基于复杂条件下地下管线探测模拟方法的探讨

陈佳才 ，周 涵

（1.惠州市住房和城乡建设局，广东惠州 516000；2.广东省南粤交通潮漳高速公路管理中心，广东潮州 521000）

0 引言

当前针对城市地下管线探测的研究很多，并取得丰富的研究成果。但伴随着城市步伐的逐渐加快，之前的地下管线模式已经满足不了当前的发展需要，所以，需要地下管道模式更加多样化，这样才能够使城市得到较为快速地发展，就需要对地下管线进行有科学性的规划，从而建立较为完整的地下管线体系。

1 地下管线探测的基本原理

电磁法是地下管线探测最常用的方法。地下管线和所处环形环境中介质的导电性和导磁性具有差别，基于这个特点，再通过使用电磁感应原理，对目标进行观察以及对管线周围电磁场的空间分布和时间分布进行有效测量，从而找出目标管线的比较精确地位置。在进行作业的时候，主要通过磁场的激发，让管线产生较大的电流，管线一产生电流，与此同时就会出现相同频率的电磁场，这个时候，就可以通过使用相关仪器对磁场的分布规律进行有效探测，从而找到目标管线精确地位置。但是如果想要得到目标管线的准确位置，一定要满足以下几个基本条件：①当用磁场激发管线产生电流的时候，管线所产生的磁场可以被相关的仪器接收到，并且可以比较清楚地根据接收到的信号进行计算；②激发出来的管线的电流最好能较少的对测量结果进行干扰；③使用的仪器最好能够足够先进的发射和接收信号。探地雷达的工作原理就是通过高频电磁波来探测地下介质的分布。

2 地下管线探测模拟的主要影响因素

考虑到城市地下的地貌存在一定的差别，所以，在进行探测模拟的时候并不是理论上说的那么简单。除了上述说过的一些因素的影响以外，不同的空间也有不同的影响因素，所以，这给探测过程中得到准确的数据和图像带来一定的难度。因此，要进一步分析在探测过程中所受干扰的原因，尽量降低甚至避免干扰因子的影响。①对目标地下管线而言，其周围介质的介电常数有较大差异；基于此，当管道与周围介质的差值越大时，反射系数也就越大，得到的图像也就越清晰；②由于在进行地下管线填埋的时候，一般都是在目标位置进行挖开地面填埋，所以，这就使得挖开的那一部分区域的土地的结构与周围土地结构产生的差异。从而导致介电常数和电导率的差异也不一样。这对于在探测的时候的目标管线的识别也产生的一定的干扰。因此，在对于目标管线进行探测的时候，应该通过查阅资料或者运用探测手段得到目标管线的所用到的材料、规格，以及当时填埋目标管线所用到的方式，这为目标管线探测的时候排除这些因素的干扰提供一些数据支持。

3 复杂条件下城市地下管线探测模拟方法

早在20 世纪90 年代以来，城市地下管线已经逐渐在全国各地开始普查推广。因我国的地质情况复杂，物理特性差异大，所以不断提出相应的探测方式来针对性解决地理问题，不断实验探测，实现了我国地下管线从初期简单应用至物探和定位探深的发展。在地下管线探测技术应用阶段有了突破性的进展，并且探测仪器水平也有了一定的发展，找到了以地下管线探测定位仪为主的简便经济的物探方式。开始关注专业探测队伍的进步，地下管线探测技术得到应用和发展。不断填充城市地下管线信息数据库内容，对城市建设发展起到重要的作用，也是预防城市灾害减少事故必不可少的功能性措施。

3.1 近间距并行管线的探测模拟

我国随着城市建设加快，地下管线的分布越来越密集。为了节省空间，所以一般地下管线在埋的时候都是平行埋的方法，所以这就给探测的时候带来的相应的困难。具体来讲，就是由于地下管线密集程度加大，管线与管线之间的间距变得越来越小。这个时候进行测量，异常曲线经常呈现的是单峰状，这个时候是无法通过峰值确认地下有几个管线的。在管线与管线距离稍微大点的时候，虽然产生多个峰值，但是峰值与峰值是不对称的，这样也无法确认管线到底有几条。所以为了能够精确的测量管线，减少非目标管线的干扰，可以用以下几种工作方法。

