磁梯度技術在管線探測中的應用要點分析

聞廣斌

（上海旻悅勘察設計有限公司，上海 200135）

0 引言

在城市化建設中，對基礎服務設施進行完善很有必要，尤其是地下管線項目。在城市地下管線設計與施工前，需要對現有管線進行探測，以往探測技術雖然能夠獲取地下管線布局信息，但是對深埋管線而言，未能準確及時獲取平面布局和深度等數據。現階段，基于磁梯度技術進行調整成為大勢所趨，這樣做可確保復雜、深埋管線得到合理探測。技術應用過程中，為達到預期目標，相關人員需要明確技術原理并分析具體應用優勢，利用多樣化方式，確保磁梯度技術在管線探測實踐中得到高效應用，解決以往探測技術應用不足的問題。

1 磁梯度技術原理

地表不同位置往往對應不同磁場強度，在沒有外力干擾的情況下，磁場強度分布均勻，如果有鐵磁性物質存在，其周圍將出現異常情況，而決定異常情況明顯程度的因素，通常是鐵磁性物質所處位置。這便是磁梯度法被提出的背景。

磁梯度法的依據是磁場數學理論，通過對鐵磁性物質所處區域磁場分布特征與變化規律進行研究，得出相應結論[1]。由于金屬管線屬于鐵磁性物質，其周圍必然存在磁異常情況，隨著鐵磁性物質和磁探頭距離不斷縮小，異常信號強度將逐漸減弱，最終消失。基于此，利用磁梯度法對金屬管線埋深進行探測是大勢所趨，而探測效率和結果精準度，通常也可得到相應的保障。

在實際施工時，磁梯度法往往被用來對鉆孔進行定位。非開挖管線的特點是埋深較深、內部信號弱，要想最大限度提升探測精準度，關鍵是要做到地下鉆孔，即：在探測區域對孔位進行布設，待鉆孔作業結束后，由專業人員對孔內磁異常進行觀測，確定管線位置與平面分布情況。對靠近管線中心的鉆孔進行探測，通常能夠得到變化幅度較大的曲線如圖1 所示，如果鉆孔和管線距離較遠，探測所得曲線往往相對緩和。除特殊情況外，曲線最小值、曲線最大值所對應位置間，便是管道中心所在，這點需要引起重視。

圖1 異常點剖面

2 磁梯度技術應用優勢

近年來，非開挖技術逐漸走向完善，非開挖地表成為管道施工首選的敷設方法，該方法將管線埋設控制在3～20m 范圍內，即便管線距離間隔較長，仍然能夠確保無露出點存在，雖然這樣做可提高項目整體性和美觀性，卻也帶來探測難的問題，原有探測技術能夠發揮的作用有限。另外，一部分專業管線需要嚴格按照施工要求增加埋深，在對道路進行回調后，由于路面高度增加，后續探測難度也會大幅增加，原有技術能夠探測的范圍和距離，均不支持其對專業管線進行探測，更新探測技術成為大勢所趨[2]。

現階段，在不同領域得到應用的管線探測技術，主要有地震波法、電磁感應法和地質雷達法等，而相比于上述常規技術，磁梯度技術具有更為突出的優勢，具體表現為：①穿透性極強，可有效消除路面高度增加或其他突發情況帶來的不利影響；②探測靈敏度相對較高；③環境因素給探測作業所帶來影響有限，在大多數情況下，均可以做到忽略不計。正是這些優勢的存在，才使磁梯度技術被廣泛用于探測深埋管線的領域，所取得成績也極為矚目。

3 磁梯度技術應用要點分析

下文將以某項目為例，對應用磁梯度技術探測管線的要點進行分析與歸納，供相關人員參考。

3.1 項目情況

昆陽北路的宋長濱橋需要對電力拖管進行新建，施工區域已敷設管線為直徑20cm 的煤氣非開挖管線，如果盲目施工，極易使管線損壞，不僅會給周圍居民的生活帶來不便，還會使其財產和生命安全受到威脅。基于此，施工單位計劃先派專業人員前往現場，通過踏勘的方式，對實際情況加以了解，再擬定施工方案。第一步，由施工單位聯合管線單位進行交底，明確現有管線類型和其他參數；第二步，由于探測需要使用鉆孔機，部分綠化被破壞的情況無法避免，因此，施工單位應協調有關部門，對綠化進行搬遷，盡量減小鉆孔作業給環境帶來的負面影響；第三步，確定施工方案，在預估管材的基礎上，逐一落實其他準備工作，例如，調配鉆孔機。

3.2 管線探測結果

本項目探測煤氣管線時鋼管非開挖管線，要想使管線深度及位置得到精準探測，工作人員應對磁梯度法加以應用。專業人員提前布設的24 個孔位（如圖2 所示），共有10 個孔位能夠探測到煤氣管線，探測結果如圖3 所示。

圖2 孔位布設情況

圖3 探測結果平面

3.3 操作要點分析

3.3.1 剖面的測量

探測地下管線時，工作人員出于提高探測效率及精準度的目的，通常會將測量剖面放在第一步。對剖面進行測量的流程如下：先沿剖面方向對長度可調測量線進行布設，確保測量線和管線延長線垂直，再對管線方向、埋深等因素加以考量，對測量線間距進行確定。

