柴錄澤，郭根會(huì)

(保定金迪地下管線(xiàn)探測(cè)工程有限公司，河北保定071051)

一、前 言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，地下管線(xiàn)的數(shù)量日趨龐大，掌握地下管線(xiàn)的詳細(xì)信息是城市信息化的基礎(chǔ)。近年來(lái)針對(duì)地下管線(xiàn)的信息普查，各權(quán)屬單位均作了大量的工作，然而對(duì)于埋深較大的地下管線(xiàn)，其深度與平面位置的探測(cè)難度較大，嚴(yán)重影響著管線(xiàn)安全運(yùn)行，給局部施工帶來(lái)了安全隱患。隨著非開(kāi)挖技術(shù)的大力發(fā)展，以非開(kāi)挖敷設(shè)的管道數(shù)量逐年激增，其埋深一般在3～20 m之間，且長(zhǎng)距離無(wú)出露點(diǎn)，給管線(xiàn)的精確定位帶來(lái)了極大困難，一般技術(shù)方法無(wú)法對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。另外，高壓燃?xì)獾葘?zhuān)業(yè)管線(xiàn)本身要求深度敷設(shè)，還有道路的回填加高路面等使管線(xiàn)埋深加大，其埋深都超出了管線(xiàn)探測(cè)儀的探測(cè)范圍。針對(duì)以上大埋深管線(xiàn)，筆者經(jīng)過(guò)多次方法試驗(yàn)，就以下各探測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

二、磁法探測(cè)

1.基本原理

地下金屬管線(xiàn)一般是鋼管、鑄鐵管、可穿示蹤線(xiàn)的砼管或PVC管道，具有較強(qiáng)的電磁性，受到大地磁場(chǎng)的作用，會(huì)在周?chē)a(chǎn)生次生磁場(chǎng)，稱(chēng)為異常場(chǎng)。用磁力儀進(jìn)行地面磁場(chǎng)的觀測(cè)，把地表實(shí)際觀測(cè)到的正常場(chǎng)和異常場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)研究異常場(chǎng)的特性來(lái)計(jì)算地下管線(xiàn)的平面位置及埋深。

2.測(cè)線(xiàn)布置

依據(jù)所了解管線(xiàn)的大致走向及埋深，根據(jù)實(shí)際地形及工作需要，沿管線(xiàn)垂直方向布設(shè)測(cè)向，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度依據(jù)管線(xiàn)的埋深，一般為管線(xiàn)埋深的5倍以上。為保障管線(xiàn)探測(cè)的連續(xù)性，測(cè)線(xiàn)間距一般為10 m，編號(hào)為L(zhǎng)0、L10、L20、L3、…，測(cè)點(diǎn)距離為0.2 m，編號(hào)為P0、P2、P4、P6、…。各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)可用RTK直接測(cè)量。

3.數(shù)據(jù)采集

用精度為0.01 nT的高精度磁力儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按每條線(xiàn)逐點(diǎn)采集TC，標(biāo)明線(xiàn)號(hào)及點(diǎn)號(hào)。高精度磁力儀大多采集數(shù)據(jù)為地磁總場(chǎng)，由于數(shù)據(jù)采集時(shí)間較短，因此不必要作日變改正。

4.數(shù)據(jù)處理

1)深度直接測(cè)定。對(duì)全部數(shù)據(jù)按點(diǎn)位坐標(biāo)利用磁法數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算，如圖1所示。M為管線(xiàn)的磁化強(qiáng)度，單位A/m;r為管線(xiàn)中心至地面測(cè)點(diǎn)的距離，單位m。則測(cè)點(diǎn)的磁異常可近似為ΔT(單位:nT)公式為

圖1

由式(1)可計(jì)算得出，ΔT最大時(shí)對(duì)應(yīng)r值最小，h為管道的埋深，x為測(cè)點(diǎn)到管道正上方地面的距離，則測(cè)點(diǎn)在管線(xiàn)的正上方時(shí)測(cè)點(diǎn)到管線(xiàn)正上方的平面距離約等于管線(xiàn)的埋深。依據(jù)這一成果可繪制管線(xiàn)磁異常剖面圖，并計(jì)算出管線(xiàn)的位置與埋深。

2)切線(xiàn)法計(jì)算平面位置及深度。利用異常曲線(xiàn)上的特征點(diǎn)，并過(guò)特征點(diǎn)作曲線(xiàn)的切線(xiàn)，通過(guò)切線(xiàn)之間的坐標(biāo)管線(xiàn)計(jì)算管線(xiàn)走向及埋深。該方法操作較為方便，受一次場(chǎng)影響較小，是常用的反演方法。如圖2所示，過(guò)異常曲線(xiàn)的頂及2個(gè)底部作3條水平切線(xiàn)，再沿曲線(xiàn)兩側(cè)作2條斜切線(xiàn)，水平切線(xiàn)與斜切線(xiàn)有4個(gè)交點(diǎn)。設(shè)4個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為X1、X2、X3、X4，則埋深公式為

