浅谈城市地下管线物探技术和方法

2016-04-06张志文沈阳市勘察测绘研究院辽宁沈阳110004

中国新技术新产品 2016年3期

关键词：探地雷达物探技术

张志文（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁沈阳 110004）

浅谈城市地下管线物探技术和方法

张志文
（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁沈阳 110004）

摘要：地下管线普查得到了城市管理部门的重视，管线探测技术和方法在普查中起决定性作用。本文介绍了管线探测常用的几种方法以及各种方法的原理、特点及使用技巧等。

关键词：物探技术；电磁法；感应；探地雷达

2014年国务院办公厅印发了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，住建部等五部委也发出了《关于开展城市地下管线普查的通知》，目前全国大部分城市都在开展地下管线普查工作。在普查过程中也遇到了一些问题，其中最为重要的是如何更准确的确定埋于地下的管线位置。下面就介绍一下地下管线的物探技术和方法。

1　探查地下管线的工作原则

地下管线种类繁多，结构复杂，探测时需弄清各专业管线的特性采用相应的探测技术方法，达到有的放矢，高效率、高质量地完成任务。

应用物探技术方法探查地下管线应遵循如下原则：

（a）从已知到未知

探测区管线埋设情况完全已知的路段先行探测，探测方法基本确定后再推广到待查路段。

（b）从简单到复杂

先查管线较少稀疏的路段再查管线密集困难的路段；埋深较浅的管线先查，较深的后查；大管径管线先查，小管径后查。

（c）方法有效、快捷、轻便

尽量采用成本低、效果好的技术方法。

2　物探方法的选择

进行管线探测时，目标管线应与周围介质有明显的物性差异，例如电性差异、弹性差异等。目标管线所产生的异常磁场应有足够的强度，使其能够从干扰背景中清楚地分辨出来。

物探方法应根据工程的要求和探测区域的不同地球物理条件在开工前通过方法实验来选择确定。目前已知的探测方法主要有：电磁法、地震波法、电磁波、法直流电法、声波法、磁法、地震波法等。一般情况下，金属管线大多采用电磁法，电力电缆可采用被动源法，非金属管线多采用电磁波法（探地雷达）和示踪电磁法。

3　工作原理

电磁法可分为频率域电磁法与时间域电磁法，目前地下管线探测中以频率域电磁法为主。

无限长载流导体在它周围存在着磁场，这些磁场可以被捕捉到，探测时使管线带上电流，让管线理想化成一条无限长载流导线，就可以间接的探测管线的空间状态。通过发射装置对金属管线探测时施加一次交变场源，激发产生感应电流，在周围产生二次磁场，接收机就可以在地面探测到二次磁场及其空间分布，作业员根据分布特征判断管线的水平位置和埋深。原理如图1所示。

4　地下管线的探查方法

4.1金属管线的探查方法

金属管线一般采用频率域电磁法。根据场源性质一般分为被动源法和主动源法。

被动源法由于不需人工建立场源，所以工作较为简便，但被动源不够稳定、干扰大、激发方式不可变，所以不能作为精确定位方法，只能对区域进行盲探初步定位。被动源有两种方法即工频法和甚低频法。工频法是指利用电缆中的50Hz～60Hz工频信号和工业游散电流，它们在电缆中或金属管道中所产生的电磁场进行管线探测的方法。甚低频法主要是利用甚低频无线电台的无线电信号，在目标金属管线中感应所产生的电磁场进行管线探测的方法。探测时只需要将接收机调整到相应频段即可作业。

主动源法指通过发射机向目标管线发射足够强的特定频率的交变电磁场，会使目标金属管线受到激发，从而产生感应电流、二次磁场，使用接收机进行接收判断管线位置的方法。一般分为直接法、夹钳法、感应法。

（a）直接法

直接法是将发射机输出一端直接连到金属管线上，另一端接地或接到金属管线的另一端，利用直接加载的电磁信号进行追踪定位。有双端连接、单端连接和远接地单端连接三种，定位、定深精度高，容易分辨相邻管线。但管线必须有裸露点而且需要良好的接地条件。

（b）夹钳法

通常是利用管线仪配备的夹钳（耦合环），套在待测金属线缆上，把信号加在目标管线上。这种方法信号强，探测精度高，但必须目标管线有裸露点，待测管线的直径应小于夹钳的直径，该方法主要适合于电力、通讯等金属线缆类管线。

（c）感应法

在实地探测时往往找不到管线的出露点，这就需要采用感应法。感应法不需要接地装置，直接将发射机放置在管线的正上方，发射机发射信号，使目标管线产生感应电流，此时在周围形成电磁场，作业员通过接收机进行接收，完成对管线的搜索和定位。此方法是管线探测中最为常用的方法，操作简单，效率高。但信号抗干扰能力差，需要较强的实践判别经验，不同厂家的仪器都有其各自的特点需要实战来掌握技巧。

4.2 非金属管线的探查方法

非金属管线是指那些材质为砼、塑料、陶瓷管等材料的管线，以排水居多，近些年给水、燃气也有部分采用塑料材质，探测难度较大，一般探测方法采用穿线或发射探头配合探管仪方法和探地雷达法等。

（a）发射探头法

发射探头法也叫示踪法，是将能发射电磁信号的示踪探头或者示踪导线送入非金属管线内，在地面上用接收机探测探头发出的电磁信号确定管线走向和埋深。此方法信号强效果好，但探测长度受探头线缆长度限制。

（b）探地雷达法

探地雷达法也叫电磁波法。它可以探查金属和非金属管线，常用于电磁探管仪难以探测的非金属管道如排水暗渠、塑料材质的管线和地下人防工程等。

地质雷达是通过半波偶极天线，向地下发射宽频带高频短脉冲电磁波，因为地下不同介质具有不同的物理特性，当发射的电磁波穿过地下不同地层时，由于阻抗不同会发生反射和折射，所以返回地面的电磁波脉冲的传播路径与电磁场的强度会随介质的电性质差异及几何形态而变化，所以从地质雷达接收到的反射波、幅度及波形资料可以用来判断地下介质结构。此方法难点在于对波形图像的分析，需要不断积累经验，熟悉不同介质的波形特征。常用于管线断面测量和管线检查验收使用。