深埋燃气管道综合探测技术探讨

张俊锋 刘忠广

摘   要：本文通过超常规埋深的西气东输燃气管道探测实例，介绍了超常规埋深管道探测的难点以及探测技术，分别从电磁感应、磁场水平分量剖面观测法、静力触探验证三个方面，对探测资料进行综合对比分析，互相验证，提高了探测的准确性、完整性，降低了工程施工作业风险。

关键词：超常规埋深管道;电磁感应;磁场水平分量剖面观测法;静力触探验证

1 前言

地下管线是城市的“生命线”，其运行安全和科学发展已然成为提升城市综合承载能力和城镇化發展质量、保障城市安全运行的重要内容。城市中一些比较重要的管道在埋设过程中遇到河流、池塘、公路等区域时，一般采用定向钻施工敷设，埋深较大，这些超常规埋深的管道，虽然在管道上方有标志牌，但是由于其竣工资料的欠缺，在管道的埋深和平面位置上存在很大误差，给局部施工造成了较大的安全隐患，在施工前需进行管道精准的定位、定深，为施工提供有力的技术依据。

现在常规的地下管线探测仪采用电磁法原理，埋深较浅的管线采用管线仪常规方法能够保证精度，但是管线埋深越大其探测的平面位置和埋深误差就越大，开挖验证成本较高、难度较大、效率较低。为了准确判断超常规埋深管道的平面位置和埋深，我们使用常规地下管线探仪探测其大概的平面位置和埋深，进一步采用非常规的探测方法（磁场水平分量剖面观测法）拟合理论平面位置和埋深，进而我们使用手摇静力触探仪对2种方法探测的理论平面位置附近进行触探验证，根据静探微机接收探头的阻力值变化情况判定管道位置，使超常规埋深管道得到了较好的验证效果，本方法简单、快捷、有效、更安全。通过定向钻施工的西气东输高压燃气管道进行精确的定位、定深探测，取得了比较好的探测效果。

2 超常规埋深管道探测方法

超常规埋深管道探测方法主要分为以下几类：直接法、磁场水平分量剖面观测法、静力触探验证。

2.1 直接法

直接法就是将发射机与西气东输燃气管道的测试桩连接，对金属管线直接加载电流，使管线和发射机地线形成一个电流回路，产生电磁场。通过探测磁场，结合特征点法相应的磁场响应特征，确定西气东输管道走向，并进行初步的定位、定深。

2.2 磁场水平分量剖面观测法

磁场水平分量剖面观测法将发射机与西气东输燃气管道的测试桩连接，激发电磁场，通过观测磁场水平分量，绘制探测曲线，然后通过软件进行数值反演拟合，依据拟合反演曲线的对称关系判定管线的平面位置，计算特征点，推断管线的深度。

根据线电流的磁场理论：

Hx为磁场水平分量，在某一点x位置处，电流强度i不变，随着深度h的加大，Hx减小。该情况说明，管线深度愈大，在地面接收到的磁场信号就愈弱。由于深度是确定的，为了增强磁场信号，最有效的办法是增大管线的载流i。深度一定时，磁场信号与载流i成正比。

设置磁场观测剖面并记录观测的磁场曲线，剖面尽量避开干扰地段，垂直于目标管线走向布置，长度大于管线深度的两倍，采样间距一般取0.1m、0.2m。

2.3 静力触探验证

静力触探验证是对地面探测成果的检验，距离目标管道附近，可以避开干扰，精度较高，与现有规范中的“开挖验证”方法相比，效率高、成本低、对环境与交通的影响小。

静力触探是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，量测其贯入阻力（包括锥头阻力和侧壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力的大小划分管道上方介质的物性差异，通过下方探头所采集的阻力、深度等数据综合分析，结合磁场水平分量剖面观测法以及现场情况判定其管道埋深，且野外现场作业简单、方便、高效、准确。

3 超常规埋深管道探测资料综合解释

所采集的探测数据经过数值拟合反演处理后，通过综合地质、磁场水平分量剖面观测、静力触探进行分析解释，就可以得到管道的空间位置信息，几种方法的探测成果综合分析，分辨率高、精度准确。

实例

昆山市沪宜高速与毛纺路交叉口茆沙塘西岸的树林内，一条DN610mm、材质为钢管，东西走向的西气东输高压燃气管道穿越池塘，埋深在10米左右，在管道通过区域5米范围内，埋设有通讯电缆，周边遍布高压线。由于燃气公司需要重新铺设两条高压燃气管道，需要确定出西气东输燃气管道的准确位置和埋深。由于地面环境复杂，管道埋深较大，使用常规的探测方法，信号衰弱，无法确定管道的准确位置和埋深。根据前期收集来的工程勘察资料分析，管道施工场地附近主要分布有人工填土层和第四季全新世海陆交互沉积地层（包括粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土夹粉砂等地层），适宜于使用手摇静力触探的方式进行验证。因此采用直接法、磁场水平分量剖面观测法、静力触探三种探测方法，并进行了探测资料的综合分析解释。

