復(fù)雜地質(zhì)條件下地下金屬管線探測(cè)方法研究

劉小力，陳曉林，陳 芹

（1.江蘇國(guó)衡中測(cè)土地房地產(chǎn)資產(chǎn)評(píng)估咨詢有限公司，江蘇 南京 210012；2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

目前我國(guó)城市正處于告訴發(fā)展時(shí)期，城市化程度越來(lái)越高，對(duì)城市地下空間的開發(fā)不斷加深，地下設(shè)施也愈加密集，地下管線構(gòu)成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。已成為城市結(jié)構(gòu)的血脈，是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的生命線，在城市中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。是人們生活發(fā)展的基礎(chǔ)，它可以給城市的各方面運(yùn)作提供保障，不僅維持著人們的幸福生活，還保證了現(xiàn)代化城市的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在目前的城市化進(jìn)程中，對(duì)于作為其基礎(chǔ)設(shè)施的地下金屬管線進(jìn)行科學(xué)、有效地探測(cè)具有重要意義。它既影響到城市地上與地下工程的建設(shè)，還和人們的平時(shí)生活形影不離。但由于城市中的地質(zhì)條件復(fù)雜，地下金屬管線種類較多，形狀也各不相同，對(duì)探測(cè)方法的完善與應(yīng)用非常重要。

1 進(jìn)行地下金屬管線探測(cè)的必要性

地下金屬管線根據(jù)使用功能的不同分為很多種，主要包括給水管道、熱力管道、工業(yè)管道、燃?xì)夤艿赖冉饘俟艿篮屯ㄐ殴芫€、電力管線等金屬纜線。地下管線體系在整個(gè)城市化進(jìn)程中扮演著十分關(guān)鍵的角色，并且也代表了城市的發(fā)展，在城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中是關(guān)鍵的構(gòu)成要素，地下管網(wǎng)的建設(shè)水平能在很大程度上體現(xiàn)一個(gè)城市的發(fā)展建設(shè)的水平，可以說(shuō)地下管線就是城市的血管和經(jīng)絡(luò)，對(duì)城市的發(fā)展建設(shè)具有重要的意義。目前隨著城市的發(fā)展，城市地下的管網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越復(fù)雜，因此對(duì)相關(guān)的探測(cè)技術(shù)也提出了更高的要求，但是從整體上來(lái)說(shuō)，目前很多城市只是注重對(duì)地上基礎(chǔ)設(shè)施的管理，而往往忽視地下金屬管網(wǎng)的管理，因此目前城市地下金屬管網(wǎng)的管理還是相當(dāng)粗放的，這就導(dǎo)致地下金屬管線探測(cè)工作始終得不到有效地開展，檔案資料也不齊全，對(duì)城市的發(fā)展規(guī)劃造成很大的影響，因此就需要加強(qiáng)城是地下金屬管線探測(cè)，建立完整的檔案，從而促進(jìn)城市的發(fā)展建設(shè)。另外，為了在復(fù)雜的城市管線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的探測(cè)，還必須對(duì)現(xiàn)代的地下金屬管線探測(cè)技術(shù)進(jìn)行有效的改進(jìn)和靈活的使用，從而保證探測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

2 城市地下金屬管線探測(cè)基本原理

如何準(zhǔn)確探測(cè)出城市地下金屬管線探測(cè)的位置與深度是探測(cè)工作的核心問(wèn)題。目前主要使用電磁感應(yīng)法對(duì)金屬管線進(jìn)行探測(cè)，其主要工作原理是：由于地下金屬管線的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性與其周圍的介質(zhì)存在一定程度的差異，因此按照電磁感應(yīng)原理可以分析與研究探測(cè)區(qū)域的電磁場(chǎng)時(shí)間和空間的分布規(guī)律，進(jìn)而計(jì)算出地下金屬管線的平面位置與埋設(shè)深度。在探測(cè)地下金屬管線時(shí)，金屬管線在被動(dòng)或主動(dòng)的激發(fā)場(chǎng)源的諧變電流的作用下，管線中會(huì)出現(xiàn)二次電流，進(jìn)而在其周圍形成二次諧變磁場(chǎng)，利用地面接收機(jī)接收并測(cè)定該磁場(chǎng)時(shí)間與空間的分布規(guī)律，便能分析并計(jì)算出該管線的位置與深度。由此可知，地下金屬管線探測(cè)準(zhǔn)確度取決于其與埋設(shè)附近的介質(zhì)的電性差異程度，差異越大，結(jié)果越準(zhǔn)確。

