聞廣斌

（上海旻悅勘察設(shè)計有限公司，上海 200135）

0 引言

在城市化建設(shè)中，對基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施進(jìn)行完善很有必要，尤其是地下管線項(xiàng)目。在城市地下管線設(shè)計與施工前，需要對現(xiàn)有管線進(jìn)行探測，以往探測技術(shù)雖然能夠獲取地下管線布局信息，但是對深埋管線而言，未能準(zhǔn)確及時獲取平面布局和深度等數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段，基于磁梯度技術(shù)進(jìn)行調(diào)整成為大勢所趨，這樣做可確保復(fù)雜、深埋管線得到合理探測。技術(shù)應(yīng)用過程中，為達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，相關(guān)人員需要明確技術(shù)原理并分析具體應(yīng)用優(yōu)勢，利用多樣化方式，確保磁梯度技術(shù)在管線探測實(shí)踐中得到高效應(yīng)用，解決以往探測技術(shù)應(yīng)用不足的問題。

1 磁梯度技術(shù)原理

地表不同位置往往對應(yīng)不同磁場強(qiáng)度，在沒有外力干擾的情況下，磁場強(qiáng)度分布均勻，如果有鐵磁性物質(zhì)存在，其周圍將出現(xiàn)異常情況，而決定異常情況明顯程度的因素，通常是鐵磁性物質(zhì)所處位置。這便是磁梯度法被提出的背景。

磁梯度法的依據(jù)是磁場數(shù)學(xué)理論，通過對鐵磁性物質(zhì)所處區(qū)域磁場分布特征與變化規(guī)律進(jìn)行研究，得出相應(yīng)結(jié)論[1]。由于金屬管線屬于鐵磁性物質(zhì)，其周圍必然存在磁異常情況，隨著鐵磁性物質(zhì)和磁探頭距離不斷縮小，異常信號強(qiáng)度將逐漸減弱，最終消失?；诖?，利用磁梯度法對金屬管線埋深進(jìn)行探測是大勢所趨，而探測效率和結(jié)果精準(zhǔn)度，通常也可得到相應(yīng)的保障。

在實(shí)際施工時，磁梯度法往往被用來對鉆孔進(jìn)行定位。非開挖管線的特點(diǎn)是埋深較深、內(nèi)部信號弱，要想最大限度提升探測精準(zhǔn)度，關(guān)鍵是要做到地下鉆孔，即：在探測區(qū)域?qū)孜贿M(jìn)行布設(shè)，待鉆孔作業(yè)結(jié)束后，由專業(yè)人員對孔內(nèi)磁異常進(jìn)行觀測，確定管線位置與平面分布情況。對靠近管線中心的鉆孔進(jìn)行探測，通常能夠得到變化幅度較大的曲線如圖1 所示，如果鉆孔和管線距離較遠(yuǎn)，探測所得曲線往往相對緩和。除特殊情況外，曲線最小值、曲線最大值所對應(yīng)位置間，便是管道中心所在，這點(diǎn)需要引起重視。

圖1 異常點(diǎn)剖面

2 磁梯度技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

近年來，非開挖技術(shù)逐漸走向完善，非開挖地表成為管道施工首選的敷設(shè)方法，該方法將管線埋設(shè)控制在3～20m 范圍內(nèi)，即便管線距離間隔較長，仍然能夠確保無露出點(diǎn)存在，雖然這樣做可提高項(xiàng)目整體性和美觀性，卻也帶來探測難的問題，原有探測技術(shù)能夠發(fā)揮的作用有限。另外，一部分專業(yè)管線需要嚴(yán)格按照施工要求增加埋深，在對道路進(jìn)行回調(diào)后，由于路面高度增加，后續(xù)探測難度也會大幅增加，原有技術(shù)能夠探測的范圍和距離，均不支持其對專業(yè)管線進(jìn)行探測，更新探測技術(shù)成為大勢所趨[2]。

現(xiàn)階段，在不同領(lǐng)域得到應(yīng)用的管線探測技術(shù)，主要有地震波法、電磁感應(yīng)法和地質(zhì)雷達(dá)法等，而相比于上述常規(guī)技術(shù)，磁梯度技術(shù)具有更為突出的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：①穿透性極強(qiáng)，可有效消除路面高度增加或其他突發(fā)情況帶來的不利影響；②探測靈敏度相對較高；③環(huán)境因素給探測作業(yè)所帶來影響有限，在大多數(shù)情況下，均可以做到忽略不計。正是這些優(yōu)勢的存在，才使磁梯度技術(shù)被廣泛用于探測深埋管線的領(lǐng)域，所取得成績也極為矚目。

