物探技术在燃气管网建设中的应用及展望

2013-07-23上海天然气管网有限公司陈梅彦

上海煤气 2013年2期

上海天然气管网有限公司陈梅彦

工程建设中谈及物探，一般理解为地下管线探测，即在不破坏地面覆土的情况下，利用电磁感应原理或电磁波反射法来探测地下金属管道、电缆等的位置、走向和深度。随着探测技术的不断发展，很多高效的仪器得以研发，而城市工程建设因要面临日趋复杂的地下空间环境，提出了更高的探测要求，浅层地震、高密度电法、磁法等综合物探手段被逐渐引入，这些都使得越来越多的人认识到物探不仅仅是探测地下管线，还可以对建构筑物基础以及其它障碍物进行探测，即我们常说的“地下障碍物探测”。近年来，公司在高压燃气管网建设和运营中引入物探单位参与，通过不断实践、互相了解，使物探工作逐步贴合公司业务需求，成为了技术上有力的支持。

1 物探技术应用介绍

1.1 管道施工前的探测

天然气管网施工前期的物探工作，主要用于查明沿线的地下管线和障碍物分布，可以为设计调整、障碍物搬迁、费用预算以及现场施工提供参考依据，使各项工作有的放矢。

例如，上海市天然气主干管网二期工程(2009～2010年项目)2标段沿S32高速公路北侧敷设时，在富永路与在建沪杭高铁相交。物探初步资料显示:高铁下部加固形式复杂(旋喷桩、钻孔灌注桩)，且线路下方还有电力箱涵、通讯线以及污水管。由于设计管位与沪杭高铁斜交，势必与其下部加固基础相碰，因此，设计单位对管位进行了调整，采用了与沪杭高铁正交的方向以顶管方式穿越，而改线后的穿越区域中沪杭高铁下部为DN600钻孔灌注桩，桩间距2.4 m。考虑到天然气顶管外径1.4 m，此种情况下，直接按调查资料来施工风险很大，因此，物探单位对改线后的顶管穿越区域进行了详探，通过地震映像和探地雷达相结合，确定了顶管穿越区高铁的桩位。为确保万无一失，又采用了小型定向钻机先行探路，验证了物探成果的准确性后，方进行顶管施工，这样确保了管道施工的安全，也避免了对沪杭高铁的基础造成损坏。

1.2 管道的防腐层检测

燃气管网运营中，必须定期进行管道防腐层检测。通过输入特定电流信号到管道，并接收管道传送的这种电流信号，对电流变化情况进行分析来评估管道防护层的绝缘性，从而确定破损点。

从技术上说，这项工作属于物探范畴。此外，在管道开挖修复之前也需要探明作业面下的地下管线以避免次生事故。

1.3 GIS系统的数据库建设

我司从2004年开始建设GIS系统，以更快捷、准确、有效地对管网设施进行管理。由于公司成立之前的管线资料由多家单位提供，一些管位标段的竣工资料缺失或不详细，尤其是一些非开挖施工，而且这些资料一般是纸质图的形式，直接矢量化可能存在较大误差。针对这种情况，我公司委托物探单位对一些管段进行了“物探跟踪探测”来采集各类管线数据(如管线点、阀室、阀门、警示牌、转角桩等)，并重点对浦东外环线几处非开挖段采用了综合物探方法进行探测。

在规定好数据格式后，物探单位提交的数据可以直接录入GIS系统，并且较之竣工资料更为准确、详细，是管网GIS系统数据库建设的基础。

以在外环线(S20)、张家浜进行的非开挖管段物探为例，具体探测过程如下:

(1)探明非开挖管段附近的其它地下管线分布；

(2)从目标管道的直埋段开始追踪，确定管道的大致位置和方向，这样可确定4～5 m深的目标管道的位置；

(3)在深度较大的管段，选取合适的地方布置瞬态面波测线，大致圈定管道的平面位置；

(4)在圈定的管道位置旁布置钻孔来采集磁梯度数据。通过对比能较好地确定管道的深度，然后根据磁梯度的幅值大小加密钻孔以逼近目标管道。

图1为该处下有燃气管道的典型瞬态面波记录。在第10～12道同相轴明显的发生错断，呈半支绕射弧状，为下有管道的特征，可初步判定第11道为管道的中心位置。

在此位置上前后布置了3个钻孔，磁梯度曲线见图2。可见3条曲线在8～9 m深度范围都有异常反应。其中，ZK4幅值较弱，ZK5幅值相对增强，异常都呈单峰状，说明管道在孔位附近，且由ZK4向ZK5方向逐渐靠近；而ZK6幅值超限，异常有明显的波峰与波谷，说明管道十分靠近孔ZK6，故深度点取靠近ZK6的位置可最好的保证平面位置的精度。管道中心深度则根据仪器特性，取ZK6曲线的波谷位置即9.25 m。

图1 面波剖面(测线ZL3)

图2 ZK4、5、6磁梯度曲线

综合上述成果，编制了该非开挖管段的物探成果图(图3)，成果图中包括平面图与剖面图。可以看出，非开挖管段在平面上有弧度，而不是一条直线；同时在剖面上也不是一条“完美”的弧线，而是有一定程度的弯曲。这是由管道自身的刚性、钻机导向准确性以及地质条件三个因素共同作用的。可以说，综合物探成果更直观、准确地描述了该非开挖管段的空间分布。

图3 浦东非开挖天然气管段物探(张家浜)成果

2 难点和问题

2.1 复杂条件下的管线探测

当地下管线分布十分密集时，现有技术手段探测分辨率不高，尤其是在浅部管线间距很小(小于50 cm)时。施工开挖样洞表明:管线漏测情况主要集中在一些密排的、小口径、上下重叠或非金属的管线上。

因此，我们一方面要认识到物探技术存在的局限性，另一方面需要敦促物探单位做好资料调查的工作，此外，施工前也要请各管线单位现场交底。在此基础上，再由物探人员实地探测以确认管线位置和深度，方能保证施工安全。

2.2 综合物探技术难点

目前常用的地下障碍物探测方法包括面波法、高密度电法和磁法等。这些方法对场地平整度、场地范围以及环境干扰(震动、电磁)等都有一定的要求，而天然气管网一般沿市政或高速道路两侧敷设，或穿越房屋、河流、防汛墙等，有时探测条件未必理想，探测精度也会受到较大影响。

如何提高探测技术的适宜性，探测人员要多动脑筋，但更多的还需要行业技术的发展。我们作为成果的使用者，也要对可能存在的误差保持清醒的认识。

3 展望

物探技术正在日益发展，很多先进的技术和方法正不断的应用到工程建设中来。有以下两点可以考虑为我们管网建设所用。

3.1 承载力检测

在场站建设中进行地基承载力测试，一般采用原位测试法，较多的采用静荷载试验。这种方法耗时长，花费多。而面波法用于地基承载力测试，不仅方便快捷而且费用低，已经广泛应用于上海及周边地区的地铁车站建设中。

3.2 非开挖管段的验收

一般的管线跟踪测量只能针对开挖直埋段进行，对于非开挖段主要是参考竣工图。即便如前文所述采用综合物探方法来探测，也由于经费或现场条件的原因只能是非常离散地进行。如果能在管段验收时就采用物探装备如陀螺仪、重力三分量仪器等进行探测，则可以采集连续的精确数据(平面和深度误差一般可控制在0.5m以内)，这就为日后的维护和改造提供了准确的数据。