（1）直接法探测结果分析

探测时首先采用了直接法，由于管道埋设较深，在管顶的位置磁场变化平缓，很难准确找到极大值位置;现场采用两测对称法同时通过变换频率反复探测，可以确定管道的平面位置为距离该点磁场水平分量观测起点14.8m处，平面位置基本确定以后，寻找最大值的70%特征点位置，确定两点之间的距离即为管顶埋深为9.4m。

采用直接法，利用频率8KHz探测西气东输管道平面位置位于距离该点磁场水平分量观测起点14.8m处，探测管顶深度9.4m;利用频率33KHz探测西气东输管道平面位置位于距离该点磁场水平分量观测起点14.6m处，探测管顶深度8.9m。

（2）磁场水平分量剖面观测法探测结果分析

现场通过多种频率探测的对比，发现低频信号对管线的耦合能力差，但信号衰减慢，传播距离远，通过对比分析8KHZ、33KHZ信号稳定，效果较好，本次采用两种频率观测，互相参考，确保观测结果的准确性。设置磁场观测剖面并记录观测的磁场曲线，剖面垂直于目标管线走向布置测线P2，剖面长度为30m，采样间距为0.2m。由南向北逐点观测磁场并记录，同一条剖面数据接收机增益保持不变。

根据观测的磁场水平分量数据由低变高、再变低的变化过程，绘制探测曲线图，绿线为8K频率，蓝线为33K频率;然后通过软件拟合反演曲线（红线为拟合曲线），依据拟合曲线的对称关系判定管线的平面位置，计算特征点，推断管线的深度。曲线图如图3.1、3.2所示。

测线P2位于茆沙塘西侧毛纺路东侧，观测数据如图3.1，峰值右侧受干扰较小，峰值左侧受通信干扰较为严重，有明显的凸起异常，该异常为通信管道信号干扰。

使用频率为8K观测：西气东输高压燃气管的理论平面位置位于距离观测起点14.7m处、理论埋深为11.8m。如图3.2所示

频率为8K和33K的探测的西气东输管道理论平面位置相差不大，理论埋深差别较大。

考虑到通信管道的信号干扰。西气东输管道理论平面位置位于距离观测起点14.7m、理论埋深为9.0m。

（3）地质雷达验证（辅助验证）

采用100兆频率天线的瑞典MALA地质雷达测线如图3.4中的LDP2和LDP3，LDP2雷达剖面靠近池塘，信号凌乱，无法进行数据分析，故选择在道路硬化路面处探测雷达剖面LDP3，地質雷达探测如图3.3所示：

地质雷达探测结果显示西气东输管道理论平面位置位于距离地质雷达剖面起点7.78 m处（即距离磁场水平分量观测起点14.8m处），深度9.4m处有轻微的异常波峰隆起，由于该处临近河流和池塘，地下水位较浅，地质雷达信号衰减太快，使用地质雷达探测效果不明显，不能很好的判断管道的平面位置和埋深。

（4）静力触探验证

根据直接法、磁场水平分量剖面观测法探测的管道平面位置，选择静力触探孔位，如图3.4所示;

共布设了4个静探孔位，其中J9距离测线P2起点14.7m（钻孔深度12.8m）、J10距离测线P2起点15m（钻孔深度12.5m）、J11距离测线P2起点14.4m（钻孔深度9.7m），3个孔位均在管道理论平面位置附近，其中J11在贯入到西气东输管道理论埋深处，有明显地贯入阻力，且J9、J10孔贯入深度大于J11孔未发现有明显静力探测异常，结合该区域的地质资料分析，管道附近主要分布有人工填土层和第四季全新世海陆交互沉积地层（包括粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土夹粉砂等地层），J11孔位所探测的贯入阻力不是由地层变化引起的异常，结合该处的剖面观测数据和地球物理特征可以确定J11孔处贯入阻力为西气东输管道引起。

（5）综合分析解释

综合分析，该处地质条件较好，地势较为平坦，并且静力触探异常反应明显，对该处西气东输管道理论平面位置和埋深进行了充分验证，结合该处磁场水平分量拟合曲线、实地直接法探测结果以及该处的地球物理特征，可以初步确定西气东输管道平面位置位于距离磁场水平分量观测起点14.4m处，埋深为9.7m。

4 结  论

综上所述，对于超常规埋深的管道进行定位、定深时，采用多种方法、相互验证可以达到较好的探测效果和精度要求。

（1）使用常规管线仪采用直接法、磁场水平面分量剖面观测法可以基本确定管道理论平面位置和埋深。

（2）由于管线埋深较大，探测误差就越大，根据前2种方法合理布设静力触探孔位，根据静力触探验证的曲线图确定管道准确的平面位置和埋深，这个验证方法的尝试在探测管道平面位置和埋深取得较好的效果。

（3）由于超常规埋深的管道铺设方式的特殊性，以及地下空间的多解性，在进行超常规埋深管道探测时，应采用多种方法进行探测，并对多种探测成果进行综合的解释分析，确保探测成果的有效性。

参考文献

[1]《城市地下管线探测技术规程》CJJ61-2017，中国建筑工业出版社，2017.

[2]姜文青，超深管线探测方法探讨，地下管线管理（第77期），2010.

[3]洪立波 李学军.城市地下管线探测技术与工程项目管理，中国建筑工业出版社，2012.