基于復(fù)雜條件下地下管線探測(cè)模擬方法的探討

陳佳才 ，周 涵

（1.惠州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，廣東惠州 516000；2.廣東省南粵交通潮漳高速公路管理中心，廣東潮州 521000）

0 引言

當(dāng)前針對(duì)城市地下管線探測(cè)的研究很多，并取得豐富的研究成果。但伴隨著城市步伐的逐漸加快，之前的地下管線模式已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的發(fā)展需要，所以，需要地下管道模式更加多樣化，這樣才能夠使城市得到較為快速地發(fā)展，就需要對(duì)地下管線進(jìn)行有科學(xué)性的規(guī)劃，從而建立較為完整的地下管線體系。

1 地下管線探測(cè)的基本原理

電磁法是地下管線探測(cè)最常用的方法。地下管線和所處環(huán)形環(huán)境中介質(zhì)的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性具有差別，基于這個(gè)特點(diǎn)，再通過使用電磁感應(yīng)原理，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀察以及對(duì)管線周圍電磁場(chǎng)的空間分布和時(shí)間分布進(jìn)行有效測(cè)量，從而找出目標(biāo)管線的比較精確地位置。在進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候，主要通過磁場(chǎng)的激發(fā)，讓管線產(chǎn)生較大的電流，管線一產(chǎn)生電流，與此同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)相同頻率的電磁場(chǎng)，這個(gè)時(shí)候，就可以通過使用相關(guān)儀器對(duì)磁場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行有效探測(cè)，從而找到目標(biāo)管線精確地位置。但是如果想要得到目標(biāo)管線的準(zhǔn)確位置，一定要滿足以下幾個(gè)基本條件：①當(dāng)用磁場(chǎng)激發(fā)管線產(chǎn)生電流的時(shí)候，管線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以被相關(guān)的儀器接收到，并且可以比較清楚地根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算；②激發(fā)出來的管線的電流最好能較少的對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行干擾；③使用的儀器最好能夠足夠先進(jìn)的發(fā)射和接收信號(hào)。探地雷達(dá)的工作原理就是通過高頻電磁波來探測(cè)地下介質(zhì)的分布。

2 地下管線探測(cè)模擬的主要影響因素

考慮到城市地下的地貌存在一定的差別，所以，在進(jìn)行探測(cè)模擬的時(shí)候并不是理論上說的那么簡(jiǎn)單。除了上述說過的一些因素的影響以外，不同的空間也有不同的影響因素，所以，這給探測(cè)過程中得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和圖像帶來一定的難度。因此，要進(jìn)一步分析在探測(cè)過程中所受干擾的原因，盡量降低甚至避免干擾因子的影響。①對(duì)目標(biāo)地下管線而言，其周圍介質(zhì)的介電常數(shù)有較大差異；基于此，當(dāng)管道與周圍介質(zhì)的差值越大時(shí)，反射系數(shù)也就越大，得到的圖像也就越清晰；②由于在進(jìn)行地下管線填埋的時(shí)候，一般都是在目標(biāo)位置進(jìn)行挖開地面填埋，所以，這就使得挖開的那一部分區(qū)域的土地的結(jié)構(gòu)與周圍土地結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的差異。從而導(dǎo)致介電常數(shù)和電導(dǎo)率的差異也不一樣。這對(duì)于在探測(cè)的時(shí)候的目標(biāo)管線的識(shí)別也產(chǎn)生的一定的干擾。因此，在對(duì)于目標(biāo)管線進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候，應(yīng)該通過查閱資料或者運(yùn)用探測(cè)手段得到目標(biāo)管線的所用到的材料、規(guī)格，以及當(dāng)時(shí)填埋目標(biāo)管線所用到的方式，這為目標(biāo)管線探測(cè)的時(shí)候排除這些因素的干擾提供一些數(shù)據(jù)支持。

