管道連線和陽極連線分別連接到DM 發(fā)射機的信號線，紅色信號線與目標管道連線相連，黑色信號線與陽極連線相連。

管道防腐層檢測系統(tǒng)，采用多頻管中電流衰減法和交流電位梯度法（ACVG）檢測技術(shù)，采用甚低頻管線定位頻率 （98Hz 或128Hz）和低頻管線定位頻率（512Hz 或640Hz）對目標管線進行定深定位。測量值穩(wěn)定，抗干擾能力強，傳播距離較長，可滿足長距離檢測要求。

4.4 慣性陀螺儀探測

慣性陀螺定位儀三維定位技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一項管線測量新技術(shù)。它結(jié)合了陀螺儀定向、慣性導(dǎo)航、計算機三維計算等技術(shù)，拖拽慣性陀螺定位儀穿行于待測管線（電力管內(nèi)），自動追蹤記錄其在管線（電力管）內(nèi)運動軌跡，生成管道中心軸線的三維坐標與位置圖。測量時受管道材質(zhì)、管道埋深、周圍環(huán)境和地質(zhì)影響較小，也不受電磁干擾，即可實現(xiàn)高精度的管線測量。

5 關(guān)于物探方法在軌道交通工程中應(yīng)用的思考

城市管道鋪設(shè)過程中部分管線材質(zhì)為PE，常規(guī)管線儀無法探測。城市內(nèi)埋設(shè)的市政和公用管線，如有損壞，將給國民經(jīng)濟和人民的生命財產(chǎn)造成重大損失，施工前必須請相關(guān)權(quán)屬單位現(xiàn)場交底，尤其是需要開挖的工程范圍內(nèi)，必須開糟驗證。

現(xiàn)有物探方法還不能有效探測出PE、PVC、砼等非金屬管線，和埋深超過5米的金屬管線；且包裹厚層防火、防腐蝕材料的金屬管線探測信號較弱，故有待于進一步研究。

當?shù)叵鹿芫€是上下兩根重疊或左右兩根距離很近時，只能探明其較淺管線，深部管線可能沒有探測信號，為確保施工安全，建議施工先期開挖樣洞驗證管線實際情況再進行施工。