城市復雜條件下地下管線電磁法探查淺議

劉長波

目前用于地下管線探查中最常用的方法是電磁法，該方法的理論依據(jù)是電磁感應定律。無論是主動源法還是被動源法，都是通過在地面測定地下管線在一次磁場作用下，管線被激發(fā)而產(chǎn)生的二次場變化來判斷底下管線的空間位置。一般講 ，較平直的管線產(chǎn)生的交變電磁場，可近似看成無限長直導線產(chǎn)生的電磁場。管線儀接收機就是依據(jù)這種電磁場變化規(guī)律設計制造的。當被測的管線在埋設的區(qū)域內(nèi)符合無限長直導線產(chǎn)生的電磁場規(guī)律時，定位探測數(shù)據(jù)準確。當被探測的目標管線周圍還埋設有其他金屬管線或還存在其他交變電磁場時，接收機的觀測讀數(shù)將是這些場源綜和作用的結(jié)果，對其定位頂深將會帶來誤差或造成錯誤。當被探查的管線為埋深大，甚至為高阻的非金屬管時，僅用常規(guī)的電磁法很難完成勘測任務。在城市區(qū)進行地下管線勘測時，單一管線的情況幾乎沒有，而管線種類繁多，各類管線導電性能不同，管徑埋深不一，走向不明等復雜情況，這為管線探測工作帶來了困難。因此復雜條件下管線探測的方法技術(shù)一直是管線探測工作者最為關(guān)注和不斷探索研究的熱門課題。近些年來通過管線探測技術(shù)人員的努力，在理論研究和工程實踐中已取得了不少的成功經(jīng)驗。但這一問題尚未完全解決，有待于廣大從事管線探測的技術(shù)人員不斷總結(jié)提高。

其實復雜條件下地下管線探測的方法技術(shù)就象復雜條件一樣復雜，各個地區(qū)，各項管線探測工程的復雜程度不同，引起的復雜因素也不相同，因此也無法簡單的講何種復雜管線采用何種方法技術(shù)，關(guān)鍵是從事此項工作的技術(shù)人員必須要有高度的責任心，熟練掌握各種方法技術(shù)，不畏艱難，以科學求實的精神，在工程實踐中不斷探索總結(jié)，積累經(jīng)驗，從而完成復雜管線勘測任務。

一 、地下管線勘測的理論依據(jù)

1 、電磁場理論

目前用于地下管線勘測中最廣泛最常用的方法是電磁法，其理論依據(jù)是電磁場理論。在勘測地下管線時，無論是主動源法，還是被動源法，都是通過在地面測定地下管線在一次場作用下感應電流產(chǎn)生的二次場變化，來確定地下管線的空間位置。一般講，較平直的管線產(chǎn)生的交變電磁場，可近似看成無限長直導線產(chǎn)生的電磁場，由畢奧—莎代耳定理可知在地面上離開管線中心距離為r處的磁場強度（H）：

H=2I/r

式中 I—流經(jīng)管線的交變電流；

r—管線中心距地面某點的距離；

在管線勘測工程中，一般都是通過測定管線在地表產(chǎn)生的水平分量或垂直分量，再根據(jù)其變化規(guī)律來確定地下管線在地表的投影位置和中心埋深，在磁偶源發(fā)射條件下，管線中產(chǎn)生磁感應電流大小為：

I=C×cosa/r

C—常數(shù)，和發(fā)射線圈本身參數(shù)（如大小、形狀、線圈匝數(shù)、材料等）有關(guān)；

a—線圈面法向和二次場B（p）之間的夾角；

在實際應用中，最常用的發(fā)射方式有兩種：

1、水平發(fā)射線圈（ 向的水平磁偶極子）

此時管線中產(chǎn)生的電流為：

Ix=C*cosa/r=Ch/（x2+h2）

2、垂直發(fā)射線圈（ 向垂直磁偶極子）

此時管中產(chǎn)生的電流為：

Iz=Clx/r2

管線在地面的投影位置0處x=0 ；

由上式可見，管線中的感生電流與管線埋深成反比，即當管線埋深越大時，管線中感應電流越小，其變化值也小。因此，根據(jù)其變化規(guī)律來定位埋深，其誤差必然加大，所以在其他條件不變的條件下，平面定位及埋深測定的誤差與管線的埋深有關(guān)。

2、勘查精度的特點

由電磁場理論可知，一個固定場源的電磁場強度會隨場源距離增大而減弱，對弱場的探測定位精度必然會低于場強的。因此，按限差計算公式，算出的地平面定位及埋深探測的限差，對于埋深較大的管線，其探測精度要求偏高，探查精度線差值理論更符合電磁場分布規(guī)律的特點。限差值計算簡單直觀。平面定位限差及埋深限差值僅與管線埋深有關(guān)，平面定位及埋深限差與管線埋深之比為一固定值，計算簡單，使用方便，探查精度不分等級，實用更強。