3 復(fù)雜條件下城市地下管線探測(cè)模擬方法

早在20 世紀(jì)90 年代以來，城市地下管線已經(jīng)逐漸在全國各地開始普查推廣。因我國的地質(zhì)情況復(fù)雜，物理特性差異大，所以不斷提出相應(yīng)的探測(cè)方式來針對(duì)性解決地理問題，不斷實(shí)驗(yàn)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了我國地下管線從初期簡(jiǎn)單應(yīng)用至物探和定位探深的發(fā)展。在地下管線探測(cè)技術(shù)應(yīng)用階段有了突破性的進(jìn)展，并且探測(cè)儀器水平也有了一定的發(fā)展，找到了以地下管線探測(cè)定位儀為主的簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的物探方式。開始關(guān)注專業(yè)探測(cè)隊(duì)伍的進(jìn)步，地下管線探測(cè)技術(shù)得到應(yīng)用和發(fā)展。不斷填充城市地下管線信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，對(duì)城市建設(shè)發(fā)展起到重要的作用，也是預(yù)防城市災(zāi)害減少事故必不可少的功能性措施。

3.1 近間距并行管線的探測(cè)模擬

我國隨著城市建設(shè)加快，地下管線的分布越來越密集。為了節(jié)省空間，所以一般地下管線在埋的時(shí)候都是平行埋的方法，所以這就給探測(cè)的時(shí)候帶來的相應(yīng)的困難。具體來講，就是由于地下管線密集程度加大，管線與管線之間的間距變得越來越小。這個(gè)時(shí)候進(jìn)行測(cè)量，異常曲線經(jīng)常呈現(xiàn)的是單峰狀，這個(gè)時(shí)候是無法通過峰值確認(rèn)地下有幾個(gè)管線的。在管線與管線距離稍微大點(diǎn)的時(shí)候，雖然產(chǎn)生多個(gè)峰值，但是峰值與峰值是不對(duì)稱的，這樣也無法確認(rèn)管線到底有幾條。所以為了能夠精確的測(cè)量管線，減少非目標(biāo)管線的干擾，可以用以下幾種工作方法。

3.1.1 直接法

金屬管道一般采用直接法。利用管線中暴露在地表的部分，向管道中直接充電。充上電后，改變線路電流方向。

3.1.2 夾鉗法

針對(duì)城市地下管線復(fù)雜情況，采用夾鉗法進(jìn)行分析。夾鉗是電磁感應(yīng)法中比較重要的一種方法，采用夾鉗可直接套入管線內(nèi)，產(chǎn)生相應(yīng)的諧變磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)管線間的耦合，可有效地構(gòu)建完善的處理機(jī)制和管理效果。值得注意的是，這種情況下產(chǎn)生的電流結(jié)構(gòu)需要借助于磁場(chǎng)測(cè)定來確定地下管線的實(shí)際位置，特別是對(duì)其地理位置進(jìn)行標(biāo)注和分析，開展切實(shí)有效的地下管線探測(cè)，可以在提高探測(cè)精度的基礎(chǔ)上，保持探測(cè)技術(shù)的整體水平和應(yīng)用價(jià)值。

3.1.3 水平、傾斜和垂直壓線法

在進(jìn)行管線作業(yè)的時(shí)候，直接法和夾鉗法可以減少外部非管線的干擾。在這個(gè)前提下，就可以運(yùn)用水平、傾斜和垂直壓線法。水平、傾斜和垂直法就只利用在進(jìn)行操作的時(shí)候，發(fā)射機(jī)的水平線圈不會(huì)激發(fā)管線產(chǎn)生干擾因素。這樣就可以達(dá)到突出目標(biāo)管線異常的目的。

3.2 各類非金屬管線的探測(cè)

隨著高科技材料的產(chǎn)生和應(yīng)用，地下管線的材料的種類也多了起來。以前大多數(shù)使用金屬管線，現(xiàn)在有些非金屬管線取代金屬管線。但是在進(jìn)行管線探測(cè)的時(shí)候，一般的探測(cè)儀對(duì)于非金屬管線起到的作用不大，雖然有非金屬管線的探頭，但是由于對(duì)于管線的探測(cè)要求的是比較精確的位置，而非金屬管線的探頭探測(cè)的結(jié)果不能夠滿足或者不能滿足對(duì)于數(shù)據(jù)或者畫像的分析，所以，一般對(duì)于探測(cè)非金屬管線使用的是雷達(dá)探測(cè)。

