试论电（磁）法技术在地下管线探测中的运用

2016-12-01赵鑫辽宁省地理信息院辽宁沈阳110034

中国科技纵横 2016年13期

赵鑫（辽宁省地理信息院，辽宁沈阳 110034）

赵鑫
（辽宁省地理信息院，辽宁沈阳 110034）

随着城市化进程的不断加快，城市地下管线的结构越来越复杂，为充分发挥地下管线在传输信息、能量和排放废液等方面的功能，地下管线结构优化势在必行，但受历史原因影响，我国部分地下管线的分布数据、图纸等资料缺失严重，使地下管线结构优化和有效维护工作难以开展，所以地下管线探测技术出现并在发展的过程中受到社会广泛关注，本文针对各类电（磁）法技术在地下管线探测中的运用的原理和应用案例进行研究，为提升我国地下管线探测水平作出努力。

电（磁）法技术地下管线探测

充电法、高密度电法、甚低频法、电磁感应法、电磁波法等都属于电（磁）法技术，由于地下管线具有规模大、隐蔽、分布复杂等特点，人工开挖不仅在人力和设备方面难以实现，而且对地下管线构成破坏的可能性非常大，所以现阶段尝试利用电（磁）法对地下管线进行探测。

1 充电法的原理及应用

充电法其直接将供电电极的一端与金属管线相连，一端垂直管线远接地，然后将测量电极安装于垂直管线的剖面上，对探测过程中的电位提度变化进行观察，实现地下管线定位的方法，在应用的过程中应使直流电源正极和负极所构成的直线与管线的走向垂直，而且所构成的直线长度要超过垂直管线剖面与充点电之间距离的5倍，在易燃易爆的地下环境中要对充电法的应用范围进行合理选择［1］。例如英国雷迪公司生产的管道电流测绘系统PCM+，将24伏蓄电池、充电机、GPS定位仪以及磁力仪、接收机等进行有效组合，利用充电法将埋地管道的腐蚀情况通过测绘电流用直观的数字和图形等形式进行展现，使传统埋地管道测绘方面的局限性得到有效的客服，使管道状况评价具有科学、全面的测绘技术支持，在国内外油田、燃气公司等领域此技术已经得到证明。

2 高密度电法的原理及应用

此方法的原理与直流充电法基本一致，其是利用电极排列形式的差异对电位差和供电电流进行测量，从而获取相关的视电阻率，结合视电阻率的变化规律可对地下的电性变化产生较全面的认知，进而确定地下管线的分布。此技术在应用的过程中，可通过一次电极布设完成，使探测的干扰因素较少，对野外等相对探测环境较恶劣的区域比较适用，而且其除可获取地下管线的定位信息外，也可得到地电断面结构特征相关信息，这种自动化或半自动化的采集技术，有效的控制了出现操作失误的概率，而且其自动绘制和打印探测图件的性能，使探测的效率和实用性大幅提升［2］。例如某医院在改扩建工程中，利用高密度电法对其扩建范围内的埋地管线的分布进行了勘测，并在获取埋地管线分不具体信息的基础上，对其进行了自动测绘，为施工提供了直接的参考依据，避免了扩建工程对地下管道造成不必要的损坏，实践证明测绘的准确性非常高，测绘数据中具有高阻特性的非金属管道的相关数据偏差也在合理的范围内，并不会对施工造成影响。

3 甚低频法的原理及应用

利用发射频率为15～25kHz的强功率长波电台为发射场源进行探测的电（磁）法就是甚低频电磁法，现阶段我国可利用电台呈多样化趋势发展，例如莫斯科UMS电台、美国NAA电台等，其通常具有电磁波传播距离长、发射功率较大的共性，所以虽埋藏深度较大的地下管线探测效果也较理想，次探测方法其利用管线和周围介质极化会生成二次场，而且在相关物性的作用下二次场也会发生一定的变化，通过对变化进行测量就可以定位地下管线的原理实现探测，在实践中发现此方法具有成本少，频率高的优势，但精度相对较低。

3.1 电磁感应法的原理及应用

此方法现阶段的应用最为普遍，其物性基础是地下管线和其周围介质的导电和导磁性能存在差异，进而结合电磁感应原理对电磁场的时空分布规律进行判断，确定地下管线定位，在应用的古城中发射极会在发射线圈内生成谐波电流，使地下一定范围内形成谐变磁场，地下管线在谐波磁场中会生成新的电流，地上的接收机对新生成的电流进行收集、分析，就会对地下管线的空间位置进行准确的判定［3］。可见此方式草组简单、而且准确性和速度可以得到保证。专用的地下管线探测仪器现阶段也呈现出多样化发展的趋势，而且各类管线探测仪的平面位置限差和埋深限差都可以满足管道探测精度的要求。例如在某厂扩建的过程中，为对改造范围内地下管线的分布状况产生全面准确的了解，其应用电磁感应法对所需要的地下管线的准确位置数据进行了成功获取，为安全施工提供重要的数据支持。

3.2 电磁波法的原理及应用

此方法又被称为探地雷达法，其主要利用超高频电磁波探查地下的金属和非金属目标，实践证明其可精确实现地下10-1尺介质定位，现阶段雷达脉冲波的中心频率可高达数千兆赫，其利用发射天线向地下发射频率电波，而不同物理特性的地下介质对电磁波会产生不同的波阻抗，电磁波在介质的界面上产生反射和折射，在此过程中电磁波的传播路径、强度与波形等都会发生一定的变化，当雷达对反射波进行接收并分析时，就可以对地下管线定位。此方法主要适用于非金属管道探测工作中，对某直径为60厘米的砼制给水管道利用管线仪探测不能确定其实际位置，后采用电磁波法利用中心工作频率250MHz天线和雷达对其进行定位，不仅位置准确确定，而且对管道的状态也更加全面的掌握。