3 城市地下金屬管線探測(cè)與管理技術(shù)中的常見問(wèn)題

3.1 設(shè)計(jì)規(guī)劃與監(jiān)管工作是合理性和有效性不足

目前，大多數(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)劃單位在規(guī)劃城市時(shí)通常只關(guān)注地面上的設(shè)施設(shè)備，而常常會(huì)忽略地下的工程建設(shè)，并且也未去重視工程施工的建設(shè)和審批等階段，減少了工程施工的監(jiān)督與維護(hù)工作的費(fèi)用支出，以至于使得在某個(gè)城市埋設(shè)地下金屬管線時(shí)，并沒有在設(shè)計(jì)方案與及監(jiān)管工作上實(shí)現(xiàn)合理性和有效性，進(jìn)一步影響地下金屬管線的施工建設(shè)工程。

3.2 管線的屬性選擇不正確

開展地下金屬管線探測(cè)時(shí)，如果在管線的屬性選擇時(shí)出錯(cuò)，會(huì)出現(xiàn)探測(cè)不準(zhǔn)確或者探測(cè)不到等問(wèn)題。屬性選擇錯(cuò)誤主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①作業(yè)人員掌握的管線知識(shí)不充足，不了解管線的各項(xiàng)屬性，因此在探測(cè)時(shí)容易出現(xiàn)對(duì)管線屬性的誤判；②在探測(cè)復(fù)雜的地質(zhì)中埋設(shè)的管線時(shí)，我們可以依據(jù)外部資料判定出管線的屬性，但是不易被探測(cè)設(shè)備識(shí)別出來(lái)，在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)容易出現(xiàn)屬性選擇的錯(cuò)誤；③有些城市地下金屬管線埋設(shè)年代久遠(yuǎn)，埋深較大，使得管線與周圍介質(zhì)的差異性非常小，使得探測(cè)設(shè)備難以探測(cè)識(shí)別，進(jìn)而無(wú)法判定管線的屬性。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下地下金屬管線的探測(cè)技術(shù)

4.1 近間距并行式地下金屬管線探測(cè)

在城市地下金屬管線設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)多條管線埋深和走向基本一致的情況，同時(shí)這類管線間的間距會(huì)小于兩倍的管線埋深，這種管線被稱為近間距并行金屬管線（以下簡(jiǎn)稱近并式管線）。城市化的不斷加快與加深，使得地下管線的數(shù)量不斷暴漲，而目前城市地下空間開發(fā)程度低，可利用的空間越來(lái)越少，便會(huì)出現(xiàn)大量的近間距并行管線，并縱橫交錯(cuò)地分布在城市的每一處。由于近并式管線的管間間距非常小，且分布形式多樣，在探測(cè)過(guò)程中的電磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)相互感應(yīng)、疊加現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾信號(hào)，加之城市交通環(huán)境、商區(qū)及工業(yè)空間電磁場(chǎng)等各種因素的影響，使得探測(cè)設(shè)備接收到了大量的不確定的干擾信號(hào)，大大降低了管線的探測(cè)精度。

在近并式管線探測(cè)過(guò)程中，可以利用夾鉗法對(duì)目標(biāo)管線夾鉗電圈，使得目標(biāo)管線產(chǎn)生諧變磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生二次電流，這樣接收機(jī)可以接收到更強(qiáng)烈得信號(hào)。也可以使用直接發(fā)法，對(duì)管線外露處直接對(duì)其充電，使得電流能夠沿目標(biāo)管線流動(dòng)，同時(shí)利用地面接收機(jī)接收電流信號(hào)，進(jìn)而確定出管線的位置與埋深。

