袁忠明,韋乙杰,劉彬華

(1.廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院,廣東 廣州 510000；2.廣東省有色金屬地質(zhì)局九三五隊(duì),廣東 惠州 516001)

地下管線(xiàn)被視為城市的生命線(xiàn),是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施,它擔(dān)負(fù)著傳輸信息,輸送能量及排放廢液的工作。城市在不斷發(fā)展,敷設(shè)的管線(xiàn)也在不斷增多,管線(xiàn)敷設(shè)的方式也從傳統(tǒng)的施工方法逐步向非開(kāi)挖等高科技實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全技術(shù)發(fā)展[1]。非開(kāi)挖管線(xiàn)敷設(shè)深度一般在幾米至十幾米之間,有的甚至達(dá)幾十米[2,3],屬于深埋管線(xiàn)(深埋管線(xiàn),是指其管頂埋深大于3m的管線(xiàn)[4]),是我國(guó)管線(xiàn)探測(cè)的難點(diǎn)問(wèn)題之一[5,6,7]。本文主要闡述通過(guò)設(shè)置觀(guān)測(cè)剖面,采用磁場(chǎng)水平分量Hx擬合反演的方法探測(cè)某D400燃?xì)鉅恳摴芪恢煤蜕疃取?/p>

1 工程概況

在某供水管工程中,有一段D1800給水管以頂管方式穿越水道,該供水管不可避免地與一斜穿水道的現(xiàn)狀燃?xì)鉅恳茉诩t樹(shù)林沼澤地內(nèi)相交(按竣工資料,交點(diǎn)處燃?xì)夤苈裆罴s20米)。該燃?xì)夤艿涝诎渡涎鼐€(xiàn)有清晰、連續(xù)的地面標(biāo)識(shí),但沿線(xiàn)無(wú)明顯點(diǎn)出露,且直接用管線(xiàn)儀感應(yīng)法探測(cè)信號(hào)微弱,難以判別和跟蹤。針對(duì)鋼管低電阻、導(dǎo)電性強(qiáng)的特點(diǎn),在征得燃?xì)夤芫€(xiàn)權(quán)屬單位同意后,于附近的天然氣閥室前的陰極保護(hù)測(cè)試線(xiàn)施加電流,使用英國(guó)雷迪公司的RD8000管線(xiàn)探測(cè)儀,采用頻率域電磁法進(jìn)行了探測(cè)。施加電流后,信號(hào)變得清晰,追蹤的信號(hào)與地面管線(xiàn)標(biāo)示牌指示的線(xiàn)位基本一致。牽引段由于埋深增加,埋深大于3m時(shí)不宜采用極大值法獲取管線(xiàn)的平面位置,不宜采用儀器直讀法或80%、70%特征點(diǎn)法獲取埋深,擬通過(guò)設(shè)置觀(guān)測(cè)剖面,采用反演擬合的方法求取其平面位置及埋深。

2 擬合反演的原理及方法技術(shù)

(1)電流磁場(chǎng)

線(xiàn)電流沿地下管線(xiàn)(金屬管線(xiàn)或陰極保護(hù)測(cè)試線(xiàn))流動(dòng),在地面形成一定的磁場(chǎng),通過(guò)觀(guān)測(cè)該磁場(chǎng)形態(tài)可判斷地下管線(xiàn)的位置和深度。

單條地下管線(xiàn)時(shí),近似于線(xiàn)電流,垂直管線(xiàn)走向的剖面上觀(guān)測(cè)到的磁場(chǎng)水平分量Hx為：

(1)

x、h、i分別為管線(xiàn)的平面位置、中心深度和電流強(qiáng)度。

(2)觀(guān)測(cè)剖面的設(shè)置和數(shù)據(jù)

擬合反演方法的運(yùn)用要有實(shí)際場(chǎng)值的曲線(xiàn),因此必須設(shè)置觀(guān)測(cè)剖面并記錄觀(guān)測(cè)的場(chǎng)值數(shù)據(jù)(磁場(chǎng)水平分量Hx)。觀(guān)測(cè)剖面應(yīng)盡量垂直目標(biāo)管線(xiàn)的走向。根據(jù)管線(xiàn)的深度選擇不同的觀(guān)測(cè)點(diǎn)距,此次探測(cè)點(diǎn)距采用0.2m。選用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)儀器,適當(dāng)?shù)念l率,要求觀(guān)測(cè)的參數(shù)值是可以通過(guò)正演模型計(jì)算出來(lái)。此次探測(cè)采用的儀器為英國(guó)雷迪公司生產(chǎn)的RD8000管線(xiàn)探測(cè)儀,觀(guān)測(cè)頻率為8kHz,加載電流為256mA。

