深埋燃?xì)夤艿谰C合探測(cè)技術(shù)探討

張俊鋒 劉忠廣

摘? ?要：本文通過超常規(guī)埋深的西氣東輸燃?xì)夤艿捞綔y(cè)實(shí)例，介紹了超常規(guī)埋深管道探測(cè)的難點(diǎn)以及探測(cè)技術(shù)，分別從電磁感應(yīng)、磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法、靜力觸探驗(yàn)證三個(gè)方面，對(duì)探測(cè)資料進(jìn)行綜合對(duì)比分析，互相驗(yàn)證，提高了探測(cè)的準(zhǔn)確性、完整性，降低了工程施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：超常規(guī)埋深管道;電磁感應(yīng);磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法;靜力觸探驗(yàn)證

1 前言

地下管線是城市的“生命線”，其運(yùn)行安全和科學(xué)發(fā)展已然成為提升城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量、保障城市安全運(yùn)行的重要內(nèi)容。城市中一些比較重要的管道在埋設(shè)過程中遇到河流、池塘、公路等區(qū)域時(shí)，一般采用定向鉆施工敷設(shè)，埋深較大，這些超常規(guī)埋深的管道，雖然在管道上方有標(biāo)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(jìn)行管道精準(zhǔn)的定位、定深，為施工提供有力的技術(shù)依據(jù)。

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

2 超常規(guī)埋深管道探測(cè)方法

超常規(guī)埋深管道探測(cè)方法主要分為以下幾類：直接法、磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法、靜力觸探驗(yàn)證。

2.1 直接法

直接法就是將發(fā)射機(jī)與西氣東輸燃?xì)夤艿赖臏y(cè)試樁連接，對(duì)金屬管線直接加載電流，使管線和發(fā)射機(jī)地線形成一個(gè)電流回路，產(chǎn)生電磁場(chǎng)。通過探測(cè)磁場(chǎng)，結(jié)合特征點(diǎn)法相應(yīng)的磁場(chǎng)響應(yīng)特征，確定西氣東輸管道走向，并進(jìn)行初步的定位、定深。

2.2 磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法

磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法將發(fā)射機(jī)與西氣東輸燃?xì)夤艿赖臏y(cè)試樁連接，激發(fā)電磁場(chǎng)，通過觀測(cè)磁場(chǎng)水平分量，繪制探測(cè)曲線，然后通過軟件進(jìn)行數(shù)值反演擬合，依據(jù)擬合反演曲線的對(duì)稱關(guān)系判定管線的平面位置，計(jì)算特征點(diǎn)，推斷管線的深度。

根據(jù)線電流的磁場(chǎng)理論：

Hx為磁場(chǎng)水平分量，在某一點(diǎn)x位置處，電流強(qiáng)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(chǎng)信號(hào)就愈弱。由于深度是確定的，為了增強(qiáng)磁場(chǎng)信號(hào)，最有效的辦法是增大管線的載流i。深度一定時(shí)，磁場(chǎng)信號(hào)與載流i成正比。

設(shè)置磁場(chǎng)觀測(cè)剖面并記錄觀測(cè)的磁場(chǎng)曲線，剖面盡量避開干擾地段，垂直于目標(biāo)管線走向布置，長(zhǎng)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(yàn)證

靜力觸探驗(yàn)證是對(duì)地面探測(cè)成果的檢驗(yàn)，距離目標(biāo)管道附近，可以避開干擾，精度較高，與現(xiàn)有規(guī)范中的“開挖驗(yàn)證”方法相比，效率高、成本低、對(duì)環(huán)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(cè)其貫入阻力（包括錐頭阻力和側(cè)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(zhì)的物性差異，通過下方探頭所采集的阻力、深度等數(shù)據(jù)綜合分析，結(jié)合磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法以及現(xiàn)場(chǎng)情況判定其管道埋深，且野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)簡(jiǎn)單、方便、高效、準(zhǔn)確。

3 超常規(guī)埋深管道探測(cè)資料綜合解釋

所采集的探測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)值擬合反演處理后，通過綜合地質(zhì)、磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)、靜力觸探進(jìn)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(cè)成果綜合分析，分辨率高、精度準(zhǔn)確。

實(shí)例

昆山市滬宜高速與毛紡路交叉口茆沙塘西岸的樹林內(nèi)，一條DN610mm、材質(zhì)為鋼管，東西走向的西氣東輸高壓燃?xì)夤艿来┰匠靥?，埋深?0米左右，在管道通過區(qū)域5米范圍內(nèi)，埋設(shè)有通訊電纜，周邊遍布高壓線。由于燃?xì)夤拘枰匦落佋O(shè)兩條高壓燃?xì)夤艿?，需要確定出西氣東輸燃?xì)夤艿赖臏?zhǔn)確位置和埋深。由于地面環(huán)境復(fù)雜，管道埋深較大，使用常規(guī)的探測(cè)方法，信號(hào)衰弱，無法確定管道的準(zhǔn)確位置和埋深。根據(jù)前期收集來的工程勘察資料分析，管道施工場(chǎng)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(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(jìn)行驗(yàn)證。因此采用直接法、磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法、靜力觸探三種探測(cè)方法，并進(jìn)行了探測(cè)資料的綜合分析解釋。