4.2 物探技術(shù)的應(yīng)用

由于時(shí)間的推移，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平在持續(xù)的優(yōu)化與進(jìn)步，再加上對(duì)于城市的地下金屬管線探測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)也在持續(xù)升高，所以，我國(guó)在施工過(guò)程中運(yùn)用到了物探技術(shù)，并逐漸普遍地使用在各個(gè)區(qū)域的地下金屬管線探測(cè)施工任務(wù)中，再加上有關(guān)人員改進(jìn)了物探技術(shù)的實(shí)施功能，能夠進(jìn)一步應(yīng)用在地表溫度檢測(cè)、淺層地表震動(dòng)、電磁感應(yīng)與高精準(zhǔn)性磁場(chǎng)等環(huán)節(jié)，并且持續(xù)的深入研發(fā)與優(yōu)化，極大地增強(qiáng)了在對(duì)城市地下金屬管線進(jìn)行探測(cè)時(shí)的工作水平和成率。

4.2.1 作業(yè)的時(shí)候干擾壓制

（1）對(duì)于一些不太好處理容易測(cè)算錯(cuò)誤的干擾，要先處理已知的，容易處理的干擾，然后再處理未知的，不容易處理的干擾。先用特定的方法，對(duì)容易處理的線纜進(jìn)行勘測(cè)，然后對(duì)受到嚴(yán)重干擾、在比較深的位置的管線進(jìn)行位置測(cè)算，對(duì)于出路露件良好的地方，也可以運(yùn)用感應(yīng)法，把發(fā)射機(jī)放在選定的管線上激發(fā)，這樣可以大大提高管線探測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。

（2）要是被間斷的電磁所干擾，最好選擇其他勘察點(diǎn)來(lái)避免。間斷的干擾涵蓋了水泥路面之下的鋼筋網(wǎng)，在進(jìn)行探測(cè)時(shí)應(yīng)該將接收設(shè)備增加到相應(yīng)的高度，主要是為了降低或避免鋼筋網(wǎng)中形成的干擾信號(hào)，可是需要修改探測(cè)的深度。

（3）在脈沖型的電磁干擾當(dāng)中的形成因素通常是由車輛等導(dǎo)致，因此在進(jìn)行探測(cè)施工時(shí)，最好與車輛行駛的高峰期間錯(cuò)開，并且要想較好的實(shí)現(xiàn)照明功能，應(yīng)該在施工條件安全的前提下采用夜間施工的方式。

（4）對(duì)高壓電網(wǎng)造成的干擾性進(jìn)行探測(cè)的最優(yōu)途徑是直接法與夾鉗法，利用加大激發(fā)功率的方式，來(lái)縮短收發(fā)距，進(jìn)而突顯出目標(biāo)管線中電池信號(hào)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)壓制工業(yè)游散電流的需求。

（5）而要是屬于被隔離欄、金屬護(hù)欄所干擾，就需要將接收機(jī)增加到相應(yīng)的高度，確保末端或頂部的線圈與欄桿中的橫欄具有一致的高度，主要是因?yàn)榇藭r(shí)的金屬護(hù)欄產(chǎn)生的干擾信號(hào)非常小的，可以降低干擾性。

4.2.2 探測(cè)上下重疊的管線

（1）鋼、鐵等管道的疊加：使用電磁法尋找疊加的鋼鐵之類的管道，認(rèn)真判斷管道的疊加問(wèn)題，找到其位置，測(cè)量疊加在一起的深度。

（2）鋼鐵等與塑料之類管道的疊加：這兩類管道的性質(zhì)不同，可分別采用電磁法和探地雷達(dá)、開挖等手段，分別對(duì)鋼鐵管道和塑料之類的管道進(jìn)行測(cè)量。

4.2.3 探測(cè)縱橫交叉的管線

勘察時(shí)可以運(yùn)用電磁法，電磁法又包含很多可以用來(lái)測(cè)量此類管線的子方法。如果管線本身就能發(fā)出一些特殊的信號(hào)，就是用無(wú)源法，如果電力管線和不同的管線交叉在一起，用50 赫茲的電力自己發(fā)出去的信號(hào)，來(lái)測(cè)算出管線的數(shù)據(jù)；遇到通信管線和不同管線交互平行，要使用電信本身的特殊的信號(hào)，來(lái)算出電信網(wǎng)管的相關(guān)數(shù)據(jù)；如果線管不能發(fā)出特殊信號(hào)，就運(yùn)用有源法，使用正確的方式來(lái)測(cè)量這類管線。

