城市地下管線探測技術(shù)發(fā)展應(yīng)用探討

朱勇

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 224200）

0 引言

近日，廣州突降暴雨導(dǎo)致了重大財(cái)產(chǎn)損失這一消息將廣州城市地下管網(wǎng)建設(shè)推到了風(fēng)口浪尖，廣州幾乎每年雨季都會發(fā)生大雨洪澇事故，另外道路塌陷，水管爆裂等事故也經(jīng)常發(fā)生，這類事故屢見不鮮，反映了廣州城市地下管網(wǎng)建設(shè)不夠完善，急需進(jìn)行全面普查。廣州市地下管線權(quán)屬單位種類較多，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，隨著各單位新建鋪設(shè)管線規(guī)模越來越大，數(shù)據(jù)庫已出現(xiàn)較大斷層，急需進(jìn)行全面普查，補(bǔ)充更新建檔案，統(tǒng)一管理，合理規(guī)劃，查漏補(bǔ)缺，以保證城市的有序發(fā)展。管線普查的完善依賴于管線探測技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)地下管線探測技術(shù)從20 世紀(jì)末發(fā)展至今，由早期的較為單一的人工開井調(diào)查，發(fā)展為開井，聲波測試以及包括電磁法、直流電法、磁法、淺層地震法等在內(nèi)的物探技術(shù)的綜合應(yīng)用開展。地下管線探測涉及眾多學(xué)科，目前不缺探測新技術(shù)，但要綜合解譯分析仍然是一個難點(diǎn)。

縱觀國內(nèi)管線探測技術(shù)發(fā)展史，地下管線探測內(nèi)外業(yè)一體化是今后發(fā)展大勢所向，其檔案資料也將由傳統(tǒng)的人工管理、各單位分支管理過渡到數(shù)字化信息化統(tǒng)籌的管理方式[1]。城市地下管網(wǎng)的健康運(yùn)營是整個城市生態(tài)體健康發(fā)展的重要保障，規(guī)劃、建設(shè)和管理好地下管線是新型城市建設(shè)的重中之重，也是將來維系社會經(jīng)濟(jì)、市民生活和城市協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的基石。有效的探測技術(shù)是目前研究的重點(diǎn)，地下管線的存在會改變原有地下天然或者人工物理場的存在狀態(tài)，對于由此產(chǎn)生的地球物理?xiàng)l件異常，可以通過地球物理儀器探測其規(guī)律，進(jìn)而判斷該處地下可能存在的影響因素，以此推斷管線位置，走向和埋深。目前國內(nèi)外使用的物探方法較多，針對性不同，效果也參差不齊。本文就現(xiàn)有幾種物探方法做簡單分析評價。

1 電磁感應(yīng)法

電磁法細(xì)分探測方法較多，電磁感應(yīng)法應(yīng)用較多，其中金屬管線探測儀探測管線是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種方法，該技術(shù)較為成熟，儀器使用成本較低，對技術(shù)人員的使用技巧要求不高，可以很快進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，在目前國內(nèi)各大城市管網(wǎng)建設(shè)蓬勃發(fā)展的形勢下，對于管線探測人員的大量需要也為金屬管線探測儀在國內(nèi)各作業(yè)單位的鋪開提供了先決條件。其主要原理是利用電磁感應(yīng)以探測地下電纜和金屬管線的精確走向、深度以及定位電纜的開路、短路及外皮故障點(diǎn)[2]。目前國內(nèi)外開發(fā)的此類儀器種類較多，但基本構(gòu)成都是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成。探測過程由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁信號開始，通過不同的發(fā)射連接方式將信號傳送到電纜和金屬管線上，目標(biāo)管線感應(yīng)到電磁信號后，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著電纜和金屬管線向遠(yuǎn)處傳播，電生磁，產(chǎn)生電磁場信號，接收機(jī)通過接受這些電磁場信號，計(jì)算判別地下電纜和金屬管線的位置、埋深和走向等。該方法技術(shù)成熟，不過在非金屬管線（混凝土、PE、PVC 等）的探測方面，應(yīng)用受限，必須借助金屬探頭，放入管線內(nèi)部，管線也需要貫通，操作過程比較費(fèi)力，信號接收有時較差?；诠芫€探測儀，目前有配套的電子標(biāo)識系統(tǒng)（EMS），開發(fā)出更高智能的電子電位儀，通過該系統(tǒng)，不僅對于管線的走向，埋深等有比較精確的探測，對于管線損壞和泄露等探測的敏感性也較高。

2 電磁波法

電磁波法主要是指探地雷達(dá)（GPR）探測法，該方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜（1～3GHz）電磁技術(shù)，基于電磁波基本理論開發(fā)[3]?；窘M成部分為發(fā)射天線、接收天線和主機(jī)，通過一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個天線接收地下介質(zhì)界面的反射波，發(fā)射天線發(fā)出的電磁波傳播到了地下，在各類管線與土質(zhì)界面處產(chǎn)生反射波，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形等將隨所通過介質(zhì)界面的電性質(zhì)差異等反應(yīng)到幾何形態(tài)上，經(jīng)過主機(jī)對電磁信號的轉(zhuǎn)換處理后傳送到計(jì)算機(jī)并成像。根據(jù)接收到電磁波的振幅、波形及波速等，進(jìn)行相應(yīng)的時深轉(zhuǎn)換，以此推算判別地下管線的結(jié)構(gòu)、走向和埋深[4]。探地雷達(dá)儀器成本較高，使用需要一定的操作性，數(shù)據(jù)需要解譯處理分析，對于探測地面條件需要較為平坦，同時因各探測點(diǎn)地質(zhì)情況參數(shù)的不同，需要在了解測區(qū)地球物理特性，大致管線分布情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以調(diào)整合理的測試參數(shù)再進(jìn)行探測。此方法經(jīng)濟(jì)性較低，城市內(nèi)復(fù)雜的地電條件，也給探地雷達(dá)探測以及異常解釋帶來一定的因難，不宜進(jìn)行大面積管線探測，一般用于非金屬管線探測以及復(fù)雜條件下的并行管線等補(bǔ)充探測。

