復雜地質條件下地下金屬管線探測方法研究

劉小力，陳曉林，陳 芹

（1.江蘇國衡中測土地房地產資產評估咨詢有限公司，江蘇 南京 210012；2.湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

目前我國城市正處于告訴發展時期，城市化程度越來越高，對城市地下空間的開發不斷加深，地下設施也愈加密集，地下管線構成了一個錯綜復雜的網絡。已成為城市結構的血脈，是我國社會經濟的生命線，在城市中占據著至關重要的地位。是人們生活發展的基礎，它可以給城市的各方面運作提供保障，不僅維持著人們的幸福生活，還保證了現代化城市的高速運轉。因此，在目前的城市化進程中，對于作為其基礎設施的地下金屬管線進行科學、有效地探測具有重要意義。它既影響到城市地上與地下工程的建設，還和人們的平時生活形影不離。但由于城市中的地質條件復雜，地下金屬管線種類較多，形狀也各不相同，對探測方法的完善與應用非常重要。

1 進行地下金屬管線探測的必要性

地下金屬管線根據使用功能的不同分為很多種，主要包括給水管道、熱力管道、工業管道、燃氣管道等金屬管道和通信管線、電力管線等金屬纜線。地下管線體系在整個城市化進程中扮演著十分關鍵的角色，并且也代表了城市的發展，在城市的基礎設施建設中是關鍵的構成要素，地下管網的建設水平能在很大程度上體現一個城市的發展建設的水平，可以說地下管線就是城市的血管和經絡，對城市的發展建設具有重要的意義。目前隨著城市的發展，城市地下的管網系統已經越來越復雜，因此對相關的探測技術也提出了更高的要求，但是從整體上來說，目前很多城市只是注重對地上基礎設施的管理，而往往忽視地下金屬管網的管理，因此目前城市地下金屬管網的管理還是相當粗放的，這就導致地下金屬管線探測工作始終得不到有效地開展，檔案資料也不齊全，對城市的發展規劃造成很大的影響，因此就需要加強城是地下金屬管線探測，建立完整的檔案，從而促進城市的發展建設。另外，為了在復雜的城市管線網絡中實現準確高效的探測，還必須對現代的地下金屬管線探測技術進行有效的改進和靈活的使用，從而保證探測的效率和準確性。

2 城市地下金屬管線探測基本原理

如何準確探測出城市地下金屬管線探測的位置與深度是探測工作的核心問題。目前主要使用電磁感應法對金屬管線進行探測，其主要工作原理是：由于地下金屬管線的導電性、導磁性與其周圍的介質存在一定程度的差異，因此按照電磁感應原理可以分析與研究探測區域的電磁場時間和空間的分布規律，進而計算出地下金屬管線的平面位置與埋設深度。在探測地下金屬管線時，金屬管線在被動或主動的激發場源的諧變電流的作用下，管線中會出現二次電流，進而在其周圍形成二次諧變磁場，利用地面接收機接收并測定該磁場時間與空間的分布規律，便能分析并計算出該管線的位置與深度。由此可知，地下金屬管線探測準確度取決于其與埋設附近的介質的電性差異程度，差異越大，結果越準確。

3 城市地下金屬管線探測與管理技術中的常見問題

3.1 設計規劃與監管工作是合理性和有效性不足

目前，大多數的設計規劃單位在規劃城市時通常只關注地面上的設施設備，而常常會忽略地下的工程建設，并且也未去重視工程施工的建設和審批等階段，減少了工程施工的監督與維護工作的費用支出，以至于使得在某個城市埋設地下金屬管線時，并沒有在設計方案與及監管工作上實現合理性和有效性，進一步影響地下金屬管線的施工建設工程。

3.2 管線的屬性選擇不正確

開展地下金屬管線探測時，如果在管線的屬性選擇時出錯，會出現探測不準確或者探測不到等問題。屬性選擇錯誤主要體現在以下三個方面：①作業人員掌握的管線知識不充足，不了解管線的各項屬性，因此在探測時容易出現對管線屬性的誤判；②在探測復雜的地質中埋設的管線時，我們可以依據外部資料判定出管線的屬性，但是不易被探測設備識別出來，在后期數據處理時容易出現屬性選擇的錯誤；③有些城市地下金屬管線埋設年代久遠，埋深較大，使得管線與周圍介質的差異性非常小，使得探測設備難以探測識別，進而無法判定管線的屬性。

4 復雜地質條件下地下金屬管線的探測技術

4.1 近間距并行式地下金屬管線探測

在城市地下金屬管線設計施工過程中，會出現多條管線埋深和走向基本一致的情況，同時這類管線間的間距會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，使得地下管線的數量不斷暴漲，而目前城市地下空間開發程度低，可利用的空間越來越少，便會出現大量的近間距并行管線，并縱橫交錯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，在探測過程中的電磁場會出現相互感應、疊加現象，進而產生強烈的干擾信號，加之城市交通環境、商區及工業空間電磁場等各種因素的影響，使得探測設備接收到了大量的不確定的干擾信號，大大降低了管線的探測精度。

在近并式管線探測過程中，可以利用夾鉗法對目標管線夾鉗電圈，使得目標管線產生諧變磁場，進而產生二次電流，這樣接收機可以接收到更強烈得信號。也可以使用直接發法，對管線外露處直接對其充電，使得電流能夠沿目標管線流動，同時利用地面接收機接收電流信號，進而確定出管線的位置與埋深。

