探析綜合物探方法在地下管線探測中的運用

朱軍鋒

（河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450053）

0 引言

應(yīng)用綜合物探法開展地下管線探測工作，是新時代背景下地下管線無傷檢測的有效手段，可以發(fā)現(xiàn)地下管線病害，了解地下管線埋設(shè)是否與前期施工圖相一致，并提升地下管線維護檢修力度。同時，地下管線探測中應(yīng)用綜合物探法，可以顯著提高探測精度、更為全面地采集管線信息，為工程建設(shè)提供決策依據(jù)。為此，需要了解當(dāng)前我國地下管線對探測技術(shù)的新要求，加大對綜合物探法的應(yīng)用力度，并采取合理方式解決地下管線疑難問題。

1 現(xiàn)階段我國地下管線對探測技術(shù)的新要求

伴隨著我國社會經(jīng)濟持續(xù)提升、城鎮(zhèn)一體化進程不斷推進，我國地下管線類型愈加多樣，地下管網(wǎng)布局更加繁雜，在管線運行及新工程建設(shè)中勢必要運用更加先進的探測技術(shù)以了解管線布局是否合理、工程建設(shè)是否會對地下管線產(chǎn)生干擾等，對探測技術(shù)水平及方法提出了更高的要求，具體體現(xiàn)在以下兩大方面。其一為不同管材對探測技術(shù)的要求。現(xiàn)階段我國城市地下管線管道材質(zhì)多種多樣，類型及用途愈加復(fù)雜，如：燃?xì)狻⒐岬扔射摬摹㈣T鐵等金屬材質(zhì)構(gòu)成的地下金屬管線；電力線纜等由鋁、銅等材質(zhì)構(gòu)成的地下管線；塑料、混凝土等材質(zhì)構(gòu)成的地下非金屬管線等。不同管線材質(zhì)導(dǎo)致其在地下所產(chǎn)生的電性差、電位差、磁性差等不同，要求根據(jù)管線材質(zhì)合理選擇探測技術(shù)，以保證地下管線探測的針對性與精準(zhǔn)化；其二為不同管線布局對探測技術(shù)的要求。地下管線工程一般較為隱蔽，為避免干擾地面交通、建筑物及構(gòu)筑物的使用一般管線埋設(shè)較深，布設(shè)方式依照實際情況而定，其中必然存在管線交叉、重疊的情況，且存在管線分支、拐點等。這就需要探測人員采取合理措施保障地下管線探測精度，提升探測工作效率，并全面真實地反映地下管線空間布局情況[1]。

2 綜合物探法在地下管線探測中的主要作用

現(xiàn)階段我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進程不斷加快，地下管網(wǎng)愈加完善，在工程建設(shè)中對地下管線進行保護避讓成為一項重要的研究課題。由于地下管線集成度較高、涉及范圍廣，直接關(guān)系到人們的切實利益，若在工程建設(shè)前未能對地下管線布局及埋深進行準(zhǔn)確探測，在工程建設(shè)中便很有可能因基礎(chǔ)開挖等施工作業(yè)對地下管線運行產(chǎn)生干擾，甚至?xí)蚬芫€受到機械性損傷而破裂、位移、使用壽命縮短。傳統(tǒng)地下管線探測通常以釬探等人工方式為主，需要對地下管線進行開挖及校驗，工作量較大、準(zhǔn)確率偏低且探測周期較長。綜合物探法的應(yīng)用可以有機整合電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法等物探技術(shù)，采取多類型儀器設(shè)備協(xié)同作業(yè)、探測與校準(zhǔn)同步進行的方式保障探測精度，進而為工程建設(shè)提供保障。

3 綜合物探法在地下管線探測中的運用策略

基于對現(xiàn)階段我國地下管線對探測技術(shù)要求、綜合物探法在地下管線探測中運用作用的分析，建議從以下幾個方面入手加大對綜合物探法的應(yīng)用力度，保證地下管線探測精度與準(zhǔn)確性，全面深入地收集關(guān)于地下管線位置、布局形式、連接方式、材質(zhì)及運行狀態(tài)的信息，為地下管線維護及工程建設(shè)提供依據(jù)。

3.1 電磁物探法在地下管線探測中的運用

在地下管線探測中，電磁物探法是綜合物探法之一，其原理為以地下管線與周邊介質(zhì)導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性差異為基礎(chǔ)，通過對電磁場空間及時間分布規(guī)律的觀察與研究確定所需探測的管線位置。電磁物探法具有精度高、使用便捷、適用于多種管線探測等顯著優(yōu)勢，但對于非金屬管線的探測效果并不理想。地下管線探測中運用電磁物探法，需要借助發(fā)射機向地下發(fā)射諧變磁場，地下管線在諧變磁場的激勵下形成電流，繼而產(chǎn)生二次磁場，接收機接收由地下反饋的二次磁場信息，推斷出地下管線的平面布局形式、地下埋深[2]。

