深埋電力管線的探測實踐

楊平科

(山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南250101)

一、引 言

杭州德勝路快速路東段工程西起滬杭高速，東至下沙文匯路，為杭州市重點工程。在工程所經(jīng)過的德勝東路與九盛路交叉口，有杭州市電力局通過拖拉管方式埋設(shè)的兩路220 kV電力電纜，該兩路管線無準確、可供設(shè)計參考的竣工資料，給道路工程的設(shè)計和施工帶來了安全隱患。為避免在施工中對管線造成破壞引發(fā)不必要的損失，需要準確掌握此路口地下高壓電力管線的實際敷設(shè)情況，并最終為設(shè)計和施工提供參考。

二、現(xiàn)場工作簡況

通過現(xiàn)場情況及已有資料，了解到目標管線為拖拉管施工，為兩路220 kV的電力電纜，分兩次拖拉，斷面均為600 mm×600 mm，各為4孔，各穿3根電力線和1根通信線。埋深最深處約8 m，采用常規(guī)探測方法效果很不理想。

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和前期物探方法試驗情況分析，采用電磁感應(yīng)方法、觀測磁場的水平分量(基本場)是相對簡便、有效的手段。通過目標管線出露點用夾鉗方式激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，加大發(fā)射功率，可增加追蹤距離。

結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境條件，垂直目標管線走向布置2條磁場觀測剖面，其中Ⅰ號位置剖面長20 m，Ⅱ號位置剖面長18 m，磁場記錄點距為20 cm，采用RTK測量方法準確確定剖面線的起始位置。如圖1所示，黑色粗線為工作剖面。因受現(xiàn)場條件限制，本次只布設(shè)了2條觀測剖面。

現(xiàn)場探測所使用的儀器為RD8000地下管線定位儀，工作頻率采用8 kHz，并在Ⅰ號剖面上采用33 kHz進行了檢驗。

為描述方便，自西向東將兩已知電纜分別編號為DL1和DL2(在出露點處可見)，圖中細虛線為直連施工井的推斷位置。

圖1 觀測剖面位置圖

三、工作方法

根據(jù)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。

1.激發(fā)方式

頻率域地下管線的探測，實際上探測的是線電流在空間形成的磁場，給目標管線加載足夠的電流，是探測管線的基礎(chǔ)。對于目標管線我們采用夾鉗分別夾DL1、DL2，增益100%，發(fā)射機對夾鉗輸出的特定頻率的電流，夾鉗產(chǎn)生的磁場再對所夾管線進行耦合激發(fā)，從而使目標管線產(chǎn)生足夠強的電流，在地面接收到信噪比較高的磁場信號。

2.工作頻率的選擇

并非所有頻率都能收到穩(wěn)定的磁場信號，現(xiàn)場通過多種頻率探測的對比，發(fā)現(xiàn)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8 kHZ信號穩(wěn)定，效果較好。

3.觀測剖面的設(shè)置

設(shè)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，本次采樣間距取0.2 m。由西向東逐點觀測磁場的場值并記錄，同一條平面數(shù)據(jù)接收機增益保持不變，數(shù)據(jù)不能溢出。

4.磁場曲線的處理

觀測的磁場水平分量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)由低逐步向高、再向低的變化過程，繪制曲線圖，依據(jù)曲線的對稱關(guān)系判定管線的平面位置，計算特征點，推斷管線的深度。

四、資料的分析

圖2為在觀測剖面Ⅰ對電力1線探測所記錄的磁場曲線及反演曲線。曲線圖中灰線為實際探測曲線，實線為擬合曲線。

圖2 剖面I上DL1夾鉗探測記錄的磁場曲線及擬合曲線

圖3為在觀測剖面Ⅰ對電力2線探測所記錄的磁場曲線。

圖3 剖面I上DL2夾鉗探測記錄的磁場曲線及擬合曲線

對比圖2、圖3，曲線異常的位置不重復(fù)，說明探測到的是不同的目標管線，依據(jù)曲線總體情況大體可以判斷目標管線的位置。圖2中剖面東側(cè)有另一個干擾異常，交合處曲線變陡，是反向電流空間磁場的疊加。圖3中剖面東側(cè)亦有干擾異常。