3 成果分析

在岸上設(shè)置了三條測(cè)線(xiàn),從東往西編號(hào)分別為1、2、3；由于場(chǎng)地條件的限制,紅樹(shù)林沼澤地內(nèi)僅設(shè)置了2條測(cè)線(xiàn),編號(hào)分別為4、5。在測(cè)線(xiàn)1往東,一探測(cè)點(diǎn)探測(cè)埋深為2.0m(管中心埋深),管徑400mm,管頂埋深度1.8m,開(kāi)挖揭露管道管頂埋深1.9米,小于規(guī)范要求的0.15h埋深限差要求。

圖1 測(cè)線(xiàn)布置及探測(cè)成果圖

測(cè)線(xiàn)1觀(guān)測(cè)的磁場(chǎng)水平分量Hx經(jīng)5點(diǎn)二次圓滑后見(jiàn)圖2中的虛線(xiàn),由觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)可看出,26號(hào)測(cè)點(diǎn)附近出現(xiàn)極大值,呈單峰對(duì)稱(chēng)異常,形態(tài)上符合線(xiàn)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)水平分量Hx曲線(xiàn)特征。根據(jù)公式(1)建立空間磁場(chǎng)水平分量Hx的模型,經(jīng)人機(jī)互動(dòng)修改管線(xiàn)的平面位置x、中心深度h及常數(shù)K,使理論曲線(xiàn)(見(jiàn)圖2中的實(shí)線(xiàn))不斷趨近實(shí)測(cè)曲線(xiàn),直至擬合均方差較小,達(dá)到最佳的擬合效果,此時(shí)的擬合參數(shù)x、h即為管線(xiàn)的平面位置及中心深度。經(jīng)擬合反演,燃?xì)鉅恳艿钠矫嫖恢梦挥谄拭?的5.0m(即26號(hào)測(cè)點(diǎn))處,管中心深度3.6m,常數(shù)K的值為14.7。

圖2 剖面1磁場(chǎng)水平分量探測(cè)及擬合反演成果

圖3 剖面5磁場(chǎng)水平分量探測(cè)及擬合反演成果

同理可得測(cè)線(xiàn)2～測(cè)線(xiàn)5燃?xì)鉅恳艿钠矫嫖恢眉奥裆?其中測(cè)線(xiàn)5處燃?xì)鉅恳艿钠矫嫖恢梦挥?2.0m(即26號(hào)測(cè)點(diǎn))處,管中心深度為12.5m(見(jiàn)圖3)。各側(cè)線(xiàn)的探測(cè)成果詳見(jiàn)表1,由線(xiàn)性差值推算,設(shè)計(jì)供水管與燃?xì)夤芫€(xiàn)的交點(diǎn)處燃?xì)夤艿穆裆顬?0.94m,為了安全起見(jiàn),探測(cè)深度誤差按30%考慮,以14.22m為燃?xì)夤芫€(xiàn)埋深數(shù)據(jù),建議供水管從14.22m加上足夠安全距離的深度頂管施工穿過(guò)水道。

表1 各測(cè)線(xiàn)擬合反演判定的管線(xiàn)空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)設(shè)置探測(cè)剖面,加載與卸載電流檢測(cè)對(duì)比,并采用擬合反演的方法基本探明該燃?xì)鉅恳艿钠矫嫖恢眉奥裆?。參照反演擬合法的探測(cè)成果,并考慮足夠的安全距離,設(shè)計(jì)供水管埋深調(diào)整為20m左右,從燃?xì)夤芫€(xiàn)下方頂進(jìn),現(xiàn)已頂管施工完成。對(duì)于埋設(shè)深度很大的金屬管,通過(guò)設(shè)置觀(guān)察剖面記錄連續(xù)的等間距的多個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn),采用擬合反演的方法,結(jié)果無(wú)疑比特征點(diǎn)法準(zhǔn)確得多,其成果在一定程度可用于指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì)和施工。

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