朱勇

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 224200）

0 引言

近日，廣州突降暴雨導(dǎo)致了重大財(cái)產(chǎn)損失這一消息將廣州城市地下管網(wǎng)建設(shè)推到了風(fēng)口浪尖，廣州幾乎每年雨季都會(huì)發(fā)生大雨洪澇事故，另外道路塌陷，水管爆裂等事故也經(jīng)常發(fā)生，這類事故屢見(jiàn)不鮮，反映了廣州城市地下管網(wǎng)建設(shè)不夠完善，急需進(jìn)行全面普查。廣州市地下管線權(quán)屬單位種類較多，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，隨著各單位新建鋪設(shè)管線規(guī)模越來(lái)越大，數(shù)據(jù)庫(kù)已出現(xiàn)較大斷層，急需進(jìn)行全面普查，補(bǔ)充更新建檔案，統(tǒng)一管理，合理規(guī)劃，查漏補(bǔ)缺，以保證城市的有序發(fā)展。管線普查的完善依賴于管線探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)地下管線探測(cè)技術(shù)從20 世紀(jì)末發(fā)展至今，由早期的較為單一的人工開(kāi)井調(diào)查，發(fā)展為開(kāi)井，聲波測(cè)試以及包括電磁法、直流電法、磁法、淺層地震法等在內(nèi)的物探技術(shù)的綜合應(yīng)用開(kāi)展。地下管線探測(cè)涉及眾多學(xué)科，目前不缺探測(cè)新技術(shù)，但要綜合解譯分析仍然是一個(gè)難點(diǎn)。

縱觀國(guó)內(nèi)管線探測(cè)技術(shù)發(fā)展史，地下管線探測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化是今后發(fā)展大勢(shì)所向，其檔案資料也將由傳統(tǒng)的人工管理、各單位分支管理過(guò)渡到數(shù)字化信息化統(tǒng)籌的管理方式[1]。城市地下管網(wǎng)的健康運(yùn)營(yíng)是整個(gè)城市生態(tài)體健康發(fā)展的重要保障，規(guī)劃、建設(shè)和管理好地下管線是新型城市建設(shè)的重中之重，也是將來(lái)維系社會(huì)經(jīng)濟(jì)、市民生活和城市協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的基石。有效的探測(cè)技術(shù)是目前研究的重點(diǎn)，地下管線的存在會(huì)改變?cè)械叵绿烊换蛘呷斯の锢韴?chǎng)的存在狀態(tài)，對(duì)于由此產(chǎn)生的地球物理?xiàng)l件異常，可以通過(guò)地球物理儀器探測(cè)其規(guī)律，進(jìn)而判斷該處地下可能存在的影響因素，以此推斷管線位置，走向和埋深。目前國(guó)內(nèi)外使用的物探方法較多，針對(duì)性不同，效果也參差不齊。本文就現(xiàn)有幾種物探方法做簡(jiǎn)單分析評(píng)價(jià)。

1 電磁感應(yīng)法

電磁法細(xì)分探測(cè)方法較多，電磁感應(yīng)法應(yīng)用較多，其中金屬管線探測(cè)儀探測(cè)管線是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種方法，該技術(shù)較為成熟，儀器使用成本較低，對(duì)技術(shù)人員的使用技巧要求不高，可以很快進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，在目前國(guó)內(nèi)各大城市管網(wǎng)建設(shè)蓬勃發(fā)展的形勢(shì)下，對(duì)于管線探測(cè)人員的大量需要也為金屬管線探測(cè)儀在國(guó)內(nèi)各作業(yè)單位的鋪開(kāi)提供了先決條件。其主要原理是利用電磁感應(yīng)以探測(cè)地下電纜和金屬管線的精確走向、深度以及定位電纜的開(kāi)路、短路及外皮故障點(diǎn)[2]。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的此類儀器種類較多，但基本構(gòu)成都是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成。探測(cè)過(guò)程由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁信號(hào)開(kāi)始，通過(guò)不同的發(fā)射連接方式將信號(hào)傳送到電纜和金屬管線上，目標(biāo)管線感應(yīng)到電磁信號(hào)后，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著電纜和金屬管線向遠(yuǎn)處傳播，電生磁，產(chǎn)生電磁場(chǎng)信號(hào)，接收機(jī)通過(guò)接受這些電磁場(chǎng)信號(hào)，計(jì)算判別地下電纜和金屬管線的位置、埋深和走向等。該方法技術(shù)成熟，不過(guò)在非金屬管線（混凝土、PE、PVC 等）的探測(cè)方面，應(yīng)用受限，必須借助金屬探頭，放入管線內(nèi)部，管線也需要貫通，操作過(guò)程比較費(fèi)力，信號(hào)接收有時(shí)較差?；诠芫€探測(cè)儀，目前有配套的電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（EMS），開(kāi)發(fā)出更高智能的電子電位儀，通過(guò)該系統(tǒng)，不僅對(duì)于管線的走向，埋深等有比較精確的探測(cè)，對(duì)于管線損壞和泄露等探測(cè)的敏感性也較高。

