地下管線探測(cè)中關(guān)鍵參數(shù)獲取及評(píng)價(jià)

蔡偉濤

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

隨著城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，及地下空間的快速開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致市政管線趨于密集化，在建筑施工中也常發(fā)生挖斷或破壞管線的嚴(yán)重事故[1-4]，加之由于管線的管理運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平落后，導(dǎo)致管線腐蝕老化、破裂并發(fā)生滲漏，引起地下土質(zhì)疏松，造成路面及建筑物不均勻沉降，最后使路面發(fā)生塌陷，形成地下空洞，甚至建筑物倒塌，嚴(yán)重影響人們的正常生活[5-9]。要解決這一問(wèn)題，必須首先對(duì)管線精確定位和定深。探測(cè)管線的方法較多，主要有：電磁法、地震法、探地雷達(dá)法、聲學(xué)探測(cè)法及紅外法[10]，依據(jù)最新版管線探測(cè)規(guī)范CJJ61-2017《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》，探查儀器在投入使用前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)以保證探測(cè)質(zhì)量[11]，主要涉及幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)獲取及一致性評(píng)價(jià)。較多文獻(xiàn)討論了探測(cè)中質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的問(wèn)題，如廖小軍[12]討論了隱蔽管線點(diǎn)檢查及質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的問(wèn)題，對(duì)管線探測(cè)前準(zhǔn)備工作討論較少或者不夠全面；如牛根良[13]討論了地下管線探測(cè)中儀器一致性檢驗(yàn)和方法試驗(yàn)。本文以雷迪RD8100為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹了管線探測(cè)前的準(zhǔn)備工作：金屬管線探測(cè)、關(guān)鍵參數(shù)獲取、評(píng)價(jià)獲取及一致性數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)獲取。

1 地下金屬管線探測(cè)方法

1.1 直連法

直連法要求金屬管線在地表出露，或由于施工開(kāi)孔而暴露出管線。其目的是通過(guò)觀察直聯(lián)管線一次場(chǎng)的變化來(lái)進(jìn)行金屬管線探測(cè)。具體做法是發(fā)射機(jī)一端與出露管線相連，另一端接地。

1.2 感應(yīng)法

用磁偶極源在地面上建立一個(gè)交變電磁場(chǎng)，地下金屬管線在一次場(chǎng)的作用下，便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，一次場(chǎng)產(chǎn)生的電流在管線中流動(dòng)，產(chǎn)生二次場(chǎng)。在地面上探測(cè)二次場(chǎng)電磁是否異常，便可確定地下管線的空間分布。

1.3 夾鉗法

夾鉗法是利用夾鉗內(nèi)的環(huán)形磁芯，發(fā)射機(jī)與夾鉗連通后就可以使磁環(huán)形成磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)就能有效地耦合到管線上，從而在管線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，達(dá)到探測(cè)地下管線的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，支流法、感應(yīng)法、夾鉗法3 種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 3 種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

2 關(guān)鍵參數(shù)及工區(qū)介紹

在新工區(qū)內(nèi)進(jìn)行地下管線探測(cè)，必須做好探測(cè)準(zhǔn)備工作，主要有最小收發(fā)距、最佳收發(fā)距、最佳發(fā)射頻率、最佳發(fā)射功率、修正系數(shù)等參數(shù)的確定及參與工作儀器一致性評(píng)價(jià)。該工區(qū)內(nèi)主要管線是金屬給水管及排水管，鋪設(shè)較規(guī)則，局部出露，地表為混凝土地面，地下回填土主要是粘土和碎石，磁性弱，回填土深度為1～2 m，與管線間存在明顯磁性差異，對(duì)開(kāi)展工區(qū)關(guān)鍵參數(shù)獲取探測(cè)試驗(yàn)較有利。

3 關(guān)鍵參數(shù)獲取及評(píng)價(jià)

3.1 最小收發(fā)距

主要分析一次場(chǎng)衰減規(guī)律，最小收發(fā)距是感應(yīng)法確定最佳收發(fā)距的前提。首先在地下無(wú)干擾管線的情況下，固定發(fā)射機(jī)位置，然后讓發(fā)射機(jī)處于工作狀態(tài)，接收機(jī)沿發(fā)射機(jī)一定走向觀測(cè)發(fā)射機(jī)場(chǎng)源效應(yīng)的范圍并記錄下距離及接收機(jī)上的讀數(shù)，然后改變發(fā)射機(jī)功率，確定不同發(fā)射功率的場(chǎng)源效應(yīng)范圍和距離。在最小收發(fā)距測(cè)試中設(shè)置功率為50%、100%，在每次測(cè)試中增益不變，直到為零，結(jié)束本次操作，最小收發(fā)距測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著接收機(jī)距離增大，兩圖一次場(chǎng)逐漸減弱，發(fā)射機(jī)功率對(duì)一次場(chǎng)衰減影響不大，當(dāng)收發(fā)距為9 m 時(shí)，兩種功率的讀數(shù)均為零，因此該工區(qū)的最小收發(fā)距為9 m。

