復(fù)雜地質(zhì)條件下地下金屬管線探測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

狄紅偉，張贊萍，王小杰

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 451464）

眾所周知，金屬地下管線是地質(zhì)開采過(guò)程中必不可少的重要內(nèi)容，是最為重要的地質(zhì)工程基礎(chǔ)設(shè)施之一，對(duì)地質(zhì)開發(fā)及發(fā)展建設(shè)具有很大的影響。尤其隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)法條件越來(lái)越復(fù)雜，金屬地下管線的探測(cè)難度也有了明顯的增加，與地下工作相比，地下工作存在明顯的不確定性，這些因素給地下管線的探測(cè)工作帶來(lái)了阻礙，如果沒(méi)有合理的解決這些問(wèn)題，就會(huì)直接影響地下管線的探測(cè)質(zhì)量，這就需要結(jié)合實(shí)際情況，使用合理的探測(cè)技術(shù)，保證能夠滿足復(fù)雜條件下的實(shí)際需求，這樣才能為地下管線的有效運(yùn)營(yíng)提供重要保證。

1 金屬地下管線的分類和重要性

實(shí)際上，不同地質(zhì)工程的地下管線其歸屬單位也存在明顯的差異，金屬地下管線主要由公用管線以及軍用地下管線構(gòu)成，其中公用管線主要包括給排水、熱力、工業(yè)等；而軍用地下管線則包括鐵路、民航等。但是不論是哪種類型分地下管線，其作用都是不可替代的，由于地質(zhì)工程建設(shè)以及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有著十分重要的影響，是整個(gè)施工發(fā)展的生命線，主要承擔(dān)著輸送能量、物質(zhì)以及傳遞信息的重要作用。金屬地下管線構(gòu)成的管網(wǎng)，是保證工業(yè)發(fā)展能夠得到持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。

2 金屬地下管線探測(cè)的重要性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及地質(zhì)工程建設(shè)的迅速發(fā)展，施工的發(fā)展規(guī)模也有了明顯的擴(kuò)大，同時(shí)地下管線的數(shù)量也不斷的增多。地下管線是地質(zhì)工程基礎(chǔ)設(shè)施中的基礎(chǔ)內(nèi)容，也是保證經(jīng)濟(jì)可以得到穩(wěn)定有序發(fā)展的重要基礎(chǔ)和前提。

而在地質(zhì)工程不斷發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)地下管線的監(jiān)管模式已經(jīng)無(wú)法滿足發(fā)展需求，監(jiān)管模式也呈現(xiàn)出復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，再加上部分工程區(qū)域在發(fā)展過(guò)程中并沒(méi)有深刻的認(rèn)識(shí)到地下管線的重要性，缺乏對(duì)地下管線的合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)，導(dǎo)致出現(xiàn)了地下管線相關(guān)信息缺失的情況，給地質(zhì)工程建設(shè)和發(fā)展也埋下了很大的安全隱患，所以做好地下管線的探測(cè)工作就顯得十分關(guān)鍵。

3 地下管線探測(cè)的基本原理

在地質(zhì)工程施工和發(fā)展中，地下管線的探測(cè)，其實(shí)質(zhì)就是利用地下管線所具備的特質(zhì)，特別是地下管線與地下介質(zhì)的環(huán)境關(guān)系，并借助科學(xué)合理的探測(cè)技術(shù)，來(lái)分析和掌握地下管線的實(shí)際空間分布情況，以便更好的利用地下管線的功能。而在地下管線的探測(cè)工作中，常見的方法是電磁法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指以可以進(jìn)行電傳導(dǎo)的介質(zhì)為基礎(chǔ)，利用電磁感應(yīng)原理，來(lái)對(duì)地下管線電磁場(chǎng)的分布情況進(jìn)行分析，在進(jìn)行電磁法探測(cè)的過(guò)程中，在激發(fā)電源后，可以在地下管線的內(nèi)部形成電流，然而隨著電流的不斷聚集，就能形成變電磁場(chǎng)，然而在借助探測(cè)儀就能掌握到電磁場(chǎng)的實(shí)際分布情況[2]。

而在具體的地下管線探測(cè)工作中，要想取得良好的探測(cè)效果，就必須要滿足以下的條件：①準(zhǔn)確的分析和掌握地下管線的磁場(chǎng)分析狀態(tài)；②在場(chǎng)源目標(biāo)管線上，激發(fā)一定強(qiáng)度的電流信息，并保證沒(méi)有干擾介質(zhì)，保證電流能夠順利通過(guò)；③在探測(cè)過(guò)程中，需要使用科學(xué)合理的探測(cè)儀器，并保證提供真實(shí)、完整的物理信息，保證地下管線探測(cè)的科學(xué)性以及準(zhǔn)確性。