2 電磁波法

電磁波法主要是指探地雷達(dá)（GPR）探測(cè)法，該方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜（1～3GHz）電磁技術(shù)，基于電磁波基本理論開(kāi)發(fā)[3]。基本組成部分為發(fā)射天線、接收天線和主機(jī)，通過(guò)一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接收地下介質(zhì)界面的反射波，發(fā)射天線發(fā)出的電磁波傳播到了地下，在各類管線與土質(zhì)界面處產(chǎn)生反射波，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形等將隨所通過(guò)介質(zhì)界面的電性質(zhì)差異等反應(yīng)到幾何形態(tài)上，經(jīng)過(guò)主機(jī)對(duì)電磁信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后傳送到計(jì)算機(jī)并成像。根據(jù)接收到電磁波的振幅、波形及波速等，進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)深轉(zhuǎn)換，以此推算判別地下管線的結(jié)構(gòu)、走向和埋深[4]。探地雷達(dá)儀器成本較高，使用需要一定的操作性，數(shù)據(jù)需要解譯處理分析，對(duì)于探測(cè)地面條件需要較為平坦，同時(shí)因各探測(cè)點(diǎn)地質(zhì)情況參數(shù)的不同，需要在了解測(cè)區(qū)地球物理特性，大致管線分布情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以調(diào)整合理的測(cè)試參數(shù)再進(jìn)行探測(cè)。此方法經(jīng)濟(jì)性較低，城市內(nèi)復(fù)雜的地電條件，也給探地雷達(dá)探測(cè)以及異常解釋帶來(lái)一定的因難，不宜進(jìn)行大面積管線探測(cè)，一般用于非金屬管線探測(cè)以及復(fù)雜條件下的并行管線等補(bǔ)充探測(cè)。

3 高密度電法

高密度電法作為直流電法的一種，以其經(jīng)濟(jì)效益高，操作簡(jiǎn)單，覆蓋面廣，探測(cè)深度大，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在城市地下不良地質(zhì)體的探測(cè)方面應(yīng)用較多，包括溶洞，斷層，地層劃分等。對(duì)于地下管線探測(cè)方面，該方法對(duì)于非金屬管線有很好的成像效果，彌補(bǔ)了金屬管線探測(cè)儀只能探測(cè)金屬類管線的缺點(diǎn)，形成了很好的互補(bǔ)作用。其主要原理與常規(guī)的電阻率法基本一致，以各介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為探測(cè)基礎(chǔ)、通過(guò)對(duì)地面電極施加電場(chǎng)，A、B 電極向地下供應(yīng)電流，然后在M、N 極間電流傳入地下，接受電流信號(hào)，通過(guò)對(duì)組合電極間的電位差ΔV 進(jìn)行測(cè)量，可求得該點(diǎn)（M、N之間）的視電阻率值，根據(jù)信號(hào)推斷地下不同電阻率的地質(zhì)體的分布。

相對(duì)于常規(guī)電阻率法，高密度電法布置了較高密度的測(cè)點(diǎn)，只需將全部電極布置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，各電極自由組合。高密度電測(cè)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)電阻率法引入了自動(dòng)控制理論，通過(guò)大規(guī)模集成電路控制電極自由組合，可以獲取更全面直觀的地下管網(wǎng)信息，方便對(duì)比研究。非金屬管線（混凝土、PE、PVC 等）與周邊的土質(zhì)有很好的電阻率差異，為高密度電法在管線探測(cè)中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件，只要地面情況允許，可以彌補(bǔ)金屬管先探測(cè)儀不能探測(cè)非金屬類管線的不足。