二、 保證精度的措施

地下管線是隨著城市建設和管網(wǎng)改造而不斷拓展形成的，這就決定了地下管線在總體上的錯綜復雜和探查地下管線的難度。為了保證地下管線的探測精度，除了思想重視，加強質(zhì)量觀念，養(yǎng)成認真細致的工做作風外，還需要有科學合理的工作方法和嚴謹?shù)馁|(zhì)量管理措施，才能保證探測精度。為保證精度達到要求，建議實施以下具體措施：

1、廣泛收集資料：開工前，要盡量全面收集已有的地下管線設計、施工和竣工圖等有關(guān)資料。對全區(qū)地下管網(wǎng)分布、管線種類、材質(zhì)、埋深等情況有一個宏觀了解。

2、實地踏勘：開工前，要到工地實地了解現(xiàn)場環(huán)境，即地形變化、地面介質(zhì)、管線埋設情況、工業(yè)電磁干擾程度、建筑物分布及交通狀況等等。

3、方法有效性及儀器性能試驗：在區(qū)內(nèi)的典型地段，進行方法有效性實驗。要通過與已知數(shù)據(jù)資料對比和開挖驗證，評價所用儀器及方法有效性，并選擇最佳方法作為主要勘測方法。用多臺儀器同時進行施工的工程，要對多臺儀器做一致性對比實驗。儀器一致性的均方差應不大于勘測限差的三分之一。

4、統(tǒng)計深度修正系數(shù)：無論是什么方法勘測管線埋深，都會由于儀器本身和管線周圍介子及其他情況的影響，使測量埋深與實際埋深之間有一個系統(tǒng)誤差。因此對每臺儀器、每種方都要通過在工區(qū)內(nèi)實驗，統(tǒng)計出深度修正系數(shù)，以便對勘測深度進行修正。

5、合理的施工順序：要堅持從已知到未知，從簡單到復雜，從弱干擾區(qū)到強干擾區(qū)的施工原則，不斷積累總結(jié)所在工區(qū)的勘測經(jīng)驗。在強干擾或其他施工難度大的地方，要使多種方法技術(shù)勘測，對其結(jié)果進行分析對比， 解決難點，提高精度。

6、 執(zhí)行三級檢查制度：施工單位應建立質(zhì)量管理體系，必須實行三檢的質(zhì)檢制度，并提交各工序質(zhì)量檢查報告。三級檢查驗收制度，即作業(yè)組自檢、部門作業(yè)組間互檢和施工單位主管部門復檢?？睖y行業(yè)部門經(jīng)過多年的實踐，制定了一系列勘測成果質(zhì)量管理制度和標準，特別是近幾年推行全面質(zhì)量管理，形成了較為全面的質(zhì)量管理體系，城市地下管線普查工作是應用多種高新技術(shù)、工藝復雜、質(zhì)量要求高的系統(tǒng)工程。實踐證明，應建立普查工程監(jiān)理制，實行全過程的質(zhì)量監(jiān)控，它不僅可以促使普查施工隊伍建立和完善內(nèi)部質(zhì)量管理體系，而且由于普查監(jiān)理工作貫穿于普查工程作業(yè)（包括技術(shù)設計和方法實驗）的全過程，可以對普查成果質(zhì)量作出比較全面和客關(guān)的評價。

7、地下管線普查工作應建立監(jiān)理制：在城市地下管線普查中引入工程監(jiān)理制，是建立和完善地下管線普查質(zhì)量體系，提高普查工作質(zhì)量的需要。通過普查工程監(jiān)理，普查組織機構(gòu)可以對普查作業(yè)全過程各工序的質(zhì)量控制和驗收 ，達到全面了解、掌握和控制普查施工隊伍質(zhì)量管理體系的動作情況和普查作業(yè)質(zhì)量情況，對普查工作作業(yè)全面`客觀評價，為普查成果驗收提供可靠的依據(jù)。

8、用同類儀器以同一方法對同一管線點在不同時間進行重復探查，重復探查總點數(shù)不少于全區(qū)總點數(shù)的百分之五。

9、對隱蔽管線點進行開挖驗證，其應符合以下規(guī)定：每一個工區(qū)應在隱蔽管線點中均勻分布，隨機抽取應不少于隱蔽管線點總數(shù)的百分之一且不少于三個點進行開挖驗證；當開挖管線與勘測管線點之間的平面位置偏差和埋深偏差超過規(guī)定的限差的點數(shù)，小于或等于開挖總點數(shù)的百分之十時，該工區(qū)的勘測工作質(zhì)量合格；當超差點數(shù)大于開挖總點數(shù)的百分之十，但少于或等于百分只二十時，應再抽取不少于隱蔽管線點總數(shù)的百分之一開挖驗證，兩次抽去開挖驗證點中超差點數(shù)小于或等于總點數(shù)的百分之十時，勘測工作質(zhì)量合格，否則不合格；當超差點數(shù)大于總點數(shù)的百分之二十時，且開挖點數(shù)大于十個，該工區(qū)勘測工作質(zhì)量不合格；當超差點數(shù)大于總點數(shù)的百分之二十時，但開挖點數(shù)小于十個時，應增加開挖驗證點數(shù)到十個以上，按上述原則再進行質(zhì)量驗證。

以上是本人一點工作經(jīng)驗總結(jié)，有錯誤之處在所難免，望各位專家多批評指正，謝謝。endprint