在實際應(yīng)用中，根據(jù)施加信號的不同可以將電磁物探法劃分為直接法、感應(yīng)法、夾鉗法及甚低頻法。①直接法，即將發(fā)射信號的輸出端通過單端連接、雙端連接、遠(yuǎn)端接地連接等形式直接連接在被測管線上，通電后利用接收機接收管線中電流產(chǎn)生的交變磁場。在應(yīng)用時需要刮去金屬管線外部絕緣涂層，沿管線走向的垂直方向布置接地電極，且接地電極與管線之間盡可能遠(yuǎn)離，距離越遠(yuǎn)效果越好。電磁物探直接法適用于有露點、接地良好的金屬管線探測，如地下供水管線，具有精度高、可以分清近距離管線的優(yōu)勢，但操作難度較大。②感應(yīng)法，應(yīng)用一般的電磁物探技術(shù)原理，通過向地下發(fā)射諧變磁場以激勵地下管線產(chǎn)生電流，形成二次磁場，接收二次磁場信息以確定地下管線的空間位置。該電磁物探方法適用范圍較廣、適應(yīng)性較強，但容易受到外界磁場的干擾、信號較弱，適用于較大的金屬燃?xì)狻⒐帷⒐┧芫€。在無露點管線探測中亦可以應(yīng)用感應(yīng)法予以盲探。③夾鉗法，即將環(huán)形金屬夾鉗夾在金屬管線上，以夾鉗產(chǎn)生的諧波磁場直接耦合到地下管線上使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，以接收機接收其感應(yīng)磁場。該方法操作較為便捷，具有較高精度、信號較強等特點，適用于線纜或小口徑管線，如路燈、信號燈地下管線探測中；④甚低頻法，即以甚低頻平臺發(fā)射電信號以接收地下管線形成的感應(yīng)磁場。該方法適用于長時間的地下管線探測中，但因精度較低只限于地下管線盲探。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)法在地下管線探測中的運用

地質(zhì)雷達(dá)法是綜合物探法的重要組成部分，本質(zhì)上是一種高頻電磁技術(shù)，其原理為以地下介質(zhì)間的介電性差異為基礎(chǔ)，通過一個天線發(fā)射電磁波，另一天線接收由地下反饋而來的電磁波，借助相應(yīng)的計算機軟件處理所接收的信號，以此形成地下管線平面布局及埋深圖[3]。

在地下管線探測中運用地質(zhì)雷達(dá)法需要把握以下技術(shù)要點：①方法試驗要點。對于每一工程建設(shè)項目而言，在進場施工前都需要做好方法試驗工作。首先，需要結(jié)合已有工程資料、地下管線資料等大體上初步把握地下管線的埋設(shè)情況。選擇測區(qū)內(nèi)具有代表性的已知管線進行方法試驗。其次，結(jié)合方法試驗選取最佳的工作參數(shù)、建立不同已知管線的反射波異常特征。最后，得出已知地下管線的埋深，反復(fù)計算被測管線場地介質(zhì)電磁波的波速值、介電常數(shù)參考值等，為測區(qū)被測管線定量計算及定性分析奠定基礎(chǔ)。②收集測區(qū)已有的地下管網(wǎng)資料，開展實地調(diào)查工作。對于非金屬管道、管徑較大及埋設(shè)較深的金屬管道，適合應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法，一般采用等間隔測點的剖面探測方式。即在了解被測管線基本走向的前提下，選擇合適的場地科學(xué)布置測線，以被測管線走向的垂直方向設(shè)置剖面，將發(fā)射與接收天線沿著測線方向等距離移動探測。③布置合理的地質(zhì)雷達(dá)探測圖，一般包括灰階圖、彩色圖，將探測結(jié)果以圖像形式呈現(xiàn)，通過增益模式處理，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果的反射斷面圖可以推測出地下管線材質(zhì)、地下管線的空間分布形式。

3.3 地震波映像法在地下管線探測中的運用

地震波映像法以最佳偏移距技術(shù)為基礎(chǔ)，屬于反射波法范疇，是地下管線探測中常用的綜合物探法之一。根據(jù)地下管線探測工作的實際需求，可以應(yīng)用多種反射波作為有效波，也可以僅采用一種特定的反射波作為有效波。地震波映像法的基本原理：在地面以人工形式激發(fā)地震波，使得地震波在地下介質(zhì)中傳播。在傳播過程中，地震波在遇到不同介質(zhì)的分界面時會產(chǎn)生特定的反射波并反射回地面，借助埋設(shè)在地面下的檢波器接收所反射的帶有一定能量的反射波后傳輸給相應(yīng)的地震儀，再經(jīng)過分析、存儲與采樣后對波形數(shù)據(jù)進行記錄。最后應(yīng)用計算機軟件分析反射波接收時間、相位及振幅等信息，繼而確定地下管線沿水平、垂直方向的變化情況[4]。