4 地形電導(dǎo)率儀

地形電導(dǎo)率儀作為輔助管線探測(cè)方法在國(guó)外使用較多。主要工作原理是通過(guò)設(shè)備將電導(dǎo)率差異引起的渦流從地面?zhèn)鞑サ降叵?，電磁渦流變送器將渦流反射回地面，具有導(dǎo)電性的物體接觸與周圍土壤不同，所接受到的信號(hào)也有差異，反射電流具有可區(qū)分的價(jià)值。附在末端的接收器設(shè)備分析反射電流檢測(cè)地下設(shè)施。該方法可用于復(fù)雜環(huán)境的地區(qū)電導(dǎo)率測(cè)試，對(duì)于在一些情況下干燥土壤中的大型非金屬水管或濕土中大型非金屬空管也可以成像。對(duì)于目前其他物探方法探測(cè)效果較差的大型非金屬管有很好的輔助探測(cè)效果。但是受探測(cè)環(huán)境影響，沿線沿架空電力線路及地上生產(chǎn)金屬物體，如柵欄、車輛或建筑物，會(huì)對(duì)電導(dǎo)率讀數(shù)產(chǎn)生干擾，可能會(huì)對(duì)探測(cè)效果造成一定的影響。

5 聲發(fā)射法

聲發(fā)射法是一種聲學(xué)方法，通過(guò)的聲發(fā)射傳感器，連接到一個(gè)管線開(kāi)口上的主線，應(yīng)用聲波從132～210Hz 進(jìn)入管道，聲波沿著管道的走向行進(jìn)并衰減，同時(shí)通過(guò)管壁進(jìn)入管道周圍土壤，通過(guò)接收傳感器接收到地表的聲波，監(jiān)測(cè)最高（峰值）間接確定振動(dòng)振幅，進(jìn)而判別管線的走向。聲發(fā)射法可檢測(cè)的范圍高度依賴于載聲材料的剛度，作為剛性材料的逆體積模量增大，深度和水平距離的探測(cè)能力源聲也隨之增加。這種方法可以在氣體情況下探測(cè)深度可達(dá)2.5m，涉及水的管道可探測(cè)深度可達(dá)2m 左右，水平范圍可達(dá)300m，一般用于塑料燃?xì)夤艿篮退艿裙檬聵I(yè)管線檢測(cè)。不過(guò)該方法對(duì)環(huán)境要求較高，外界噪聲的敏感性干擾，剛性土等條件對(duì)其探測(cè)效果均有影響。

6 結(jié)語(yǔ)

基于現(xiàn)在，展望未來(lái)。從技術(shù)面來(lái)看，當(dāng)前國(guó)內(nèi)管線探測(cè)物理手段百花齊放，各有所長(zhǎng)，未來(lái)城市地下管線探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和攻克重點(diǎn)是較為復(fù)雜條件下的地下管線探測(cè)。這方面主要有兩個(gè)大方向：①針對(duì)不同城市的特點(diǎn)及其特定地質(zhì)條件、管線不同埋設(shè)條件、不同材質(zhì)進(jìn)行探查方法技術(shù)研究，加強(qiáng)現(xiàn)有各方法儀器對(duì)于復(fù)雜管線的試驗(yàn)研究，總結(jié)各方法對(duì)于各類型地下管線的信號(hào)響應(yīng)和數(shù)據(jù)解譯異同，科學(xué)劃分每種方法的優(yōu)劣領(lǐng)域，克服單一物探方法的局限性，為多方法綜合解譯提供準(zhǔn)確性較高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。②積極研究開(kāi)發(fā)高精度、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)字智能化的儀器設(shè)備。從大局管理方面來(lái)看，完善城市地下管線監(jiān)理機(jī)制，加強(qiáng)管線智能檢測(cè)與定量評(píng)價(jià)，協(xié)調(diào)統(tǒng)一各單位權(quán)屬管線數(shù)據(jù)庫(kù)，加強(qiáng)信息共享、交換與管理，合理利用資源，促進(jìn)城市地下管網(wǎng)的科學(xué)健康可持續(xù)發(fā)展。