3 磁梯度技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

下文將以某項(xiàng)目為例，對應(yīng)用磁梯度技術(shù)探測管線的要點(diǎn)進(jìn)行分析與歸納，供相關(guān)人員參考。

3.1 項(xiàng)目情況

昆陽北路的宋長濱橋需要對電力拖管進(jìn)行新建，施工區(qū)域已敷設(shè)管線為直徑20cm 的煤氣非開挖管線，如果盲目施工，極易使管線損壞，不僅會給周圍居民的生活帶來不便，還會使其財產(chǎn)和生命安全受到威脅。基于此，施工單位計劃先派專業(yè)人員前往現(xiàn)場，通過踏勘的方式，對實(shí)際情況加以了解，再擬定施工方案。第一步，由施工單位聯(lián)合管線單位進(jìn)行交底，明確現(xiàn)有管線類型和其他參數(shù)；第二步，由于探測需要使用鉆孔機(jī)，部分綠化被破壞的情況無法避免，因此，施工單位應(yīng)協(xié)調(diào)有關(guān)部門，對綠化進(jìn)行搬遷，盡量減小鉆孔作業(yè)給環(huán)境帶來的負(fù)面影響；第三步，確定施工方案，在預(yù)估管材的基礎(chǔ)上，逐一落實(shí)其他準(zhǔn)備工作，例如，調(diào)配鉆孔機(jī)。

3.2 管線探測結(jié)果

本項(xiàng)目探測煤氣管線時鋼管非開挖管線，要想使管線深度及位置得到精準(zhǔn)探測，工作人員應(yīng)對磁梯度法加以應(yīng)用。專業(yè)人員提前布設(shè)的24 個孔位（如圖2 所示），共有10 個孔位能夠探測到煤氣管線，探測結(jié)果如圖3 所示。

圖2 孔位布設(shè)情況

圖3 探測結(jié)果平面

3.3 操作要點(diǎn)分析

3.3.1 剖面的測量

探測地下管線時，工作人員出于提高探測效率及精準(zhǔn)度的目的，通常會將測量剖面放在第一步。對剖面進(jìn)行測量的流程如下：先沿剖面方向?qū)﹂L度可調(diào)測量線進(jìn)行布設(shè)，確保測量線和管線延長線垂直，再對管線方向、埋深等因素加以考量，對測量線間距進(jìn)行確定。

一般來說，如果測量管線平直，工作人員可將間距設(shè)為100m或100m 以上。如果管線埋深較淺，則要酌情減小間距；如果管線埋深較深，只有增大間距才能保證測量有效性。在某些情況下，工作人員還可以選擇在某條剖面上，對間距不等的多個測量線進(jìn)行布設(shè)，通過增加管線兩側(cè)點(diǎn)距及上方點(diǎn)距的方式，確保探測所得曲線完整，探測效率和精準(zhǔn)性自然能夠得到保證[3]。

3.3.2 鉆孔的定位及校準(zhǔn)垂直度

在正式進(jìn)行鉆孔前，由專業(yè)人員利用全站儀確定并標(biāo)注極坐標(biāo)，在擬定鉆孔點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按部就班的完成后續(xù)環(huán)節(jié)。研究表明，要想做到精準(zhǔn)探測地下管線，前提是保證鉆孔垂直，工作人員可以借助全站儀對直角加以確定，將其視為判斷并校準(zhǔn)鉆桿垂直的依據(jù)，通過實(shí)時監(jiān)測的方式，保證鉆桿始終具有理想的垂直度。由管線單位交底可知，本項(xiàng)目探測區(qū)域電力/煤氣非開挖管線數(shù)量僅為1 組，這也表明探測工作的重點(diǎn)是確定電力管線位置，為孔位布設(shè)提供參考，確保鉆孔區(qū)域和管線存在一定距離，避免管線被破壞的情況出現(xiàn)。另外，還要大致確定煤氣管線位置，為日后布孔鉆探等環(huán)節(jié)的順利開展提供支持。

3.3.3 鉆孔施工

工作人員以施工現(xiàn)場情況為依據(jù)，將鉆孔方案擬定如下：在煤氣管線垂直方向進(jìn)行鉆孔，每側(cè)鉆孔數(shù)量為3 組，每組鉆孔數(shù)量為5 個，每孔深度控制在15m 左右，相鄰孔洞距離以30cm 為宜。在探測區(qū)域，由專業(yè)人員利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，盡量將孔位布設(shè)在障礙物附近，通過套管的方式，為孔壁提供全面保護(hù)，確保探測結(jié)果能夠?qū)φ系K物情況進(jìn)行明確且準(zhǔn)確的反應(yīng)[4]。在開展鉆孔作業(yè)時，如果探測區(qū)域情況不明，工作人員應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔速度，一旦發(fā)現(xiàn)存在阻力，立即停止持續(xù)施壓，基于水沖依靠鉆頭自重，對管線屬性進(jìn)行感受，若鉆孔區(qū)域有障礙物存在，工作人員需要停止鉆探，在鄰近區(qū)域重新布設(shè)孔位，這樣做可以有效避免鉆機(jī)損壞管線等問題出現(xiàn)。打孔后，及時利用高壓水對孔洞進(jìn)行反復(fù)沖洗，防止打孔機(jī)碰到管線，導(dǎo)致管線防腐層及管線本身被損壞。