4.2 物探技術的應用

由于時間的推移，我國的科學技術水平在持續的優化與進步，再加上對于城市的地下金屬管線探測方法的標準也在持續升高，所以，我國在施工過程中運用到了物探技術，并逐漸普遍地使用在各個區域的地下金屬管線探測施工任務中，再加上有關人員改進了物探技術的實施功能，能夠進一步應用在地表溫度檢測、淺層地表震動、電磁感應與高精準性磁場等環節，并且持續的深入研發與優化，極大地增強了在對城市地下金屬管線進行探測時的工作水平和成率。

4.2.1 作業的時候干擾壓制

（1）對于一些不太好處理容易測算錯誤的干擾，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，對容易處理的線纜進行勘測，然后對受到嚴重干擾、在比較深的位置的管線進行位置測算，對于出路露件良好的地方，也可以運用感應法，把發射機放在選定的管線上激發，這樣可以大大提高管線探測數據的精確性。

（2）要是被間斷的電磁所干擾，最好選擇其他勘察點來避免。間斷的干擾涵蓋了水泥路面之下的鋼筋網，在進行探測時應該將接收設備增加到相應的高度，主要是為了降低或避免鋼筋網中形成的干擾信號，可是需要修改探測的深度。

（3）在脈沖型的電磁干擾當中的形成因素通常是由車輛等導致，因此在進行探測施工時，最好與車輛行駛的高峰期間錯開，并且要想較好的實現照明功能，應該在施工條件安全的前提下采用夜間施工的方式。

（4）對高壓電網造成的干擾性進行探測的最優途徑是直接法與夾鉗法，利用加大激發功率的方式，來縮短收發距，進而突顯出目標管線中電池信號，進一步實現壓制工業游散電流的需求。

（5）而要是屬于被隔離欄、金屬護欄所干擾，就需要將接收機增加到相應的高度，確保末端或頂部的線圈與欄桿中的橫欄具有一致的高度，主要是因為此時的金屬護欄產生的干擾信號非常小的，可以降低干擾性。

4.2.2 探測上下重疊的管線

（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，認真判斷管道的疊加問題，找到其位置，測量疊加在一起的深度。

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

4.2.3 探測縱橫交叉的管線

勘察時可以運用電磁法，電磁法又包含很多可以用來測量此類管線的子方法。如果管線本身就能發出一些特殊的信號，就是用無源法，如果電力管線和不同的管線交叉在一起，用50 赫茲的電力自己發出去的信號，來測算出管線的數據；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，來算出電信網管的相關數據；如果線管不能發出特殊信號，就運用有源法，使用正確的方式來測量這類管線。

4.2.4 探測超深地下管線

在城市的某些地區增加管線，會被地理條件與生態環境所制約，因為不能實施開挖埋設的方式，就只能通過非開挖的方式進行敷設，對于這種管道的埋設是采用的兩邊較淺而中間較深的形式，要是有管線在上面，探測工作將會變得十分的艱難。對于這類情況，不同的實地地球物理條件和鋼管材料，應該相應的采用不同的方法實施探測，在金屬材質的管道線路中，毫不例外的就是通過直連法里的單端連接與夾鉗法，要是管道線路的埋設太深，穿過的地質情況復雜并且距離太長，就會隨著探測距離的增加減弱信號，此時就得增加性噪比、提升發射功率，采用最大值法、數值為零法等來分析比較管線的數值。

4.3 隱蔽狀態管線的探測技術

隱蔽管線測量主要是排水管道、電信管道以及金屬管線。其中給排水管線采用的大多數都是非金屬混凝土管線，在測量時需要先進行開挖，通過地質雷達來檢測管線的底端，收集到準確的信息后才能夠進行開挖。對于給排水平面管道的探測來說，盡可能選擇感應法進行測量，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探測工作，在具體探測管線期間，實施得最多的方式就是夾鉗法，而在規定平面位置時就應該采用中心修正法。對于金屬管線的探測方式同樣運用的是直連法、感應法與夾鉗法，在有必要時還能通過極小值進行輔助測量，進一步將平面定位確定下來。

4.4 明顯管線點的探測

在具體探測城市地下金屬管線時，對于明顯的地下金屬管線點可以選擇利用直接測量法。在探測過程中應用到的所有設備和儀器都需要提前進行檢驗，確定設備儀器符合規定的測量標準后，才能夠用于地下金屬管線的探測過程中，其測量精確度需要到厘米。接著還需要進行實地核查，全面的記錄各種測量數據，探測工作技術后需要將數據列舉出來進行統計和歸納。

5 結語

由于我國的具有非常復雜的地質條件，并且不同地段的物理特性差異顯著，因此需要持續的提出有效的探測方法來合理的應對地理問題，并經過不斷的實驗改善地下金屬管線的探測方法進一步使用。另外，在將城市地下金屬管線信息數據庫的內容完善之后，也給城建的前進道路提供了幫助作用，給減少城市災害降低事故發生率制定措施。總的來說，在復雜的地質條件中，通過管線探測技術能夠展現出城市建設的重大意義。因此在方法實施過程中，應該根據地下金屬管線的探測需求入手，了解管道的差異特點，采用恰當的技術類型，合理選擇探測裝置，規范行使，從而保證探測結果的精準性，給城市建設管道維護等工作提供參考。