基于復雜條件下地下管線探測模擬方法的探討

陳佳才 ，周 涵

（1.惠州市住房和城鄉建設局，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

當前針對城市地下管線探測的研究很多，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滿足不了當前的發展需要，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展，就需要對地下管線進行有科學性的規劃，從而建立較為完整的地下管線體系。

1 地下管線探測的基本原理

電磁法是地下管線探測最常用的方法。地下管線和所處環形環境中介質的導電性和導磁性具有差別，基于這個特點，再通過使用電磁感應原理，對目標進行觀察以及對管線周圍電磁場的空間分布和時間分布進行有效測量，從而找出目標管線的比較精確地位置。在進行作業的時候，主要通過磁場的激發，讓管線產生較大的電流，管線一產生電流，與此同時就會出現相同頻率的電磁場，這個時候，就可以通過使用相關儀器對磁場的分布規律進行有效探測，從而找到目標管線精確地位置。但是如果想要得到目標管線的準確位置，一定要滿足以下幾個基本條件：①當用磁場激發管線產生電流的時候，管線所產生的磁場可以被相關的儀器接收到，并且可以比較清楚地根據接收到的信號進行計算；②激發出來的管線的電流最好能較少的對測量結果進行干擾；③使用的儀器最好能夠足夠先進的發射和接收信號。探地雷達的工作原理就是通過高頻電磁波來探測地下介質的分布。

2 地下管線探測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，在進行探測模擬的時候并不是理論上說的那么簡單。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，這給探測過程中得到準確的數據和圖像帶來一定的難度。因此，要進一步分析在探測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對目標地下管線而言，其周圍介質的介電常數有較大差異；基于此，當管道與周圍介質的差值越大時，反射系數也就越大，得到的圖像也就越清晰；②由于在進行地下管線填埋的時候，一般都是在目標位置進行挖開地面填埋，所以，這就使得挖開的那一部分區域的土地的結構與周圍土地結構產生的差異。從而導致介電常數和電導率的差異也不一樣。這對于在探測的時候的目標管線的識別也產生的一定的干擾。因此，在對于目標管線進行探測的時候，應該通過查閱資料或者運用探測手段得到目標管線的所用到的材料、規格，以及當時填埋目標管線所用到的方式，這為目標管線探測的時候排除這些因素的干擾提供一些數據支持。

3 復雜條件下城市地下管線探測模擬方法

早在20 世紀90 年代以來，城市地下管線已經逐漸在全國各地開始普查推廣。因我國的地質情況復雜，物理特性差異大，所以不斷提出相應的探測方式來針對性解決地理問題，不斷實驗探測，實現了我國地下管線從初期簡單應用至物探和定位探深的發展。在地下管線探測技術應用階段有了突破性的進展，并且探測儀器水平也有了一定的發展，找到了以地下管線探測定位儀為主的簡便經濟的物探方式。開始關注專業探測隊伍的進步，地下管線探測技術得到應用和發展。不斷填充城市地下管線信息數據庫內容，對城市建設發展起到重要的作用，也是預防城市災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模擬

我國隨著城市建設加快，地下管線的分布越來越密集。為了節省空間，所以一般地下管線在埋的時候都是平行埋的方法，所以這就給探測的時候帶來的相應的困難。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。這個時候進行測量，異常曲線經常呈現的是單峰狀，這個時候是無法通過峰值確認地下有幾個管線的。在管線與管線距離稍微大點的時候，雖然產生多個峰值，但是峰值與峰值是不對稱的，這樣也無法確認管線到底有幾條。所以為了能夠精確的測量管線，減少非目標管線的干擾，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

針對城市地下管線復雜情況，采用夾鉗法進行分析。夾鉗是電磁感應法中比較重要的一種方法，采用夾鉗可直接套入管線內，產生相應的諧變磁場，實現管線間的耦合，可有效地構建完善的處理機制和管理效果。值得注意的是，這種情況下產生的電流結構需要借助于磁場測定來確定地下管線的實際位置，特別是對其地理位置進行標注和分析，開展切實有效的地下管線探測，可以在提高探測精度的基礎上，保持探測技術的整體水平和應用價值。

3.1.3 水平、傾斜和垂直壓線法

在進行管線作業的時候，直接法和夾鉗法可以減少外部非管線的干擾。在這個前提下，就可以運用水平、傾斜和垂直壓線法。水平、傾斜和垂直法就只利用在進行操作的時候，發射機的水平線圈不會激發管線產生干擾因素。這樣就可以達到突出目標管線異常的目的。

3.2 各類非金屬管線的探測

隨著高科技材料的產生和應用，地下管線的材料的種類也多了起來。以前大多數使用金屬管線，現在有些非金屬管線取代金屬管線。但是在進行管線探測的時候，一般的探測儀對于非金屬管線起到的作用不大，雖然有非金屬管線的探頭，但是由于對于管線的探測要求的是比較精確的位置，而非金屬管線的探頭探測的結果不能夠滿足或者不能滿足對于數據或者畫像的分析，所以，一般對于探測非金屬管線使用的是雷達探測。

3.2.1 感應法

針對復雜條件，城市地下管線探測過程較為困難，依據感應法的具體要求能提高地下管線位置判定的準確性和完整程度，一定程度上提高地下管線探測技術的實際應用水平和運行效率，實現操作流程的完整性優化。目前，應用較為有效的技術結構和測定方式分為三種：①水平壓線法。這種機制主要應用在干擾管線的正上方，能有效保證干擾管線不會被激發或者是弱激發，能有效應用在探測間距較大的平行管線結構中，并且維護整體效果；②傾斜壓線法。這種壓線處理機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，能有效滿足實際需求，提升技術管理水平和控制措施，維護感應機制的完整程度；③垂直壓線法。主要時間發射機的位置設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化，也能使用在上下重疊管線結構中。特別要注意的是，垂直壓線法必須要提供垂直壓線的條件，只有滿足相關要求，才能從根本上維護整個系統的完整程度。

3.2.2 雷達法

在地下管線探測技術中，地質雷達法也被稱為探地雷達法，借助其自身的探測優勢和特征應用較為廣泛，在實際操作過程中，要借助電磁波和介質對傳播路徑進行分析，集中整合實際操作和處理路徑，一定程度上完善變化分析效果。但是，地質雷達會受到一些因素的影響，需要技術人員予以重視。首先，地下管線周圍介質材料會對介電常數產生差異化影響，只有保證反射系數較大，才能獲取較為清晰的圖像。其次，管線的周圍介質一定要保證均勻，借助挖溝回填的方式進行處理時，若是不能有效管理回填土和原土層結構，就會出現介電常數和電導率失衡的問題，嚴重影響目標管線的識別效果。基于此，要在管線探測的過程中，全面了解目標管線的相關參數，尤其是規格、材質以及具體埋設情況，從根本上確定連續性以及干擾隨機性，有效分析識別效果和波形特征，從根本上提高地下管線探測技術的應用效果。

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，主要的是面對幾十或者是幾百根電極進行技術測定，技術人員通常需要較多的專業儀器對其數據進行有效的控制，并且重點對處理的效果和采集的水平進行有效整合，維護地點斷面圖的實際水平，保證監測抗干擾能力的最優化。

4 結束語

隨著城市地下管線的建設越來越密集，地下管線所用到的材料的種類也越來越多。尤其是對于非金屬管線的應用越來越廣泛。雖然雷達探測在一定程度上可以解決這個問題，但是，對于復雜的城市地下管線來說，因為干擾因素太多，很難做到精確的測量。所以，應該加強地下管線探測模擬方法的研究和發展使探測精確度等方面有進一步提高。