4 金屬地下管線探測(cè)的影響因素

在復(fù)雜的條件下，開展金屬地下管線的探測(cè)工作也受到了很多因素的影響，主要可以從以下方面進(jìn)行分析：

（1）地下管線與周圍介質(zhì)材質(zhì)的影響。不同地質(zhì)環(huán)境下，地下管線的應(yīng)用技術(shù)以及存在的介質(zhì)也會(huì)存在一定的差異，從介質(zhì)角度來(lái)看，位置不同，介質(zhì)必然會(huì)有所不同，比如說(shuō)有些區(qū)域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的介質(zhì)就是粘性土，而有些地區(qū)就是沙質(zhì)土，也正是由于周圍介質(zhì)材質(zhì)存在差異性特點(diǎn)，導(dǎo)致傳播速度和傳播能量也出現(xiàn)了差異。

（2）周圍介質(zhì)的均勻程度。一般來(lái)說(shuō)，地下管線的埋設(shè)方式都是挖溝哦回填覆蓋的方式，這樣的埋設(shè)方式，破壞了回填土以及原土層的結(jié)構(gòu)，這就導(dǎo)致二者的介電常數(shù)以及電導(dǎo)率也出現(xiàn)了顯著的差異，也正是由于周圍介質(zhì)均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，所以對(duì)于探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用程度也會(huì)有所影響。

（3）環(huán)境干擾。從地質(zhì)環(huán)境的角度來(lái)看，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)于環(huán)境的要求也會(huì)存在明顯的不同，也就是說(shuō)不同環(huán)境因素對(duì)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，直接影響著探測(cè)的深度和廣度。

5 復(fù)雜地質(zhì)條件下管線探測(cè)存在的問(wèn)題

在復(fù)雜地質(zhì)的條件下，地下管線在應(yīng)用探測(cè)技術(shù)的過(guò)程中也隨之出現(xiàn)了一些問(wèn)題，而且并沒(méi)有得到有效的解決，從而影響了探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果，所以只有分析問(wèn)題并解決才能讓探測(cè)技術(shù)的有效作用得以發(fā)展。從實(shí)際情況來(lái)看，在應(yīng)用探測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，主要存在以下方面的問(wèn)題：

（1）探測(cè)技術(shù)不完善，存在落后問(wèn)題。不同地質(zhì)區(qū)域之間，條件的復(fù)雜程度也是有所不同的，也正是由于這一因素的影響，在應(yīng)用探測(cè)技術(shù)的過(guò)程中也出現(xiàn)了一定的差異，目前探測(cè)技術(shù)還有待完善，并不能完全滿足復(fù)雜條件下的探測(cè)需求，而且在應(yīng)用的過(guò)程中也可能會(huì)出現(xiàn)一定的差錯(cuò)。

（2）磁場(chǎng)的干擾。在復(fù)雜條件下對(duì)地下管線進(jìn)行探測(cè)，也會(huì)受到地下磁場(chǎng)的影響，由于存在一定的磁場(chǎng)，就會(huì)給地下管線的探測(cè)工作帶來(lái)一定的干擾，會(huì)直接增加復(fù)雜程度。但是，磁場(chǎng)的存在也有有益的作用，但是總的來(lái)說(shuō)，其所產(chǎn)生的干擾遠(yuǎn)比有益方面要更加的嚴(yán)重，所以在具體的探測(cè)工作中，需要盡可能的采取有效的措施來(lái)避免和減少和磁場(chǎng)的干擾，保證探測(cè)的有效性。

6 復(fù)雜地質(zhì)條件下地下管線探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

6.1 近間距并行管線的探測(cè)

由于地下的空間十分有限，所以在埋設(shè)地下管線的過(guò)程中，基本上都會(huì)選擇平行埋設(shè)的方式，而在地下管線間距較大的時(shí)候，則會(huì)呈現(xiàn)出峰值對(duì)稱分布的異常情況，要想減少這種情況對(duì)地下管線布設(shè)的影響，在進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中可以選擇以下幾種工作方式：第一，直接法，這種方法一般主要用在金屬類的管道中。將地下管線露出地面的部分，進(jìn)行直接充電，并借助接地的方式和導(dǎo)電方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電流方向的改變；第二，夾鉗法，這一方法主要用在電信電纜的探測(cè)中。夾鉗法的應(yīng)用原理就是通過(guò)借助感應(yīng)鉗的作用，來(lái)產(chǎn)生相關(guān)電流；第三，水平和垂直壓線的方式。這一方式的顯著優(yōu)勢(shì)就是可以有效的減少外界因素的干擾，通過(guò)應(yīng)用發(fā)射機(jī)的線圈，在地下管線的上方產(chǎn)生激發(fā)性的效應(yīng)，來(lái)對(duì)異常的管線進(jìn)行控制和管理。