圖1 最小收發(fā)距一次場(chǎng)衰減曲線

3.2 最佳收發(fā)距

由最小收發(fā)距測(cè)試可知，該區(qū)最佳收發(fā)距應(yīng)大于9 m，將發(fā)射機(jī)放置在無(wú)干擾的已知單根管線上，在接收機(jī)沿管線走向的方向上進(jìn)行觀測(cè)，每隔5 m畫(huà)一條垂直于管線走向的直線， 每0.2 m 測(cè)一個(gè)值，讀取寬峰模式下的值，把接收機(jī)的增益調(diào)到90%以上并在測(cè)量中不再調(diào)增益，最后對(duì)比在管線走向延長(zhǎng)線上的讀數(shù)。發(fā)射機(jī)功率為50%、100%，不同頻率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。發(fā)射機(jī)低頻（4 kHz） 發(fā)射時(shí)，最佳收發(fā)距不好判斷；高頻發(fā)射時(shí)，當(dāng)收發(fā)距大于20 m 時(shí)，高頻率的曲線尖而窄，可以認(rèn)為本區(qū)感應(yīng)法33 kHz、83 kHz 的最佳收發(fā)距為20 m。

圖2 最佳收發(fā)距

3.3 最佳發(fā)射頻率

固定最佳收發(fā)距及發(fā)射功率，接收機(jī)在最佳收發(fā)距的定位點(diǎn)上通過(guò)改變發(fā)射機(jī)不同頻率進(jìn)行觀測(cè)，視接收機(jī)滿偏度及靈敏度來(lái)確定最佳發(fā)射頻率，工區(qū)內(nèi)測(cè)試了感應(yīng)法、直連法及夾鉗法的最佳發(fā)射頻率（見(jiàn)圖3）。

圖3 最佳發(fā)射頻率

由圖3 可知，感應(yīng)法的最佳發(fā)射頻率為33 kHz、65 kHz、83 kHz，4 kHz、8 kHz，測(cè)量誤差較大；直連法的最佳發(fā)射頻率為4 kHz、8 kHz；夾鉗法的最佳頻率同直連法。

3.4 最佳發(fā)射功率

固定最佳收發(fā)距及發(fā)射頻率，接收機(jī)在最佳收發(fā)距的定位點(diǎn)上改變發(fā)射機(jī)不同功率視接收機(jī)讀數(shù)滿偏度及靈敏度來(lái)確定最合適的發(fā)射功率。

工區(qū)內(nèi)測(cè)試了感應(yīng)法、直連法及夾鉗法的最佳發(fā)射功率（見(jiàn)圖4），不同功率感應(yīng)法探測(cè)均滿足限差要求，定深在7.7%以內(nèi)，一般近距離探測(cè)時(shí)選小功率發(fā)射（因?yàn)樾」β室馕吨〗蛔冸娏鳎?，可以減少干擾；不同功率直連法探測(cè)均滿足限差要求，定深在5.5%以內(nèi)，一般近距離探測(cè)時(shí)選小功率發(fā)射，可以減少干擾，夾鉗法發(fā)射功率選擇同直連法。

圖4 最佳發(fā)射功率

3.5 修正系數(shù)

直讀的深度要經(jīng)過(guò)校正才能達(dá)到較高的可靠性，在同一個(gè)點(diǎn)采用不同儀器直讀深度并求其均值，然后該點(diǎn)真值除以其均值即為修正系數(shù)，該區(qū)修正系數(shù)為1.096。直讀深度修正效果見(jiàn)圖5，修正值更接近真值。

圖5 直讀深度修正效果

3.6 一致性評(píng)價(jià)

對(duì)用到的3 臺(tái)儀器進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)，在考慮到修正系數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)直讀值修正，利用直連法進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)，儀器一致性定位均方差[14]，表達(dá)式為

儀器一致性定深均方差[14]，表達(dá)式為

定位限差[11]，表達(dá)式為

定深限差[11]，表達(dá)式為

式中：n為試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)；m為儀器數(shù)量乘試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)；hi為第i個(gè)檢查點(diǎn)管線中心埋深；Δsi為第i個(gè)隱蔽管線點(diǎn)的平面位置偏差；Δsh為第i個(gè)隱蔽管線點(diǎn)的埋深偏差。

依據(jù)CJJ 61-2017《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》3.0.8 條，3 臺(tái)儀器定位定深均方差（見(jiàn)表2），顯而易見(jiàn)均小于定位定深限差的1/3（具體由一致性評(píng)價(jià)公式計(jì)算），因此3 臺(tái)儀器一致性均為合格。

表2 儀器一致性評(píng)價(jià)表

4 結(jié)論

通過(guò)工區(qū)內(nèi)地下管線探測(cè)前的試驗(yàn)得出以下結(jié)論。

1） 管線探測(cè)前必須做好準(zhǔn)備工作，依次為：最小收發(fā)距、最佳收發(fā)距、最佳發(fā)射頻率、最佳發(fā)射功率、修正系數(shù)等參數(shù)的確定及參與工作儀器一致性試驗(yàn)。

2） 由于發(fā)射機(jī)一次場(chǎng)的干擾，在使用感應(yīng)法探測(cè)時(shí)，最小收發(fā)距不能低于9 m，最佳收發(fā)距大于20 m，發(fā)射機(jī)頻率大于等于33 kHz 時(shí)，探測(cè)效果較好。

3） 在使用直連法、夾鉗法探測(cè)金屬管時(shí)，選發(fā)射頻率為4 kHz 或8 kHz 且低功率為佳，干擾少。

4） 利用直讀法定深時(shí)應(yīng)結(jié)合真實(shí)值對(duì)其深度進(jìn)行修正，對(duì)于復(fù)雜地區(qū)可有多個(gè)修正系數(shù)，分別計(jì)算各自修正值。