3.4 高密度電法在地下管線探測中的運用

地下管線探測中的高密度電法，亦被稱為高密度電阻率法，是一種集合了電剖面法與電測探法的綜合物探技術(shù)。高密度電法技術(shù)原理與普通電阻率法相同，即以地下介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，結(jié)合探測需求布設(shè)不同的電極排列形式，測量電位差及供電電流以反映出被測管線與周邊介質(zhì)的視電阻率，再改變電極之間的差距得到不同深度的視電阻率，最后通過視電阻率分布規(guī)律的分析得到被測地下管線的分布狀況。高密度電法與普通電阻率的最大差異體現(xiàn)為測點密度，高密度電法一次性布設(shè)幾十至上百根電極，觀測數(shù)據(jù)量較大，因此適用范圍廣、分辨率較強且探測效率較高。

高密度電法適用于非金屬地下管線探測中。如為探測某工程地下混凝土管線的走向、分布情況及埋深，可以采用高密度電法。即結(jié)合現(xiàn)場條件布設(shè)方向合理的電極排列形式。若已知被測管線大致長度，可以此為依據(jù)確定電極數(shù)量。如管線長度在2~3m內(nèi)，可以布設(shè)60根電極，電極間距以0.5m為宜。同時采用溫納排列形式進行觀測，經(jīng)過3次迭代反演后得出地下管線解釋圖件。受到現(xiàn)場條件的制約，在電阻率剖面圖內(nèi)可能難以發(fā)現(xiàn)非金屬地下管線的明顯反應(yīng)，因此需要結(jié)合反演模型電阻率剖面圖確定高阻異常閉合圈，根據(jù)高阻異常形狀、深度及寬度等可以推測非金屬地下管線的管徑、埋深。

4 運用綜合物探法解決地下管線的疑難問題

地下管線涉及電力、熱力、給排水、燃?xì)饧捌涓綄僭O(shè)施管線，一般埋設(shè)在主次干道、建筑物及構(gòu)筑物之下，根據(jù)管線用途、管線材質(zhì)及運行需求的不同，其埋設(shè)深度具有較大差異性，且管線材質(zhì)愈加復(fù)雜，除金屬管線外還包含PVC等非金屬管線，使得地下管線探測難度加大，在實際工作中會面臨諸多疑難問題，這就需要探測人員了解疑難問題產(chǎn)生的原因，采取針對性措施予以高效處理，以此保證地下管線探測工作的開展 質(zhì)量。

4.1 不同類型管線疑難問題處理措施

在地下管線探測中應(yīng)用綜合物探法處理不同類型管線疑難問題主要包括三大方面。其一為電力管線疑難問題處理。對于埋設(shè)較深、無明顯點出露的地下電力管線，可以選擇管線較為單一的地段以探測儀器自身攜帶的電力信號，借助被動源法對該地段進行掃描，或是以主動源法對被測地段進行平行或圓周掃描，對地下電力管線可能入戶或經(jīng)過的地段進行反復(fù)掃描，在大致把握地下電力管線空間分布情況的基礎(chǔ)上進行下一步的精準(zhǔn)探測[5]。其中平行地下電力管線，盡量以傾斜壓線、垂直壓線法進行追蹤探測；上下重疊的地下電力管線需要以傾斜壓線法為主，配合單獨轉(zhuǎn)折及分支位置進行全面探測。其二，部分地區(qū)地下燃?xì)夤芫€以非金屬材質(zhì)為主，如PE、PVC等，適宜選擇高密度電法，需要結(jié)合地下燃?xì)夤芫€的實地走向標(biāo)志、相關(guān)資料等劃定測線以為地下管線探測工作做好準(zhǔn)備。其三，部分地區(qū)給水管線埋設(shè)較深，且在給排水管網(wǎng)綜合改進的情況下部分原有給水管線已經(jīng)廢棄，探測難度較大。為解決給水管線探測疑難問題，需要加大對綜合物探技術(shù)的應(yīng)用，采用多臺設(shè)備同時觀測，同時要配合釬探、開挖等方式對地下給水管線探測結(jié)果進行驗證，以此保證地下管線探測的準(zhǔn)確性。

4.2 復(fù)雜疑難問題的解決方案

地下管線探測中復(fù)雜疑難問題主要包括非金屬管線探測、多條平行管線探測、縱橫交叉管線探測、上下重疊管線探測、大口徑管線探測及深埋管線探測。探測難點及探測方法如表1所示。

表1 地下管線探測中復(fù)雜疑難問題、探測難點及解決措施

5 結(jié)語

地下管線主要涉及給水、排水、燃?xì)狻崃Α㈦娏捌涓綄僭O(shè)施管線，結(jié)構(gòu)體系龐雜，是我國城市運行的基礎(chǔ)與重要保障。因地下管線錯綜復(fù)雜、管線材質(zhì)不同、施工方法具有一定的差異性，再加上部分地下管線施工及工程資料不完善，使得地下管線信息完整性與真實性不足。地下管線探測中常用的綜合物探法包括電磁物探法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波映像法、高密度電法。在實際應(yīng)用中需要做好方法試驗工作，確定好相應(yīng)的參數(shù)及儀器規(guī)格。同時，把握好不同綜合物探法的適用范圍與條件，做好探測結(jié)果的驗證與校準(zhǔn)，并且需要在解決地下管線探測疑難問題時保證多種綜合物探法聯(lián)用，以此提升地下管線探測準(zhǔn)確性、提高地下管線探測工作質(zhì)量。