[转] 复杂条件下地下管线探查的方法技术

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复杂条件下地下管线探查的方法技术 目前用于地下管线探查中最常用的方法是电磁法，该方法的理论依据是电磁感应定律。无论是主动源法还是被动源法，都是通过在地面测定地下管线在一次场作用下，管线被激发而产生的二次场的变化来判断地下管线的空间位置。一般讲，较平直的管线产生的交变电磁场，可近似看成无限长直导线产生的电磁场。管线仪接收机就是依据这种电磁场变化规律设计制造的。当被探的管线在埋设的区域内符合无限长直管产生的电磁场规律时，定位、定深数据准确。当被探查的目标管线周围还埋设有其他金属管线或还存有其他交变电磁场源时，接收机的观测读数将是这些场源综合影响的结果，见图22。据其定位、定深将会带来误差或造成错误。当被探查的目标管线为埋深大，甚至属高阻的非金属管时，仅用常规的电磁法是难以完成探查任务。在城市进行地下管线探查时，单一管线的情况几乎没有，而是管线种类繁多，各类管线导电性不同，管径、埋深不一，走向不明等复杂情况，这为管线探测工作带来了困难。因此复杂条件下管线探查的方法技术一直是管线探查工作者最为关注和不断探索研究的热门课题。近些年来通过管线探查技术人员的努力，在理论研究和工程实践中已取得了不少的成功经验。但这一问题尚未完全解决，有待于广大从事管线探测的技术人员不断总结提高。 图22 管道间相互干扰磁场 实复杂条件下地下管线探查的方法技术就像复杂条件一样复杂，各个地区，各项管线探查工程其复杂程度不同，引起的复杂因素亦不相同。因此也无法简单的讲，何种复杂管线，采用何种探查方法技术，关键是从事此项工作的技术人员必须要有高度的责任心，熟练掌握各种探查方法技术，不畏艰难，科学求实的精神，在工程实践中不断探索总结，积累经验，是可以完成复杂管线探查任务的。 对复杂条件下地下管线探查工作可根据具体情况，作以下几方面工作。 (一) 实地调查研究 1、 对区内明显管线按“规程”要求进行实地调查； 2、 收集区内所有管线的竣工(或设计)资料； 3、 向有关单位及知情人作调查； 4、 分析研究已有资料选择方法技术。 (二) 方法试验 1、 电磁感应法 在区内已知管线地段，布置1～2条剖面针对区内的管线特点，可选作以下几方面试测。 (1) 改变发射机位置及状态 1) 发射机直立 此时发射线圈面与地面垂直，对地下金属管线进行水平发射(见图3)，使发射机正下方的管线，被激发产生最强的二次磁场，接收机在试测剖面内进行逐点观测读数并记录之，然后以剖面线上各测点位为横坐标，接收机在各点的读数(场强)为纵坐标，绘制成剖面曲线。 2) 发射机平卧 此时发射线圈面与地面平行，对地下金属管线进行垂直发射(见图4)，此时位于发射机正下方的管线不被激发，该管线不产生二次场，若其旁边有平行管线存在，在该位置处将会有较大的读数。用同样方法进行剖面观测并绘制成剖面曲线。见图23。      图23 多条平行管线垂直感应场分布示意图 3) 发射机倾斜 当相邻管线间距较小，不宜采用水平发射，而采用垂直发射，探测效果也不一定理想时，可采用倾斜发射，使其干扰管线不耦合，以达到既能抑制干扰管线信号，又能增强目标管线的异常，参照图5灵活应用。 (2) 电流强度及方向测量 在管线密集区，接收机可能会在旁边的干扰管线上方探测到比目标管线更强的电磁信号，因这干扰管线埋深比目标管线要浅，见图24。图中剖面曲线虽有三个异常峰值，而最大的异常所对应的是非目标管线，如按常规方法解释，很可能得错误结论，若配合电流测量就可避免这一错误判断，从图24上部电流数值看，目标管线上的电流值最大。如果再能进行电流方向测定，可以更可靠地识别目标管线。因为目标管线的电流方向与临近管道感应电流方向相反，见图25。        图25 信号电流方向测定示意图 (3) 频率及功率选择 由电磁学知识可知，频率越高传播的距离越短，管线对地阻抗越小，可从地面直接把信号感应到管线上，对于短距离探测，可以增大输出电流，有利于识别管线。在管道接头处高频信号还比较容易通过绝缘接头，但频率高了信号很容易“串线”，其他非目标管线易被感应产生干扰信号，而且它耗电量大，信号又衰减的快，对探查深埋管、走向长的管线不利。因此根据任务特点工作环境、地电条件等情况综合考虑，恰当地选择频率，将会有利于管线探查任务的完成。 增大发射功率，可增加金属管线的感应电动势，使管线形成二次场强度增强，使异常更明显突出，尤其是在探查埋深大，导电性不十分好的管线、走向延伸比较长的管线，加大发射功率，对探查工作十分有利。但在有些情况下，不宜加大发射功率，甚至要减小功率，如在管线密集区，被探的管线比较短等情况下，在能测得目标管线异常的前提下，尽量用小功率。 2、 电磁波(地质雷达)法 对一些用电磁法探查无效的非金属管道或深埋的大口径金属管道，均可采用此法进行探查，具体方法原理前面已介绍过。 3、 高密度电阻率法 高密度电阻率法的基本原理与传统的直流电阻率法相同，它仍是以目的物与周围介质导电性差异为物性基础的一类电探方法。