4.2.4 探測(cè)超深地下管線

在城市的某些地區(qū)增加管線，會(huì)被地理?xiàng)l件與生態(tài)環(huán)境所制約，因?yàn)椴荒軐?shí)施開挖埋設(shè)的方式，就只能通過(guò)非開挖的方式進(jìn)行敷設(shè)，對(duì)于這種管道的埋設(shè)是采用的兩邊較淺而中間較深的形式，要是有管線在上面，探測(cè)工作將會(huì)變得十分的艱難。對(duì)于這類情況，不同的實(shí)地地球物理?xiàng)l件和鋼管材料，應(yīng)該相應(yīng)的采用不同的方法實(shí)施探測(cè)，在金屬材質(zhì)的管道線路中，毫不例外的就是通過(guò)直連法里的單端連接與夾鉗法，要是管道線路的埋設(shè)太深，穿過(guò)的地質(zhì)情況復(fù)雜并且距離太長(zhǎng)，就會(huì)隨著探測(cè)距離的增加減弱信號(hào)，此時(shí)就得增加性噪比、提升發(fā)射功率，采用最大值法、數(shù)值為零法等來(lái)分析比較管線的數(shù)值。

4.3 隱蔽狀態(tài)管線的探測(cè)技術(shù)

隱蔽管線測(cè)量主要是排水管道、電信管道以及金屬管線。其中給排水管線采用的大多數(shù)都是非金屬混凝土管線，在測(cè)量時(shí)需要先進(jìn)行開挖，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)來(lái)檢測(cè)管線的底端，收集到準(zhǔn)確的信息后才能夠進(jìn)行開挖。對(duì)于給排水平面管道的探測(cè)來(lái)說(shuō)，盡可能選擇感應(yīng)法進(jìn)行測(cè)量，能夠收集到管線剖面信息。電信管道是隱蔽管道中最為重要的一項(xiàng)探測(cè)工作，在具體探測(cè)管線期間，實(shí)施得最多的方式就是夾鉗法，而在規(guī)定平面位置時(shí)就應(yīng)該采用中心修正法。對(duì)于金屬管線的探測(cè)方式同樣運(yùn)用的是直連法、感應(yīng)法與夾鉗法，在有必要時(shí)還能通過(guò)極小值進(jìn)行輔助測(cè)量，進(jìn)一步將平面定位確定下來(lái)。

4.4 明顯管線點(diǎn)的探測(cè)

在具體探測(cè)城市地下金屬管線時(shí)，對(duì)于明顯的地下金屬管線點(diǎn)可以選擇利用直接測(cè)量法。在探測(cè)過(guò)程中應(yīng)用到的所有設(shè)備和儀器都需要提前進(jìn)行檢驗(yàn)，確定設(shè)備儀器符合規(guī)定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)后，才能夠用于地下金屬管線的探測(cè)過(guò)程中，其測(cè)量精確度需要到厘米。接著還需要進(jìn)行實(shí)地核查，全面的記錄各種測(cè)量數(shù)據(jù)，探測(cè)工作技術(shù)后需要將數(shù)據(jù)列舉出來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸納。

5 結(jié)語(yǔ)

由于我國(guó)的具有非常復(fù)雜的地質(zhì)條件，并且不同地段的物理特性差異顯著，因此需要持續(xù)的提出有效的探測(cè)方法來(lái)合理的應(yīng)對(duì)地理問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)改善地下金屬管線的探測(cè)方法進(jìn)一步使用。另外，在將城市地下金屬管線信息數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容完善之后，也給城建的前進(jìn)道路提供了幫助作用，給減少城市災(zāi)害降低事故發(fā)生率制定措施?？偟膩?lái)說(shuō)，在復(fù)雜的地質(zhì)條件中，通過(guò)管線探測(cè)技術(shù)能夠展現(xiàn)出城市建設(shè)的重大意義。因此在方法實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)地下金屬管線的探測(cè)需求入手，了解管道的差異特點(diǎn)，采用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)類型，合理選擇探測(cè)裝置，規(guī)范行使，從而保證探測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性，給城市建設(shè)管道維護(hù)等工作提供參考。