一般來說，如果測量管線平直，工作人員可將間距設為100m或100m 以上。如果管線埋深較淺，則要酌情減小間距；如果管線埋深較深，只有增大間距才能保證測量有效性。在某些情況下，工作人員還可以選擇在某條剖面上，對間距不等的多個測量線進行布設，通過增加管線兩側點距及上方點距的方式，確保探測所得曲線完整，探測效率和精準性自然能夠得到保證[3]。

3.3.2 鉆孔的定位及校準垂直度

在正式進行鉆孔前，由專業人員利用全站儀確定并標注極坐標，在擬定鉆孔點的基礎上，按部就班的完成后續環節。研究表明，要想做到精準探測地下管線，前提是保證鉆孔垂直，工作人員可以借助全站儀對直角加以確定，將其視為判斷并校準鉆桿垂直的依據，通過實時監測的方式，保證鉆桿始終具有理想的垂直度。由管線單位交底可知，本項目探測區域電力/煤氣非開挖管線數量僅為1 組，這也表明探測工作的重點是確定電力管線位置，為孔位布設提供參考，確保鉆孔區域和管線存在一定距離，避免管線被破壞的情況出現。另外，還要大致確定煤氣管線位置，為日后布孔鉆探等環節的順利開展提供支持。

3.3.3 鉆孔施工

工作人員以施工現場情況為依據，將鉆孔方案擬定如下：在煤氣管線垂直方向進行鉆孔，每側鉆孔數量為3 組，每組鉆孔數量為5 個，每孔深度控制在15m 左右，相鄰孔洞距離以30cm 為宜。在探測區域，由專業人員利用鉆機進行鉆孔，盡量將孔位布設在障礙物附近，通過套管的方式，為孔壁提供全面保護，確保探測結果能夠對障礙物情況進行明確且準確的反應[4]。在開展鉆孔作業時，如果探測區域情況不明，工作人員應嚴格控制鉆孔速度，一旦發現存在阻力，立即停止持續施壓，基于水沖依靠鉆頭自重，對管線屬性進行感受，若鉆孔區域有障礙物存在，工作人員需要停止鉆探，在鄰近區域重新布設孔位，這樣做可以有效避免鉆機損壞管線等問題出現。打孔后，及時利用高壓水對孔洞進行反復沖洗，防止打孔機碰到管線，導致管線防腐層及管線本身被損壞。

3.3.4 下套管及磁梯度的探測

在完成鉆孔環節后，由磁法物探組人員，利用磁梯度法進行探測作業。前期準備階段，工作人員需要根據孔洞直徑對PVC 管進行安置與封閉。在下套管時，工作人員應不斷注入清水，這樣做可以有效避免PVC 管上浮。除特殊情況外，工作人員均要利用無磁性螺絲，對PVC 管接頭進行固定，為探測所得數據的有效性提供保證。其次，經過鉆孔口，將磁梯度探頭伸入孔底，待準備工作告一段落，方可啟動檢測儀，由檢測儀對數據進行自動檢測與記錄。此時，工作人員的任務是將探頭由孔底勻速拉升到孔口，確保相鄰測試點距離均為10cm。再根據檢測儀所記錄數據，依次比對管線所處深度和實際位置。最后，采集探孔、探測點坐標，供日后內業整理。

3.3.5 孔位及測量孔口的標高

等到探測作業結束，再由專業人員結合斷面鉆孔預期標高，對設計斷面逐一進行探測。為接下來的異常數據處理等環節提供便利。

3.3.6 異常數據處理

工作人員經過探測獲得現場資料后，還要對探測所得異常數據進行分析和解釋，通過推測的方式，明確場源分布的大致形態，真正做到以異常點為切入點，充分利用已知物理和地質條件，對干擾進行有效消除，使地下管線分布情況得到更加直觀的呈現[5]。

在處理異常數據時，工作人員應將重心放在定性解釋、定量計算方面。前者以干擾因素徹底消除為前提，先根據數據資料提煉相關規律，再對地下管線引起異常情況進行識別，從而達到全面了解管線走向及埋深的目的。后者則需要工作人員以科學計算方法為依托，通過計算得出管線位置、埋深等參數。

4 結論

通過本文的分析能夠看出，地下管線穩定運行至關重要，加強管線探測技術應用是城市地下管廊建設的關鍵環節。本文研究了磁梯度法，即在一定距離范圍內通過監測地磁場強度變化量，實現測量地下管線目的。但是，在具體探測中，該技術受到外界磁性物體影響較大，需要加強現場環境管理與控制，降低測量誤差。本次項目探測中，經過多次校準與異常數據剔除，最終給業主方提供了有關煤氣管線的精準位置和深度信息。磁梯度法的合理應用，也為日后管線施工提供了技術保障，可有效預防施工風險，避免發生經濟損失。

今后，相關企業及個人應積極優化磁梯度探測技術，例如，加強剖面數據測量、明確鉆孔定位及校準垂直度等技術參數，確保鉆孔安全距離，避免對現有管線造成破壞，同時，繼續優化鉆孔施工下套管技術，使每個探測孔均應用到磁梯度法，對管線位置和實際深度進行監控，明確測量孔位及孔口標高，對影響測量精準性因素進行控制，最大限度解決探測技術在實際應用中遇到的難題。