此計(jì)算方法可根據(jù)實(shí)地情況，有效地避免非目標(biāo)體的干擾，探測(cè)精度較高。

圖2 管線(xiàn)磁法探測(cè)磁異常剖面圖

二、激電電阻率法探測(cè)

1.基本原理

激電電阻率法工作原理與常規(guī)電法類(lèi)似，是以介質(zhì)的導(dǎo)電性、電化學(xué)性質(zhì)差異為基礎(chǔ)，通過(guò)向大地供正反向脈沖電流，獲得視電阻率和視充電率(視極化率)參數(shù)，通過(guò)研究這些參數(shù)的分布規(guī)律從而來(lái)確定地下管線(xiàn)的走向和埋深。

2.工作方法

由于管線(xiàn)一般敷設(shè)在道路的兩側(cè)，地表高壓輸電線(xiàn)路較多，道路運(yùn)輸車(chē)輛活動(dòng)頻繁，因此一般采用抗干擾能力較強(qiáng)的擬地震大功率三極激電測(cè)深電法勘探，根據(jù)場(chǎng)地的地形、地貌特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)特性，三極激電測(cè)深點(diǎn)距2 m。

3.數(shù)據(jù)采集

采用單極-偶極裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，就是供電電極可以在接收電極的兩側(cè)，它的特點(diǎn)是中淺部數(shù)據(jù)密度大，精度較高(如圖3所示)。定各相鄰供電點(diǎn)(A1、A2…An)之間距離(測(cè)深點(diǎn)距)為2 m;MN=2 m;無(wú)窮遠(yuǎn)極大于150 m;供電周期8 s;供電電流0.5～4 A;供電電壓600～3000 V;觀測(cè)參數(shù)為視充電率(ms)和視電阻率(Ω·m)。

4.數(shù)據(jù)處理

利用反演軟件對(duì)所測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，繪制出每條剖面的視充電率平面等值線(xiàn)圖及視電阻率平面等值線(xiàn)圖，結(jié)合兩者圈定管線(xiàn)平面位置和埋深(如圖4所示)。

圖3 單極—偶極激電測(cè)深雙邊測(cè)量裝置示意圖

圖4

5.激電電位探測(cè)

為簡(jiǎn)化電法探測(cè)流程，提高工作效率，特利用管線(xiàn)上的感生電流產(chǎn)生電位場(chǎng)，對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，利用電位分布狀態(tài)進(jìn)行管線(xiàn)定位，具體方法為:將發(fā)射電極置于管線(xiàn)的兩側(cè)，兩電極之間的距離一般為管線(xiàn)埋深的5～8倍，測(cè)線(xiàn)垂直于管線(xiàn)走向分布，測(cè)線(xiàn)間距一般為20 m，必要時(shí)可適當(dāng)增減，測(cè)點(diǎn)間距為2 m，每條測(cè)線(xiàn)布設(shè)10個(gè)測(cè)點(diǎn)。采集每個(gè)測(cè)點(diǎn)的電位，繪制電位圖，利用切線(xiàn)法可求得管線(xiàn)的平面位置及埋深(如圖5所示)。

圖5

三、低頻管線(xiàn)探測(cè)儀

低頻管線(xiàn)探測(cè)儀也是常規(guī)管線(xiàn)探測(cè)儀的一種，低頻管線(xiàn)探測(cè)儀一般指探測(cè)頻率在幾Hz至1000 Hz之間，其特點(diǎn)是電磁信號(hào)在傳播過(guò)程中衰減較慢，故探測(cè)深度較大，探測(cè)距離較遠(yuǎn)。常用的方法有單端連接和雙端連接，由于非開(kāi)挖管線(xiàn)出漏點(diǎn)較少，因此雙端連接要用到長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)。管線(xiàn)探測(cè)儀的理論方法較為熟悉，使用方便，為首選方法。

四、井中磁法探測(cè)

在管線(xiàn)密集且埋深較大時(shí)，可使用井中磁法進(jìn)行探測(cè)。可在管線(xiàn)的一側(cè)布置鉆孔，將磁力儀的傳感器放入鉆孔內(nèi)，觀測(cè)鉆孔內(nèi)磁異常垂直分量Z的梯度分布狀態(tài)，繪制成磁異常剖面曲線(xiàn)，計(jì)算管線(xiàn)的平面位置和埋深(如圖6所示)。

圖6 井中磁法探測(cè)裝置

五、探測(cè)效果總結(jié)

通過(guò)多處試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，各種方法的探測(cè)效果總結(jié)見(jiàn)表1。

表1

略)