深埋燃氣管道綜合探測技術探討

張俊鋒 劉忠廣

摘? ?要：本文通過超常規埋深的西氣東輸燃氣管道探測實例，介紹了超常規埋深管道探測的難點以及探測技術，分別從電磁感應、磁場水平分量剖面觀測法、靜力觸探驗證三個方面，對探測資料進行綜合對比分析，互相驗證，提高了探測的準確性、完整性，降低了工程施工作業風險。

關鍵詞：超常規埋深管道;電磁感應;磁場水平分量剖面觀測法;靜力觸探驗證

1 前言

地下管線是城市的“生命線”，其運行安全和科學發展已然成為提升城市綜合承載能力和城鎮化發展質量、保障城市安全運行的重要內容。城市中一些比較重要的管道在埋設過程中遇到河流、池塘、公路等區域時，一般采用定向鉆施工敷設，埋深較大，這些超常規埋深的管道，雖然在管道上方有標志牌，但是由于其竣工資料的欠缺，在管道的埋深和平面位置上存在很大誤差，給局部施工造成了較大的安全隱患，在施工前需進行管道精準的定位、定深，為施工提供有力的技術依據。

現在常規的地下管線探測儀采用電磁法原理，埋深較淺的管線采用管線儀常規方法能夠保證精度，但是管線埋深越大其探測的平面位置和埋深誤差就越大，開挖驗證成本較高、難度較大、效率較低。為了準確判斷超常規埋深管道的平面位置和埋深，我們使用常規地下管線探儀探測其大概的平面位置和埋深，進一步采用非常規的探測方法（磁場水平分量剖面觀測法）擬合理論平面位置和埋深，進而我們使用手搖靜力觸探儀對2種方法探測的理論平面位置附近進行觸探驗證，根據靜探微機接收探頭的阻力值變化情況判定管道位置，使超常規埋深管道得到了較好的驗證效果，本方法簡單、快捷、有效、更安全。通過定向鉆施工的西氣東輸高壓燃氣管道進行精確的定位、定深探測，取得了比較好的探測效果。

2 超常規埋深管道探測方法

超常規埋深管道探測方法主要分為以下幾類：直接法、磁場水平分量剖面觀測法、靜力觸探驗證。

2.1 直接法

直接法就是將發射機與西氣東輸燃氣管道的測試樁連接，對金屬管線直接加載電流，使管線和發射機地線形成一個電流回路，產生電磁場。通過探測磁場，結合特征點法相應的磁場響應特征，確定西氣東輸管道走向，并進行初步的定位、定深。

2.2 磁場水平分量剖面觀測法

磁場水平分量剖面觀測法將發射機與西氣東輸燃氣管道的測試樁連接，激發電磁場，通過觀測磁場水平分量，繪制探測曲線，然后通過軟件進行數值反演擬合，依據擬合反演曲線的對稱關系判定管線的平面位置，計算特征點，推斷管線的深度。

根據線電流的磁場理論：

Hx為磁場水平分量，在某一點x位置處，電流強度i不變，隨著深度h的加大，Hx減小。該情況說明，管線深度愈大，在地面接收到的磁場信號就愈弱。由于深度是確定的，為了增強磁場信號，最有效的辦法是增大管線的載流i。深度一定時，磁場信號與載流i成正比。

設置磁場觀測剖面并記錄觀測的磁場曲線，剖面盡量避開干擾地段，垂直于目標管線走向布置，長度大于管線深度的兩倍，采樣間距一般取0.1m、0.2m。

2.3 靜力觸探驗證

靜力觸探驗證是對地面探測成果的檢驗，距離目標管道附近，可以避開干擾，精度較高，與現有規范中的“開挖驗證”方法相比，效率高、成本低、對環境與交通的影響小。

靜力觸探是以靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中，量測其貫入阻力（包括錐頭阻力和側壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力的大小劃分管道上方介質的物性差異，通過下方探頭所采集的阻力、深度等數據綜合分析，結合磁場水平分量剖面觀測法以及現場情況判定其管道埋深，且野外現場作業簡單、方便、高效、準確。

3 超常規埋深管道探測資料綜合解釋

所采集的探測數據經過數值擬合反演處理后，通過綜合地質、磁場水平分量剖面觀測、靜力觸探進行分析解釋，就可以得到管道的空間位置信息，幾種方法的探測成果綜合分析，分辨率高、精度準確。

實例

昆山市滬宜高速與毛紡路交叉口茆沙塘西岸的樹林內，一條DN610mm、材質為鋼管，東西走向的西氣東輸高壓燃氣管道穿越池塘，埋深在10米左右，在管道通過區域5米范圍內，埋設有通訊電纜，周邊遍布高壓線。由于燃氣公司需要重新鋪設兩條高壓燃氣管道，需要確定出西氣東輸燃氣管道的準確位置和埋深。由于地面環境復雜，管道埋深較大，使用常規的探測方法，信號衰弱，無法確定管道的準確位置和埋深。根據前期收集來的工程勘察資料分析，管道施工場地附近主要分布有人工填土層和第四季全新世海陸交互沉積地層（包括粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土夾粉砂等地層），適宜于使用手搖靜力觸探的方式進行驗證。因此采用直接法、磁場水平分量剖面觀測法、靜力觸探三種探測方法，并進行了探測資料的綜合分析解釋。

