城市复杂条件下地下管线电磁法探查浅议

刘长波

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磁场作用下，管线被激发而产生的二次场变化来判断底下管线的空间位置。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。当被测的管线在埋设的区域内符合无限长直导线产生的电磁场规律时，定位探测数据准确。当被探测的目标管线周围还埋设有其他金属管线或还存在其他交变电磁场时，接收机的观测读数将是这些场源综和作用的结果，对其定位顶深将会带来误差或造成错误。当被探查的管线为埋深大，甚至为高阻的非金属管时，仅用常规的电磁法很难完成勘测任务。在城市区进行地下管线勘测时，单一管线的情况几乎没有，而管线种类繁多，各类管线导电性能不同，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测的方法技术一直是管线探测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测技术人员的努力，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。

其实复杂条件下地下管线探测的方法技术就象复杂条件一样复杂，各个地区，各项管线探测工程的复杂程度不同，引起的复杂因素也不相同，因此也无法简单的讲何种复杂管线采用何种方法技术，关键是从事此项工作的技术人员必须要有高度的责任心，熟练掌握各种方法技术，不畏艰难，以科学求实的精神，在工程实践中不断探索总结，积累经验，从而完成复杂管线勘测任务。

一 、地下管线勘测的理论依据

1 、电磁场理论

目前用于地下管线勘测中最广泛最常用的方法是电磁法，其理论依据是电磁场理论。在勘测地下管线时，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感应电流产生的二次场变化，来确定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，由毕奥—莎代耳定理可知在地面上离开管线中心距离为r处的磁场强度（H）：

H=2I/r

式中 I—流经管线的交变电流；

r—管线中心距地面某点的距离；

在管线勘测工程中，一般都是通过测定管线在地表产生的水平分量或垂直分量，再根据其变化规律来确定地下管线在地表的投影位置和中心埋深，在磁偶源发射条件下，管线中产生磁感应电流大小为：

I=C×cosa/r

C—常数，和发射线圈本身参数（如大小、形状、线圈匝数、材料等）有关；

a—线圈面法向和二次场B（p）之间的夹角；

在实际应用中，最常用的发射方式有两种：

1、水平发射线圈（ 向的水平磁偶极子）

此时管线中产生的电流为：

Ix=C*cosa/r=Ch/（x2+h2）

2、垂直发射线圈（ 向垂直磁偶极子）

此时管中产生的电流为：

Iz=Clx/r2

管线在地面的投影位置0处x=0 ；

由上式可见，管线中的感生电流与管线埋深成反比，即当管线埋深越大时，管线中感应电流越小，其变化值也小。因此，根据其变化规律来定位埋深，其误差必然加大，所以在其他条件不变的条件下，平面定位及埋深测定的误差与管线的埋深有关。

2、勘查精度的特点

由电磁场理论可知，一个固定场源的电磁场强度会随场源距离增大而减弱，对弱场的探测定位精度必然会低于场强的。因此，按限差计算公式，算出的地平面定位及埋深探测的限差，对于埋深较大的管线，其探测精度要求偏高，探查精度线差值理论更符合电磁场分布规律的特点。限差值计算简单直观。平面定位限差及埋深限差值仅与管线埋深有关，平面定位及埋深限差与管线埋深之比为一固定值，计算简单，使用方便，探查精度不分等级，实用更强。

二、 保证精度的措施

地下管线是随着城市建设和管网改造而不断拓展形成的，这就决定了地下管线在总体上的错综复杂和探查地下管线的难度。为了保证地下管线的探测精度，除了思想重视，加强质量观念，养成认真细致的工做作风外，还需要有科学合理的工作方法和严谨的质量管理措施，才能保证探测精度。为保证精度达到要求，建议实施以下具体措施：

1、广泛收集资料：开工前，要尽量全面收集已有的地下管线设计、施工和竣工图等有关资料。对全区地下管网分布、管线种类、材质、埋深等情况有一个宏观了解。

2、实地踏勘：开工前，要到工地实地了解现场环境，即地形变化、地面介质、管线埋设情况、工业电磁干扰程度、建筑物分布及交通状况等等。

3、方法有效性及仪器性能试验：在区内的典型地段，进行方法有效性实验。要通过与已知数据资料对比和开挖验证，评价所用仪器及方法有效性，并选择最佳方法作为主要勘测方法。用多台仪器同时进行施工的工程，要对多台仪器做一致性对比实验。仪器一致性的均方差应不大于勘测限差的三分之一。

4、统计深度修正系数：无论是什么方法勘测管线埋深，都会由于仪器本身和管线周围介子及其他情况的影响，使测量埋深与实际埋深之间有一个系统误差。因此对每台仪器、每种方都要通过在工区内实验，统计出深度修正系数，以便对勘测深度进行修正。

5、合理的施工顺序：要坚持从已知到未知，从简单到复杂，从弱干扰区到强干扰区的施工原则，不断积累总结所在工區的勘测经验。在强干扰或其他施工难度大的地方，要使多种方法技术勘测，对其结果进行分析对比， 解决难点，提高精度。

6、 执行三级检查制度：施工单位应建立质量管理体系，必须实行三检的质检制度，并提交各工序质量检查报告。三级检查验收制度，即作业组自检、部门作业组间互检和施工单位主管部门复检。勘测行业部门经过多年的实践，制定了一系列勘测成果质量管理制度和标准，特别是近几年推行全面质量管理，形成了较为全面的质量管理体系，城市地下管线普查工作是应用多种高新技术、工艺复杂、质量要求高的系统工程。实践证明，应建立普查工程监理制，实行全过程的质量监控，它不仅可以促使普查施工队伍建立和完善内部质量管理体系，而且由于普查监理工作贯穿于普查工程作业（包括技术设计和方法实验）的全过程，可以对普查成果质量作出比较全面和客关的评价。

7、地下管线普查工作应建立监理制：在城市地下管线普查中引入工程监理制，是建立和完善地下管线普查质量体系，提高普查工作质量的需要。通过普查工程监理，普查组织机构可以对普查作业全过程各工序的质量控制和验收 ，达到全面了解、掌握和控制普查施工队伍质量管理体系的动作情况和普查作业质量情况，对普查工作作业全面`客观评价，为普查成果验收提供可靠的依据。

8、用同类仪器以同一方法对同一管线点在不同时间进行重复探查，重复探查总点数不少于全区总点数的百分之五。

9、对隐蔽管线点进行开挖验证，其应符合以下规定：每一个工区应在隐蔽管线点中均匀分布，随机抽取应不少于隐蔽管线点总数的百分之一且不少于三个点进行开挖验证；当开挖管线与勘测管线点之间的平面位置偏差和埋深偏差超过规定的限差的点数，小于或等于开挖总点数的百分之十时，该工区的勘测工作质量合格；当超差点数大于开挖总点数的百分之十，但少于或等于百分只二十时，应再抽取不少于隐蔽管线点总数的百分之一开挖验证，两次抽去开挖验证点中超差点数小于或等于总点数的百分之十时，勘测工作质量合格，否则不合格；当超差点数大于总点数的百分之二十时，且开挖点数大于十个，该工区勘测工作质量不合格；当超差点数大于总点数的百分之二十时，但开挖点数小于十个时，应增加开挖验证点数到十个以上，按上述原则再进行质量验证。

以上是本人一点工作经验总结，有错误之处在所难免，望各位专家多批评指正，谢谢。endprint