（1）直接法探測(cè)結(jié)果分析

探測(cè)時(shí)首先采用了直接法，由于管道埋設(shè)較深，在管頂?shù)奈恢么艌?chǎng)變化平緩，很難準(zhǔn)確找到極大值位置;現(xiàn)場(chǎng)采用兩測(cè)對(duì)稱法同時(shí)通過變換頻率反復(fù)探測(cè)，可以確定管道的平面位置為距離該點(diǎn)磁場(chǎng)水平分量觀測(cè)起點(diǎn)14.8m處，平面位置基本確定以后，尋找最大值的70%特征點(diǎn)位置，確定兩點(diǎn)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(cè)西氣東輸管道平面位置位于距離該點(diǎn)磁場(chǎng)水平分量觀測(cè)起點(diǎn)14.8m處，探測(cè)管頂深度9.4m;利用頻率33KHz探測(cè)西氣東輸管道平面位置位于距離該點(diǎn)磁場(chǎng)水平分量觀測(cè)起點(diǎn)14.6m處，探測(cè)管頂深度8.9m。

（2）磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法探測(cè)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)通過多種頻率探測(cè)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)低頻信號(hào)對(duì)管線的耦合能力差，但信號(hào)衰減慢，傳播距離遠(yuǎn)，通過對(duì)比分析8KHZ、33KHZ信號(hào)穩(wěn)定，效果較好，本次采用兩種頻率觀測(cè)，互相參考，確保觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)置磁場(chǎng)觀測(cè)剖面并記錄觀測(cè)的磁場(chǎng)曲線，剖面垂直于目標(biāo)管線走向布置測(cè)線P2，剖面長(zhǎng)度為30m，采樣間距為0.2m。由南向北逐點(diǎn)觀測(cè)磁場(chǎng)并記錄，同一條剖面數(shù)據(jù)接收機(jī)增益保持不變。

根據(jù)觀測(cè)的磁場(chǎng)水平分量數(shù)據(jù)由低變高、再變低的變化過程，繪制探測(cè)曲線圖，綠線為8K頻率，藍(lán)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(jù)擬合曲線的對(duì)稱關(guān)系判定管線的平面位置，計(jì)算特征點(diǎn)，推斷管線的深度。曲線圖如圖3.1、3.2所示。

測(cè)線P2位于茆沙塘西側(cè)毛紡路東側(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖3.1，峰值右側(cè)受干擾較小，峰值左側(cè)受通信干擾較為嚴(yán)重，有明顯的凸起異常，該異常為通信管道信號(hào)干擾。

使用頻率為8K觀測(cè)：西氣東輸高壓燃?xì)夤艿睦碚撈矫嫖恢梦挥诰嚯x觀測(cè)起點(diǎn)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(cè)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(hào)干擾。西氣東輸管道理論平面位置位于距離觀測(cè)起點(diǎn)14.7m、理論埋深為9.0m。

（3）地質(zhì)雷達(dá)驗(yàn)證（輔助驗(yàn)證）

采用100兆頻率天線的瑞典MALA地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線如圖3.4中的LDP2和LDP3，LDP2雷達(dá)剖面靠近池塘，信號(hào)凌亂，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，故選擇在道路硬化路面處探測(cè)雷達(dá)剖面LDP3，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)如圖3.3所示：

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果顯示西氣東輸管道理論平面位置位于距離地質(zhì)雷達(dá)剖面起點(diǎn)7.78 m處（即距離磁場(chǎng)水平分量觀測(cè)起點(diǎn)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(zhì)雷達(dá)信號(hào)衰減太快，使用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)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(yàn)證

根據(jù)直接法、磁場(chǎng)水平分量剖面觀測(cè)法探測(cè)的管道平面位置，選擇靜力觸探孔位，如圖3.4所示;

共布設(shè)了4個(gè)靜探孔位，其中J9距離測(cè)線P2起點(diǎn)14.7m（鉆孔深度12.8m）、J10距離測(cè)線P2起點(diǎn)15m（鉆孔深度12.5m）、J11距離測(cè)線P2起點(diǎn)14.4m（鉆孔深度9.7m），3個(gè)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(fā)現(xiàn)有明顯靜力探測(cè)異常，結(jié)合該區(qū)域的地質(zhì)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(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土夾粉砂等地層），J11孔位所探測(cè)的貫入阻力不是由地層變化引起的異常，結(jié)合該處的剖面觀測(cè)數(shù)據(jù)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(zhì)條件較好，地勢(shì)較為平坦，并且靜力觸探異常反應(yīng)明顯，對(duì)該處西氣東輸管道理論平面位置和埋深進(jìn)行了充分驗(yàn)證，結(jié)合該處磁場(chǎng)水平分量擬合曲線、實(shí)地直接法探測(cè)結(jié)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(chǎng)水平分量觀測(cè)起點(diǎn)14.4m處，埋深為9.7m。

4 結(jié)? 論

綜上所述，對(duì)于超常規(guī)埋深的管道進(jìn)行定位、定深時(shí)，采用多種方法、相互驗(yàn)證可以達(dá)到較好的探測(cè)效果和精度要求。

（1）使用常規(guī)管線儀采用直接法、磁場(chǎng)水平面分量剖面觀測(cè)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(cè)誤差就越大，根據(jù)前2種方法合理布設(shè)靜力觸探孔位，根據(jù)靜力觸探驗(yàn)證的曲線圖確定管道準(zhǔn)確的平面位置和埋深，這個(gè)驗(yàn)證方法的嘗試在探測(cè)管道平面位置和埋深取得較好的效果。

（3）由于超常規(guī)埋深的管道鋪設(shè)方式的特殊性，以及地下空間的多解性，在進(jìn)行超常規(guī)埋深管道探測(cè)時(shí)，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)多種探測(cè)成果進(jìn)行綜合的解釋分析，確保探測(cè)成果的有效性。

參考文獻(xiàn)

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