復(fù)雜條件下城市地下管線探測技術(shù)的應(yīng)用探究

陳杭

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢430010）

物探技術(shù)是當前較為先進的探測技術(shù)，但是如果出現(xiàn)復(fù)雜的條件，地球物理異常形成的多解性與地球物理技術(shù)存在的應(yīng)用局限性導(dǎo)致物探技術(shù)使用期間產(chǎn)生異常，難以進行解釋與推斷。在近距離條件下，探測并行管線，對非金屬材質(zhì)管線實施探測，消除與識別干擾類因素。如果不能解決探測過程中的難題，最終無法得到高質(zhì)量的管線探測結(jié)果。現(xiàn)結(jié)合復(fù)雜條件情況，研究城市地下管線探測相關(guān)的問題。

1 地下管線探測技術(shù)的主要原理

在地下管線探查活動中，電磁法是比較常用的技術(shù)方法，其物性基礎(chǔ)主要是周邊介質(zhì)與地下管線形成的導(dǎo)磁性差異、導(dǎo)電性差異，通過電磁感應(yīng)原理完成研究與觀測的基本任務(wù)，確定電磁場的時間以及空間具體的分布規(guī)律，定位地下管線。進行探測地下管線時，借助別動或者主動激發(fā)場源，管線內(nèi)部產(chǎn)生電流，管線系統(tǒng)內(nèi)部的電流在周邊空間產(chǎn)生頻率一致的交變類電磁場，通過物探設(shè)備在地面對電磁場進行觀測，確認空間分布情況，依照電磁場的具體特征，掌握管線實際位置。

形成探測條件：將電磁場設(shè)置到地下管線系統(tǒng)中，可計算與探測分布特征與分布規(guī)律。處于目標管線上的場源需要激發(fā)電流，并形成一定的強度，電流不可過多地通過介質(zhì)、干擾物與非目標管線，進而將干擾因素消除或者進行壓制。

探地雷達借助周邊介質(zhì)與地下管線之間存在物性不同，實現(xiàn)探測目標，其屬于非破壞類的探測設(shè)備，探測時重點運用高頻電磁波，可實現(xiàn)地下介質(zhì)分布狀況的相應(yīng)探測目標，可提供掃描圖像。在地面轉(zhuǎn)移發(fā)射填的位置，雷達可將高頻電磁波發(fā)射到地下，電磁波與各個電性界面進行接觸，產(chǎn)生反射作用，除此之外還有折射與透射。如果電介質(zhì)之間存在過大的電性差異，就會形成更大的反射型回波能量。電磁波被通過反射的方式發(fā)送到地面上，接收天線和發(fā)射天線進行同步移動，借助雷達主機對信息實施記錄，主要記錄內(nèi)容包括波長、振幅、相位與時間等，利用信號疊加有效放大，應(yīng)用圖像合成技術(shù)與濾波降噪技術(shù)，對數(shù)據(jù)實施處理以及加工，掌握地下剖面的基本狀況，判讀雷達圖像，獲取地下管線對應(yīng)的分布狀態(tài)與位置。

2 在復(fù)雜條件下針對地下管線應(yīng)用探測技術(shù)

2.1 探測近間距并行式管線

城市中可使用的地下空間相對比較少，埋設(shè)管線時，主要運用平行埋設(shè)的方式，其會給探測近距離并行式管線構(gòu)成較大的不利影響，如果管線之間的距離不大，異常曲線大多為單峰狀態(tài)，無法通過峰值，對管線數(shù)量加以判斷；如果管線之間的距離過大，異常同樣會形成一些峰值，然而曲線存在不對稱性，管線對應(yīng)的平面位置針對異常峰值存在位移的情況。導(dǎo)致這些現(xiàn)象的原因是管線間產(chǎn)生互感與耦合的作用，進而形成了異常疊加。必須對這種異常情況展開壓制，可調(diào)整工作方式：

可運用直接法，針對管線向外出露的位置，進行充電，對充電方向與接地進行調(diào)整，確保管線可以順延目標管線進行流動，探測金屬管道時可運用此種方法；運用鉗管線形成感應(yīng)電流，針對電力與電信類電纜可應(yīng)用該方法。還可運用壓線法，在一些特別的探測條件下，無法應(yīng)用夾鉗法與直接法，就可引進感應(yīng)閥，在控制干擾問題時，可對垂直、傾斜以及水平壓線法加以應(yīng)用。如果兩條管線位置相鄰，但是材質(zhì)與埋深均存在差異，管線處于電磁場內(nèi)部的具體場位與磁感應(yīng)性不一致，因此形成差異化的感應(yīng)電流，借助發(fā)射機設(shè)備產(chǎn)生的壓線感應(yīng)，在目標管線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，對旁側(cè)存在的干擾因素進行壓制，對目標管線產(chǎn)生的有效異常加以獲取，定位地下管線。

2.2 探測各種非金屬類管線

地下管線具有豐富的種類，管線材質(zhì)不一，在一個管線系統(tǒng)中，運用的材質(zhì)也有很多種。通過管線儀裝置來定位探測金屬管線，但是無法完成非金屬類管線的探測任務(wù)，當前可使用的物探技術(shù)也極為多樣，但大部分使用效果均不佳。管線探測需對處于淺地表中的管線對應(yīng)的精準空間位置定位問題加以解決，存在極高的精度要求，需符合厘米級別。管線探測儀裝置在處理非金屬管線時，很難產(chǎn)生相應(yīng)的探測效果，因此可使用探地雷達。

