淺談城市地下管線物探技術和方法

張志文（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110004）

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淺談城市地下管線物探技術和方法

張志文
（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110004）

摘 要：地下管線普查得到了城市管理部門的重視，管線探測技術和方法在普查中起決定性作用。本文介紹了管線探測常用的幾種方法以及各種方法的原理、特點及使用技巧等。

關鍵詞：物探技術；電磁法；感應；探地雷達

2014年國務院辦公廳印發(fā)了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》，住建部等五部委也發(fā)出了《關于開展城市地下管線普查的通知》，目前全國大部分城市都在開展地下管線普查工作。在普查過程中也遇到了一些問題，其中最為重要的是如何更準確的確定埋于地下的管線位置。下面就介紹一下地下管線的物探技術和方法。

1　探查地下管線的工作原則

地下管線種類繁多，結(jié)構復雜，探測時需弄清各專業(yè)管線的特性采用相應的探測技術方法，達到有的放矢，高效率、高質(zhì)量地完成任務。

應用物探技術方法探查地下管線應遵循如下原則：

（a）從已知到未知

探測區(qū)管線埋設情況完全已知的路段先行探測，探測方法基本確定后再推廣到待查路段。

（b）從簡單到復雜

先查管線較少稀疏的路段再查管線密集困難的路段；埋深較淺的管線先查，較深的后查；大管徑管線先查，小管徑后查。

（c）方法有效、快捷、輕便

盡量采用成本低、效果好的技術方法。

2　物探方法的選擇

進行管線探測時，目標管線應與周圍介質(zhì)有明顯的物性差異，例如電性差異、彈性差異等。目標管線所產(chǎn)生的異常磁場應有足夠的強度，使其能夠從干擾背景中清楚地分辨出來。

物探方法應根據(jù)工程的要求和探測區(qū)域的不同地球物理條件在開工前通過方法實驗來選擇確定。目前已知的探測方法主要有：電磁法、地震波法、電磁波、法直流電法、聲波法、磁法、地震波法等。一般情況下，金屬管線大多采用電磁法，電力電纜可采用被動源法，非金屬管線多采用電磁波法（探地雷達）和示蹤電磁法。

3　工作原理

電磁法可分為頻率域電磁法與時間域電磁法，目前地下管線探測中以頻率域電磁法為主。

無限長載流導體在它周圍存在著磁場，這些磁場可以被捕捉到，探測時使管線帶上電流，讓管線理想化成一條無限長載流導線，就可以間接的探測管線的空間狀態(tài)。通過發(fā)射裝置對金屬管線探測時施加一次交變場源，激發(fā)產(chǎn)生感應電流，在周圍產(chǎn)生二次磁場，接收機就可以在地面探測到二次磁場及其空間分布，作業(yè)員根據(jù)分布特征判斷管線的水平位置和埋深。原理如圖1所示。

4　地下管線的探查方法

4.1金屬管線的探查方法

金屬管線一般采用頻率域電磁法。根據(jù)場源性質(zhì)一般分為被動源法和主動源法。

被動源法由于不需人工建立場源，所以工作較為簡便，但被動源不夠穩(wěn)定、干擾大、激發(fā)方式不可變，所以不能作為精確定位方法，只能對區(qū)域進行盲探初步定位。被動源有兩種方法即工頻法和甚低頻法。工頻法是指利用電纜中的50Hz～60Hz工頻信號和工業(yè)游散電流，它們在電纜中或金屬管道中所產(chǎn)生的電磁場進行管線探測的方法。甚低頻法主要是利用甚低頻無線電臺的無線電信號，在目標金屬管線中感應所產(chǎn)生的電磁場進行管線探測的方法。探測時只需要將接收機調(diào)整到相應頻段即可作業(yè)。

主動源法指通過發(fā)射機向目標管線發(fā)射足夠強的特定頻率的交變電磁場，會使目標金屬管線受到激發(fā)，從而產(chǎn)生感應電流、二次磁場，使用接收機進行接收判斷管線位置的方法。一般分為直接法、夾鉗法、感應法。

（a）直接法

直接法是將發(fā)射機輸出一端直接連到金屬管線上，另一端接地或接到金屬管線的另一端，利用直接加載的電磁信號進行追蹤定位。有雙端連接、單端連接和遠接地單端連接三種，定位、定深精度高，容易分辨相鄰管線。但管線必須有裸露點而且需要良好的接地條件。

（b）夾鉗法

通常是利用管線儀配備的夾鉗（耦合環(huán)），套在待測金屬線纜上，把信號加在目標管線上。這種方法信號強，探測精度高，但必須目標管線有裸露點，待測管線的直徑應小于夾鉗的直徑，該方法主要適合于電力、通訊等金屬線纜類管線。

（c）感應法

在實地探測時往往找不到管線的出露點，這就需要采用感應法。感應法不需要接地裝置，直接將發(fā)射機放置在管線的正上方，發(fā)射機發(fā)射信號，使目標管線產(chǎn)生感應電流，此時在周圍形成電磁場，作業(yè)員通過接收機進行接收，完成對管線的搜索和定位。此方法是管線探測中最為常用的方法，操作簡單，效率高。但信號抗干擾能力差，需要較強的實踐判別經(jīng)驗，不同廠家的儀器都有其各自的特點需要實戰(zhàn)來掌握技巧。

4.2 非金屬管線的探查方法

非金屬管線是指那些材質(zhì)為砼、塑料、陶瓷管等材料的管線，以排水居多，近些年給水、燃氣也有部分采用塑料材質(zhì)，探測難度較大，一般探測方法采用穿線或發(fā)射探頭配合探管儀方法和探地雷達法等。

（a）發(fā)射探頭法

發(fā)射探頭法也叫示蹤法，是將能發(fā)射電磁信號的示蹤探頭或者示蹤導線送入非金屬管線內(nèi)，在地面上用接收機探測探頭發(fā)出的電磁信號確定管線走向和埋深。此方法信號強效果好，但探測長度受探頭線纜長度限制。

（b）探地雷達法

探地雷達法也叫電磁波法。它可以探查金屬和非金屬管線，常用于電磁探管儀難以探測的非金屬管道如排水暗渠、塑料材質(zhì)的管線和地下人防工程等。

地質(zhì)雷達是通過半波偶極天線，向地下發(fā)射寬頻帶高頻短脈沖電磁波，因為地下不同介質(zhì)具有不同的物理特性，當發(fā)射的電磁波穿過地下不同地層時，由于阻抗不同會發(fā)生反射和折射，所以返回地面的電磁波脈沖的傳播路徑與電磁場的強度會隨介質(zhì)的電性質(zhì)差異及幾何形態(tài)而變化，所以從地質(zhì)雷達接收到的反射波、幅度及波形資料可以用來判斷地下介質(zhì)結(jié)構。此方法難點在于對波形圖像的分析，需要不斷積累經(jīng)驗，熟悉不同介質(zhì)的波形特征。常用于管線斷面測量和管線檢查驗收使用。

結(jié)語

隨著城市的不斷發(fā)展，新材料新技術在不斷被應用，管線探測難度也越來越大，多種探測方法綜合利用成為趨勢，但管線探測只是一個輔助手段，政府部門的規(guī)范管理和管線竣工測量的及時跟蹤，同時建立城市綜合管線信息系統(tǒng)，這才是管理城市管線的最好辦法。

參考文獻

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[2]李大新.探地雷達應用與方法[M].北京：地質(zhì)出版社.

[3]CJJ61-2003，城市地下管線探測技術規(guī)程[S].

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A