3.3.4 下套管及磁梯度的探測

在完成鉆孔環(huán)節(jié)后，由磁法物探組人員，利用磁梯度法進(jìn)行探測作業(yè)。前期準(zhǔn)備階段，工作人員需要根據(jù)孔洞直徑對PVC 管進(jìn)行安置與封閉。在下套管時，工作人員應(yīng)不斷注入清水，這樣做可以有效避免PVC 管上浮。除特殊情況外，工作人員均要利用無磁性螺絲，對PVC 管接頭進(jìn)行固定，為探測所得數(shù)據(jù)的有效性提供保證。其次，經(jīng)過鉆孔口，將磁梯度探頭伸入孔底，待準(zhǔn)備工作告一段落，方可啟動檢測儀，由檢測儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動檢測與記錄。此時，工作人員的任務(wù)是將探頭由孔底勻速拉升到孔口，確保相鄰測試點(diǎn)距離均為10cm。再根據(jù)檢測儀所記錄數(shù)據(jù)，依次比對管線所處深度和實(shí)際位置。最后，采集探孔、探測點(diǎn)坐標(biāo)，供日后內(nèi)業(yè)整理。

3.3.5 孔位及測量孔口的標(biāo)高

等到探測作業(yè)結(jié)束，再由專業(yè)人員結(jié)合斷面鉆孔預(yù)期標(biāo)高，對設(shè)計斷面逐一進(jìn)行探測。為接下來的異常數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)提供便利。

3.3.6 異常數(shù)據(jù)處理

工作人員經(jīng)過探測獲得現(xiàn)場資料后，還要對探測所得異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋，通過推測的方式，明確場源分布的大致形態(tài)，真正做到以異常點(diǎn)為切入點(diǎn)，充分利用已知物理和地質(zhì)條件，對干擾進(jìn)行有效消除，使地下管線分布情況得到更加直觀的呈現(xiàn)[5]。

在處理異常數(shù)據(jù)時，工作人員應(yīng)將重心放在定性解釋、定量計算方面。前者以干擾因素徹底消除為前提，先根據(jù)數(shù)據(jù)資料提煉相關(guān)規(guī)律，再對地下管線引起異常情況進(jìn)行識別，從而達(dá)到全面了解管線走向及埋深的目的。后者則需要工作人員以科學(xué)計算方法為依托，通過計算得出管線位置、埋深等參數(shù)。

4 結(jié)論

通過本文的分析能夠看出，地下管線穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，加強(qiáng)管線探測技術(shù)應(yīng)用是城市地下管廊建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文研究了磁梯度法，即在一定距離范圍內(nèi)通過監(jiān)測地磁場強(qiáng)度變化量，實(shí)現(xiàn)測量地下管線目的。但是，在具體探測中，該技術(shù)受到外界磁性物體影響較大，需要加強(qiáng)現(xiàn)場環(huán)境管理與控制，降低測量誤差。本次項(xiàng)目探測中，經(jīng)過多次校準(zhǔn)與異常數(shù)據(jù)剔除，最終給業(yè)主方提供了有關(guān)煤氣管線的精準(zhǔn)位置和深度信息。磁梯度法的合理應(yīng)用，也為日后管線施工提供了技術(shù)保障，可有效預(yù)防施工風(fēng)險，避免發(fā)生經(jīng)濟(jì)損失。

今后，相關(guān)企業(yè)及個人應(yīng)積極優(yōu)化磁梯度探測技術(shù)，例如，加強(qiáng)剖面數(shù)據(jù)測量、明確鉆孔定位及校準(zhǔn)垂直度等技術(shù)參數(shù)，確保鉆孔安全距離，避免對現(xiàn)有管線造成破壞，同時，繼續(xù)優(yōu)化鉆孔施工下套管技術(shù)，使每個探測孔均應(yīng)用到磁梯度法，對管線位置和實(shí)際深度進(jìn)行監(jiān)控，明確測量孔位及孔口標(biāo)高，對影響測量精準(zhǔn)性因素進(jìn)行控制，最大限度解決探測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的難題。