由于它可实现电阻率的快速采集，并能在现场进行数据处理，使电法的智能化程度大大提高，因此在接地条件较好的地段，可用来探查一些深埋的地下管道。它只要加大电极距就可改变它的勘探深度。因此可以根据需探查的管道大致深度范围，设计好电极距，就可达到其他方法达不到的勘探深度。 4、 磁法 地球本身是一个大磁场，它产生的磁场与均匀磁化球体磁场相似。在地表实际观测到的磁场总是由正常场和异常场两部分组成。铁磁性金属管道产生的磁异常是叠加在正常场上的附加磁场。铁磁性金属管线埋深较浅，分布范围有限，它所产生的磁异常属局部异常，地下金属管线一般都是钢管或铸铁管，具有较强的磁性。管线沿走向埋深变化不大，因此铁磁性金属管线形成的磁场近于无限长水平圆柱体的磁场，它的Z、H、△T曲线如图26所示。 磁场梯度是磁场在空间的变化率，图27为水平圆柱体的Zn、Zx、Tn、Tx曲线。将图26、27中的曲线进行对比，可看出磁场梯度曲线比磁场强度曲线窄，因而它有较强的分辨率，并可有效地压制区域磁场干扰，有利于地下管线探查，但其梯度值随距离增大，衰减速度亦加快。因此它对地下铁磁性管道分辨率高，见图28。在图内有埋深为1.25m及0.75m大小管各一条，剖面曲线内有Z及Zn各一条，它们各相当于垂直磁化水平圆柱体地磁场和磁场梯度曲线。由此可见，两磁梯度异常峰位置，即为两水平圆柱体的位置。 图26 无限长水平圆柱体的Z、H、△T曲线 图27 水平圆柱体的Zn、Zx、Tn、Tx曲线 图28 两个垂直磁化水平圆柱体的Z和Zn曲线 5、 地震波法 地震波法是以地下各种介质的弹性差异为基础，研究由人工振源(如锤击)产生的地震波的传播规律，用来解决地下介质分布状况的一种物探方法，根据利用的地震波的不同，又可分为直达波法、折射波法、反射波法和瑞利波(面波)法等多种，在地下管线探查中比较常用的是面波(瑞利波)法。由于面波的相速度随其园频率ω(或波长λ)而变化。频率愈低，面波的穿透深度愈大，采用不同振动频率的振源产生不同波长的面波时，可以获得不同穿透深度的波速值。它可用于较大口径深埋的金属、非金属管道的探查中，图29为非金属管道上的面波曲线。 (三) 实地探查 通过实地调查及方法试验后，对取得的资料进行综合研究，结合探查区内管线分布情况，确定施工方案，以后按方案进行探查。 1、 多条平行管线的探查 探查多条密集平行管线最大的障碍是相邻管线的干扰，在探查中由于干扰会给探测造成较大的测深误差及平面位置错误。探查此类管线最好是用电磁法中直接法或夹钳法，它能减少相邻管线的干扰，突出目标管线异常，如能配合电流测量效果更佳，但它要求管线必须有露头，且具有良好的接地条件，有时受场地条件所限，不宜采用直接法和夹钳法。此时可采用感应法，采取一定的方法技术也能取得较好的效果 2、 纵横交叉管线的探查 纵横交叉管线多数是多条管线既平行又交叉，管线埋深不一，交叉点多，干扰较大，不宜探查，此时需用电磁法无源、有源，直接法、感应法互相配合，还可采用地质雷达配合，只要根据条件、多方法综合应用，亦会取得满意的结果。 3、 上、下重叠管道的探查 在管线探测中经常遇到有些管道上下重叠，按其材质可分为： (1) 金属管道重叠 采用电磁法可以精确定位，因为上下管道异常叠加，异常明显，但定深误差较大，但可在两重叠管道交叉的区段分别定深，来推知重叠处管道的深度，还可配合地质雷达法综合应用，完成重叠管道探测任务。 (2) 金属与非金属管道重叠 由于金属管道与非金属管道的电性差异，可用电磁法对金属管道进行定位、定深。对非金属管道则要采用地质雷达进行探测，当非金属管道内有钢筋网时，也可采用加大发射功率的电磁法来解决。 (3) 非金属重叠管道 可采用地质雷达法，具备条件时也可采用示踪电磁法。 4、 大口径深埋管道的探查 对大口径深埋管道的探查，现行各类管线仪及相应的技术还比较困难，因为大口径管道多以短管串接而成，管间电性接触不良，与大地不能形成良好的回路，管道中形不成环流，即使大口径管道有良好的电性连接性，且与大地连通，采用电磁法激发探查时，在管道壁内形成体电流，与线电流理论不符。当其埋深在地质雷达有效探测深度范围内可采用地质雷达法。条件具备时还可采用面波法，当其属铁磁性材料制成的管道时可采用磁法。 5、 非金属管道的探查 非金属管道，由于其本身导电性差，用一般的电磁法很难奏效，除非管道本身为钢筋混凝土管时，可采用探查一般金属管的方法进行探查，但必须要用大功率发射、高灵敏度接收、较高工作频率和等收发距的感应排列形式观测，才能取得较好的效果。若电缆埋设管中埋设有电缆，亦可采用探测电缆的方法进行追踪。对于一般非金属管应采用地质雷达法、面波法、高密电阻率法及示踪电磁法，最好能建议管道施工单位在铺设非金属管道同时，在管道上方的槽沟内，离地面约450mm处埋设特别的检测带，在检测带内夹有金属泊或金属导线，它们在电磁场作用下会产生感应电流，则可在地面用一般电磁法探测到检测带的位置，从而达到探测非金属管道的目的。

mny

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