圖4為在觀測剖面Ⅱ?qū)﹄娏?線探測所記錄的磁場曲線。

圖4 剖面II上DL1夾鉗探測記錄的磁場曲線及擬合曲線

圖5為在觀測剖面Ⅱ?qū)﹄娏?線探測所記錄的磁場曲線。

圖5 剖面II上DL2夾鉗探測記錄的磁場曲線及擬合曲線

剖面Ⅱ上二路電力電纜的探測效果與剖面Ⅰ類似，異常位置錯開，說明是不同管線的異常，同樣有來自右側(cè)的干擾。

以曲線擬合反演的結(jié)果來確定管線的位置和深度，依據(jù)曲線的總體趨勢判定的結(jié)果比極大值法、特征點法要準確得多，見表1。

從2條觀測剖面綜合分析，A、C點可判定為電纜1的位置，B、D點可判定為電纜2的位置，AC線與BD線基本平行，間距約為5 m，見圖1中粗虛線。

AC線與原推斷的電纜1平面距離6.3 m，BD線與原推斷的電纜2平面距離2.3 m，說明二路電力拖拉管線并非直線施工，而是具有一定的弧度。

在觀測剖面Ⅰ上對電力1線也采用33 kHz的收發(fā)頻率進行了試驗，記錄磁場曲線如圖6所示，與圖2(8 kHz)類似，不僅右側(cè)有干擾異常，中部也出現(xiàn)了其他管線的異常。

表1 管線異常分析結(jié)果

圖6 剖面Ⅰ上DL1夾鉗探測記錄的磁場曲線及擬合曲線(33 kHz)

五、結(jié)束語

本次物探發(fā)現(xiàn)了二路深埋高壓電力管線較為明顯的磁場異常。結(jié)合有關(guān)資料、現(xiàn)場物探工作和探測資料的分析，得到如下推測結(jié)果:

本次物探推斷的異常位置具體見圖1的粗虛線所示。根據(jù)所觀測的資料，A、C異常為DL1在探測剖面上的反映;B、D異常為DL2在探測剖面上的反映。

鑒于本次工作現(xiàn)場干擾因素多(交通繁忙路口)，其他管線也較密集，特別是分布在目標管線上方與之平行的3條電纜，它們產(chǎn)生的磁場也疊加在記錄的數(shù)據(jù)中，使得本次探測未能取得單一的目標管線的異常，這對探測結(jié)果的影響較大。另外，也由于物探的間接方法特點，推測結(jié)果存在著一定誤差。按照有關(guān)技術(shù)標準，建議在使用本結(jié)果時，以推測的目標電纜平面位置為中心，分別沿剖面方向兩側(cè)各擴展不少于2個測點距離(即不小于40 cm)作為目標電纜的可能范圍，推測的埋深誤差不大于相應(yīng)實際埋深的15%。

考慮兩組電力電纜均采用600 mm×600 mm的套管埋設(shè)，夾鉗夾取井中最東面和最西面的線，不能保證觀測剖面處電纜分布與井中格局一致，對物探結(jié)果的推測有一定的影響產(chǎn)生。按照《城市工程地球物理探測規(guī)范》(CJJ7—2007)的有關(guān)規(guī)定，工程施工使用本物探資料前，采用相應(yīng)的驗證手段，驗證本次物探結(jié)果的可靠性。

建議在條件允許的情況下，使用陀螺儀三維精確定位技術(shù)、地面高精度磁測、井中磁梯度探測、探地雷達等方法探測，目前這些物探方法均有探測深埋管線成功的案例，采用各種方法對比探測，可以獲得比較準確的探測結(jié)果。

［1］北京市測繪設(shè)計研究院.CJJ 61—2003城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］洪立波，李學(xué)軍.城市地下管線探測技術(shù)與工程項目管理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.