6.2 各種類型非金屬管線的探測(cè)

（1）利用探地雷達(dá)對(duì)精準(zhǔn)定位地下管線特征。電磁波在地下管道里，會(huì)受到反射的作用而表現(xiàn)出拱形的形狀，而拱形曲線的定點(diǎn)則是地下管線布設(shè)的中線。管塊類型的地下管線，則表現(xiàn)為曲線，其中心就是也正是頂板的中心位置。

（2）利用探地雷達(dá)明確地下管線精準(zhǔn)地位的影響因素。第一，由于受到地下管線布設(shè)以及周圍介質(zhì)的影響，使用不同材質(zhì)的地下管線，也會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生不同的變化，而在管線探測(cè)的過(guò)程中，電常數(shù)在不同的介質(zhì)間也會(huì)有所不同，特別在反射系統(tǒng)較大的情況下，圖像的異常情況也會(huì)更加的明顯，反之則相反；第二，受到地下管線周圍介質(zhì)均勻程度的影響，在進(jìn)行正式的探測(cè)工作前，必須要對(duì)地下空間的實(shí)際分布情況、管線的大小、質(zhì)量等因素進(jìn)行充分的了解；第三，也會(huì)受到近距離管線的影響。由于這些因素的影響，在應(yīng)用雷達(dá)探測(cè)的過(guò)程中，必須要對(duì)管線的具體位置進(jìn)行分析和了解，這樣才能保證雷達(dá)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用的有效性。

6.3 電磁感應(yīng)法

一般情況下，具有導(dǎo)電性質(zhì)的金屬，其周圍也必然會(huì)有磁場(chǎng)的存在，所以及可以借助這些磁場(chǎng)，來(lái)對(duì)地下管線的信息進(jìn)行接收和收集。電磁感應(yīng)法的主要優(yōu)勢(shì)就是經(jīng)濟(jì)效益高、工作效率高，而且操作更加的便捷，最主要的是攜帶比較方便，可以有效的加強(qiáng)對(duì)金屬管線的探測(cè)。在具體的工作中，為了能夠保證探測(cè)的效果，還可以使用人工激發(fā)的方式，比如說(shuō)對(duì)于沒(méi)有露出地面的金屬管線，可以使用磁耦感應(yīng)法。

6.4 瞬變電磁法

這一方法一般主要應(yīng)用在管線的探測(cè)中，如污水管道，通過(guò)向地下管線發(fā)送脈沖電磁場(chǎng)，激發(fā)其中的二次電磁場(chǎng)，并借助線圈對(duì)二次電磁場(chǎng)進(jìn)行控制，保證探測(cè)工作可以順利進(jìn)行。瞬變電磁法的優(yōu)勢(shì)就是靈敏性高，而且在不同類型的地下管線中都能應(yīng)用，但是這種探測(cè)技術(shù)對(duì)于管線位置比較深的情況，也會(huì)出現(xiàn)一定的探測(cè)誤差，所以在具體的探測(cè)工作中，需要結(jié)合管線的類型來(lái)制定合理的探測(cè)方案，這樣才能提高地下管線探測(cè)效果的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在地質(zhì)工程施工建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中，地下管線的地位和作用是十分重要的，地下管線作為基礎(chǔ)設(shè)施之一，不僅可以促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，還能加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐，所以做好地下管線的探測(cè)工作是十分關(guān)鍵的。在開展地下管線的探測(cè)工作時(shí)，只有結(jié)合地下管線的類型、材質(zhì)以及其它因素，選擇合理的探測(cè)技術(shù)，才能保證探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)如今隨著地質(zhì)工程的不斷發(fā)展，地下管線探測(cè)的條件也更加的復(fù)雜和多變，所以使用科學(xué)有效的探測(cè)技術(shù)是十分關(guān)鍵的，這樣才能避免地下管線出現(xiàn)故障，才能發(fā)揮出地下管線的積極作用。