3 高密度電法

高密度電法作為直流電法的一種，以其經(jīng)濟(jì)效益高，操作簡單，覆蓋面廣，探測深度大，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在城市地下不良地質(zhì)體的探測方面應(yīng)用較多，包括溶洞，斷層，地層劃分等。對于地下管線探測方面，該方法對于非金屬管線有很好的成像效果，彌補(bǔ)了金屬管線探測儀只能探測金屬類管線的缺點(diǎn)，形成了很好的互補(bǔ)作用。其主要原理與常規(guī)的電阻率法基本一致，以各介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為探測基礎(chǔ)、通過對地面電極施加電場，A、B 電極向地下供應(yīng)電流，然后在M、N 極間電流傳入地下，接受電流信號，通過對組合電極間的電位差ΔV 進(jìn)行測量，可求得該點(diǎn)（M、N之間）的視電阻率值，根據(jù)信號推斷地下不同電阻率的地質(zhì)體的分布。

相對于常規(guī)電阻率法，高密度電法布置了較高密度的測點(diǎn)，只需將全部電極布置在一定間隔的測點(diǎn)上進(jìn)行觀測，各電極自由組合。高密度電測系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)電阻率法引入了自動控制理論，通過大規(guī)模集成電路控制電極自由組合，可以獲取更全面直觀的地下管網(wǎng)信息，方便對比研究。非金屬管線（混凝土、PE、PVC 等）與周邊的土質(zhì)有很好的電阻率差異，為高密度電法在管線探測中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件，只要地面情況允許，可以彌補(bǔ)金屬管先探測儀不能探測非金屬類管線的不足。

4 地形電導(dǎo)率儀

地形電導(dǎo)率儀作為輔助管線探測方法在國外使用較多。主要工作原理是通過設(shè)備將電導(dǎo)率差異引起的渦流從地面?zhèn)鞑サ降叵?，電磁渦流變送器將渦流反射回地面，具有導(dǎo)電性的物體接觸與周圍土壤不同，所接受到的信號也有差異，反射電流具有可區(qū)分的價值。附在末端的接收器設(shè)備分析反射電流檢測地下設(shè)施。該方法可用于復(fù)雜環(huán)境的地區(qū)電導(dǎo)率測試，對于在一些情況下干燥土壤中的大型非金屬水管或濕土中大型非金屬空管也可以成像。對于目前其他物探方法探測效果較差的大型非金屬管有很好的輔助探測效果。但是受探測環(huán)境影響，沿線沿架空電力線路及地上生產(chǎn)金屬物體，如柵欄、車輛或建筑物，會對電導(dǎo)率讀數(shù)產(chǎn)生干擾，可能會對探測效果造成一定的影響。

5 聲發(fā)射法

聲發(fā)射法是一種聲學(xué)方法，通過的聲發(fā)射傳感器，連接到一個管線開口上的主線，應(yīng)用聲波從132～210Hz 進(jìn)入管道，聲波沿著管道的走向行進(jìn)并衰減，同時通過管壁進(jìn)入管道周圍土壤，通過接收傳感器接收到地表的聲波，監(jiān)測最高（峰值）間接確定振動振幅，進(jìn)而判別管線的走向。聲發(fā)射法可檢測的范圍高度依賴于載聲材料的剛度，作為剛性材料的逆體積模量增大，深度和水平距離的探測能力源聲也隨之增加。這種方法可以在氣體情況下探測深度可達(dá)2.5m，涉及水的管道可探測深度可達(dá)2m 左右，水平范圍可達(dá)300m，一般用于塑料燃?xì)夤艿篮退艿裙檬聵I(yè)管線檢測。不過該方法對環(huán)境要求較高，外界噪聲的敏感性干擾，剛性土等條件對其探測效果均有影響。

6 結(jié)語

基于現(xiàn)在，展望未來。從技術(shù)面來看，當(dāng)前國內(nèi)管線探測物理手段百花齊放，各有所長，未來城市地下管線探測技術(shù)的發(fā)展和攻克重點(diǎn)是較為復(fù)雜條件下的地下管線探測。這方面主要有兩個大方向：①針對不同城市的特點(diǎn)及其特定地質(zhì)條件、管線不同埋設(shè)條件、不同材質(zhì)進(jìn)行探查方法技術(shù)研究，加強(qiáng)現(xiàn)有各方法儀器對于復(fù)雜管線的試驗(yàn)研究，總結(jié)各方法對于各類型地下管線的信號響應(yīng)和數(shù)據(jù)解譯異同，科學(xué)劃分每種方法的優(yōu)劣領(lǐng)域，克服單一物探方法的局限性，為多方法綜合解譯提供準(zhǔn)確性較高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。②積極研究開發(fā)高精度、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)字智能化的儀器設(shè)備。從大局管理方面來看，完善城市地下管線監(jiān)理機(jī)制，加強(qiáng)管線智能檢測與定量評價，協(xié)調(diào)統(tǒng)一各單位權(quán)屬管線數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)信息共享、交換與管理，合理利用資源，促進(jìn)城市地下管網(wǎng)的科學(xué)健康可持續(xù)發(fā)展。