3.2.1 感應(yīng)法

針對(duì)復(fù)雜條件，城市地下管線探測(cè)過程較為困難，依據(jù)感應(yīng)法的具體要求能提高地下管線位置判定的準(zhǔn)確性和完整程度，一定程度上提高地下管線探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平和運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)操作流程的完整性優(yōu)化。目前，應(yīng)用較為有效的技術(shù)結(jié)構(gòu)和測(cè)定方式分為三種：①水平壓線法。這種機(jī)制主要應(yīng)用在干擾管線的正上方，能有效保證干擾管線不會(huì)被激發(fā)或者是弱激發(fā)，能有效應(yīng)用在探測(cè)間距較大的平行管線結(jié)構(gòu)中，并且維護(hù)整體效果；②傾斜壓線法。這種壓線處理機(jī)制更加適用在近距離平行且管線水平壓線效果不明顯的情況下，能有效滿足實(shí)際需求，提升技術(shù)管理水平和控制措施，維護(hù)感應(yīng)機(jī)制的完整程度；③垂直壓線法。主要時(shí)間發(fā)射機(jī)的位置設(shè)定在干擾管線的水平方向，從而確保壓制干擾管線的處理效果最優(yōu)化，也能使用在上下重疊管線結(jié)構(gòu)中。特別要注意的是，垂直壓線法必須要提供垂直壓線的條件，只有滿足相關(guān)要求，才能從根本上維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的完整程度。

3.2.2 雷達(dá)法

在地下管線探測(cè)技術(shù)中，地質(zhì)雷達(dá)法也被稱為探地雷達(dá)法，借助其自身的探測(cè)優(yōu)勢(shì)和特征應(yīng)用較為廣泛，在實(shí)際操作過程中，要借助電磁波和介質(zhì)對(duì)傳播路徑進(jìn)行分析，集中整合實(shí)際操作和處理路徑，一定程度上完善變化分析效果。但是，地質(zhì)雷達(dá)會(huì)受到一些因素的影響，需要技術(shù)人員予以重視。首先，地下管線周圍介質(zhì)材料會(huì)對(duì)介電常數(shù)產(chǎn)生差異化影響，只有保證反射系數(shù)較大，才能獲取較為清晰的圖像。其次，管線的周圍介質(zhì)一定要保證均勻，借助挖溝回填的方式進(jìn)行處理時(shí)，若是不能有效管理回填土和原土層結(jié)構(gòu)，就會(huì)出現(xiàn)介電常數(shù)和電導(dǎo)率失衡的問題，嚴(yán)重影響目標(biāo)管線的識(shí)別效果。基于此，要在管線探測(cè)的過程中，全面了解目標(biāo)管線的相關(guān)參數(shù)，尤其是規(guī)格、材質(zhì)以及具體埋設(shè)情況，從根本上確定連續(xù)性以及干擾隨機(jī)性，有效分析識(shí)別效果和波形特征，從根本上提高地下管線探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.2.3 高密度電法

通常來說，在采用高密度電法的使用過程中，主要的是面對(duì)幾十或者是幾百根電極進(jìn)行技術(shù)測(cè)定，技術(shù)人員通常需要較多的專業(yè)儀器對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的控制，并且重點(diǎn)對(duì)處理的效果和采集的水平進(jìn)行有效整合，維護(hù)地點(diǎn)斷面圖的實(shí)際水平，保證監(jiān)測(cè)抗干擾能力的最優(yōu)化。

4 結(jié)束語

隨著城市地下管線的建設(shè)越來越密集，地下管線所用到的材料的種類也越來越多。尤其是對(duì)于非金屬管線的應(yīng)用越來越廣泛。雖然雷達(dá)探測(cè)在一定程度上可以解決這個(gè)問題，但是，對(duì)于復(fù)雜的城市地下管線來說，因?yàn)楦蓴_因素太多，很難做到精確的測(cè)量。所以，應(yīng)該加強(qiáng)地下管線探測(cè)模擬方法的研究和發(fā)展使探測(cè)精確度等方面有進(jìn)一步提高。