一些影響因素會給探地雷達的使用構(gòu)成相應(yīng)的影響，周邊介質(zhì)的材質(zhì)與地下管線材質(zhì)會給探測影響。介電常數(shù)之間有差異，當差異增大之后，反射界面就更加明顯，反射系數(shù)也因此而增大，異常圖像更加清晰化，當介數(shù)差異縮小后，反射界面并不明顯，雷達難以對反射信號進行探測。電導(dǎo)率同樣也是關(guān)鍵的影響因素，介質(zhì)吸收系數(shù)與電導(dǎo)率之間存有反比的關(guān)系，如果介質(zhì)電阻率不大，但是吸收系數(shù)比較大，電磁波僅有較小的穿透深度，雷達難以接受反射信號。南北方的潛水面深度并不一致，北方偏深，南方偏淺，介質(zhì)出現(xiàn)含水情況之后，原本的吸收系數(shù)因此而變大，在北方使用探地雷達有更好的效果。

管線周邊介質(zhì)的實際均勻程度是影響因素之一。在埋設(shè)地下管線時，往往采取挖溝回填以及覆蓋的施工技術(shù)，最終原土層與回填土結(jié)構(gòu)被破壞，因此電導(dǎo)率與介電常數(shù)也出現(xiàn)了不一致的情況，回填土內(nèi)部存在一定的建筑垃圾，具體有磚頭與塊石，土質(zhì)與這些雜物同樣有電導(dǎo)率以及介電常數(shù)方面差異，干擾異常情況在雷達剖面上出現(xiàn)，影響到識別管線異常的工作。探測期間，必須預(yù)先掌握管線主要信息，包括埋設(shè)狀況、材質(zhì)與規(guī)格，不能忽視反射波出現(xiàn)的波形特征、規(guī)模與異常形態(tài)，以管線的干擾隨機性與連續(xù)性為準，對具有穩(wěn)定波形特征以及連續(xù)產(chǎn)生的反射異常加以探測與識別。

探測環(huán)境會產(chǎn)生一定的干擾性影響。使用雷達實施探測時，需在平坦的地勢條件下進行，規(guī)避無線電式射頻源與大件的金屬材質(zhì)物體，這些干擾因素在對雷達形成影響之后，使其反射波形成異常的情況，雷達系統(tǒng)可能無法有效工作。可使用的地下空間資源并不充裕，因此需要在近距離條件下埋設(shè)管線，部分管線采取平行排列的方法，另外還有斜列敷設(shè)與上下排列的方式，均會給雷達探測活動構(gòu)成影響，探測管線的工作在全面落實前，應(yīng)先調(diào)查各種不同的管線處于的具體位置，制作材質(zhì)與具體規(guī)格，實現(xiàn)排除干擾的目標。

3 技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

建設(shè)城市期間，探測地下管線的工作具有極強的必要性，管線最初建設(shè)時，未保存完整材料，材料也欠缺精準度，管理地下管理工作存在落實不到位的情況，無法進行統(tǒng)一化的管理，與地下管線相關(guān)的法規(guī)與制度也有不少待完善之處，當前使用的探測技術(shù)較為單一化。因此需要先圍繞管線的具體情況，形成集約化管理方案，既要解決管線無序的狀況，不可進行重復(fù)建設(shè)，進而降低探測管線條件的復(fù)雜化程度。非金屬類管道被更多地運用到地下管線系統(tǒng)中，煤氣管道需要預(yù)防泄漏與腐蝕的狀況，因此使用鋁塑復(fù)合材質(zhì)類管道、PE 管道以及PE 塑料管等，應(yīng)用的新型管材也有很多。水管道系統(tǒng)也運用多種復(fù)合型非金屬材質(zhì)的管材，可預(yù)防積垢與結(jié)垢的情況。由于非金屬管線不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁，是管線探測的一大難題，探地雷達盡管可以探測，但在一些復(fù)雜條件下，探測效果和探測精度仍然得不到保障，也不適用于大面積的城市地下管線普查。解決非金屬管線的探測問題應(yīng)從兩方面人手，一是在管線鋪設(shè)的同時埋設(shè)金屬示蹤線或記標釘，為今后的非金屬管線的探測提供條件，用金屬管線探測儀探測示蹤線就可以準確對地下管線進行定位，所以應(yīng)建立和完善管線建設(shè)的法規(guī)、標準，推廣非金屬管道示蹤線的埋設(shè)。二是加強非金屬管線探測方法和儀器的研發(fā)，隨著非金屬地下管線敷設(shè)越來越廣泛，金屬管線探測儀很難解決非金屬的探測問題，現(xiàn)在一些探測非金屬管線的物探方法和儀器，無論是精度還是效率都不能滿足城市地下管線探測的要求，不適用于大面積的城市地下管線普查。除了雷達，利用聲波技術(shù)制造的非金屬管線測位儀也被采用，但精度還有待于進一步提高。

結(jié)束語

本文重點研究了地下管線探測方面的問題，以復(fù)雜條件為基礎(chǔ)，首先分析了探測中各種技術(shù)原理，而后在具體的復(fù)雜條件中，研究探測技術(shù)的實際應(yīng)用情況，結(jié)合具體的應(yīng)用狀況，應(yīng)當在日后的地下管線探測活動中做出調(diào)整，首先在鋪設(shè)管線的環(huán)節(jié)中，需對記標釘與金屬示蹤線，以此來支持探測非金屬類的管線的工作；同時研發(fā)探測非金屬類管線的儀器裝置與技術(shù)。