（1）直接法探測結果分析

探測時首先采用了直接法，由于管道埋設較深，在管頂的位置磁場變化平緩，很難準確找到極大值位置;現場采用兩測對稱法同時通過變換頻率反復探測，可以確定管道的平面位置為距離該點磁場水平分量觀測起點14.8m處，平面位置基本確定以后，尋找最大值的70%特征點位置，確定兩點之間的距離即為管頂埋深為9.4m。

采用直接法，利用頻率8KHz探測西氣東輸管道平面位置位于距離該點磁場水平分量觀測起點14.8m處，探測管頂深度9.4m;利用頻率33KHz探測西氣東輸管道平面位置位于距離該點磁場水平分量觀測起點14.6m處，探測管頂深度8.9m。

（2）磁場水平分量剖面觀測法探測結果分析

現場通過多種頻率探測的對比，發現低頻信號對管線的耦合能力差，但信號衰減慢，傳播距離遠，通過對比分析8KHZ、33KHZ信號穩定，效果較好，本次采用兩種頻率觀測，互相參考，確保觀測結果的準確性。設置磁場觀測剖面并記錄觀測的磁場曲線，剖面垂直于目標管線走向布置測線P2，剖面長度為30m，采樣間距為0.2m。由南向北逐點觀測磁場并記錄，同一條剖面數據接收機增益保持不變。

根據觀測的磁場水平分量數據由低變高、再變低的變化過程，繪制探測曲線圖，綠線為8K頻率，藍線為33K頻率;然后通過軟件擬合反演曲線（紅線為擬合曲線），依據擬合曲線的對稱關系判定管線的平面位置，計算特征點，推斷管線的深度。曲線圖如圖3.1、3.2所示。

測線P2位于茆沙塘西側毛紡路東側，觀測數據如圖3.1，峰值右側受干擾較小，峰值左側受通信干擾較為嚴重，有明顯的凸起異常，該異常為通信管道信號干擾。

使用頻率為8K觀測：西氣東輸高壓燃氣管的理論平面位置位于距離觀測起點14.7m處、理論埋深為11.8m。如圖3.2所示

頻率為8K和33K的探測的西氣東輸管道理論平面位置相差不大，理論埋深差別較大。

考慮到通信管道的信號干擾。西氣東輸管道理論平面位置位于距離觀測起點14.7m、理論埋深為9.0m。

（3）地質雷達驗證（輔助驗證）

采用100兆頻率天線的瑞典MALA地質雷達測線如圖3.4中的LDP2和LDP3，LDP2雷達剖面靠近池塘，信號凌亂，無法進行數據分析，故選擇在道路硬化路面處探測雷達剖面LDP3，地質雷達探測如圖3.3所示：

地質雷達探測結果顯示西氣東輸管道理論平面位置位于距離地質雷達剖面起點7.78 m處（即距離磁場水平分量觀測起點14.8m處），深度9.4m處有輕微的異常波峰隆起，由于該處臨近河流和池塘，地下水位較淺，地質雷達信號衰減太快，使用地質雷達探測效果不明顯，不能很好的判斷管道的平面位置和埋深。

（4）靜力觸探驗證

根據直接法、磁場水平分量剖面觀測法探測的管道平面位置，選擇靜力觸探孔位，如圖3.4所示;

共布設了4個靜探孔位，其中J9距離測線P2起點14.7m（鉆孔深度12.8m）、J10距離測線P2起點15m（鉆孔深度12.5m）、J11距離測線P2起點14.4m（鉆孔深度9.7m），3個孔位均在管道理論平面位置附近，其中J11在貫入到西氣東輸管道理論埋深處，有明顯地貫入阻力，且J9、J10孔貫入深度大于J11孔未發現有明顯靜力探測異常，結合該區域的地質資料分析，管道附近主要分布有人工填土層和第四季全新世海陸交互沉積地層（包括粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土夾粉砂等地層），J11孔位所探測的貫入阻力不是由地層變化引起的異常，結合該處的剖面觀測數據和地球物理特征可以確定J11孔處貫入阻力為西氣東輸管道引起。

（5）綜合分析解釋

綜合分析，該處地質條件較好，地勢較為平坦，并且靜力觸探異常反應明顯，對該處西氣東輸管道理論平面位置和埋深進行了充分驗證，結合該處磁場水平分量擬合曲線、實地直接法探測結果以及該處的地球物理特征，可以初步確定西氣東輸管道平面位置位于距離磁場水平分量觀測起點14.4m處，埋深為9.7m。

4 結? 論

綜上所述，對于超常規埋深的管道進行定位、定深時，采用多種方法、相互驗證可以達到較好的探測效果和精度要求。

（1）使用常規管線儀采用直接法、磁場水平面分量剖面觀測法可以基本確定管道理論平面位置和埋深。

（2）由于管線埋深較大，探測誤差就越大，根據前2種方法合理布設靜力觸探孔位，根據靜力觸探驗證的曲線圖確定管道準確的平面位置和埋深，這個驗證方法的嘗試在探測管道平面位置和埋深取得較好的效果。

（3）由于超常規埋深的管道鋪設方式的特殊性，以及地下空間的多解性，在進行超常規埋深管道探測時，應采用多種方法進行探測，并對多種探測成果進行綜合的解釋分析，確保探測成果的有效性。

參考文獻

[1]《城市地下管線探測技術規程》CJJ61-2017，中國建筑工業出版社，2017.

[2]姜文青，超深管線探測方法探討，地下管線管理（第77期），2010.

[3]洪立波 李學軍.城市地下管線探測技術與工程項目管理，中國建筑工業出版社，2012.