3.1.1 直接法

金属管道一般采用直接法。利用管线中暴露在地表的部分，向管道中直接充电。充上电后，改变线路电流方向。

3.1.2 夹钳法

针对城市地下管线复杂情况，采用夹钳法进行分析。夹钳是电磁感应法中比较重要的一种方法，采用夹钳可直接套入管线内，产生相应的谐变磁场，实现管线间的耦合，可有效地构建完善的处理机制和管理效果。值得注意的是，这种情况下产生的电流结构需要借助于磁场测定来确定地下管线的实际位置，特别是对其地理位置进行标注和分析，开展切实有效的地下管线探测，可以在提高探测精度的基础上，保持探测技术的整体水平和应用价值。

3.1.3 水平、倾斜和垂直压线法

在进行管线作业的时候，直接法和夹钳法可以减少外部非管线的干扰。在这个前提下，就可以运用水平、倾斜和垂直压线法。水平、倾斜和垂直法就只利用在进行操作的时候，发射机的水平线圈不会激发管线产生干扰因素。这样就可以达到突出目标管线异常的目的。

3.2 各类非金属管线的探测

随着高科技材料的产生和应用，地下管线的材料的种类也多了起来。以前大多数使用金属管线，现在有些非金属管线取代金属管线。但是在进行管线探测的时候，一般的探测仪对于非金属管线起到的作用不大，虽然有非金属管线的探头，但是由于对于管线的探测要求的是比较精确的位置，而非金属管线的探头探测的结果不能够满足或者不能满足对于数据或者画像的分析，所以，一般对于探测非金属管线使用的是雷达探测。

3.2.1 感应法

针对复杂条件，城市地下管线探测过程较为困难，依据感应法的具体要求能提高地下管线位置判定的准确性和完整程度，一定程度上提高地下管线探测技术的实际应用水平和运行效率，实现操作流程的完整性优化。目前，应用较为有效的技术结构和测定方式分为三种：①水平压线法。这种机制主要应用在干扰管线的正上方，能有效保证干扰管线不会被激发或者是弱激发，能有效应用在探测间距较大的平行管线结构中，并且维护整体效果；②倾斜压线法。这种压线处理机制更加适用在近距离平行且管线水平压线效果不明显的情况下，能有效满足实际需求，提升技术管理水平和控制措施，维护感应机制的完整程度；③垂直压线法。主要时间发射机的位置设定在干扰管线的水平方向，从而确保压制干扰管线的处理效果最优化，也能使用在上下重叠管线结构中。特别要注意的是，垂直压线法必须要提供垂直压线的条件，只有满足相关要求，才能从根本上维护整个系统的完整程度。

3.2.2 雷达法

在地下管线探测技术中，地质雷达法也被称为探地雷达法，借助其自身的探测优势和特征应用较为广泛，在实际操作过程中，要借助电磁波和介质对传播路径进行分析，集中整合实际操作和处理路径，一定程度上完善变化分析效果。但是，地质雷达会受到一些因素的影响，需要技术人员予以重视。首先，地下管线周围介质材料会对介电常数产生差异化影响，只有保证反射系数较大，才能获取较为清晰的图像。其次，管线的周围介质一定要保证均匀，借助挖沟回填的方式进行处理时，若是不能有效管理回填土和原土层结构，就会出现介电常数和电导率失衡的问题，严重影响目标管线的识别效果。基于此，要在管线探测的过程中，全面了解目标管线的相关参数，尤其是规格、材质以及具体埋设情况，从根本上确定连续性以及干扰随机性，有效分析识别效果和波形特征，从根本上提高地下管线探测技术的应用效果。

3.2.3 高密度电法

通常来说，在采用高密度电法的使用过程中，主要的是面对几十或者是几百根电极进行技术测定，技术人员通常需要较多的专业仪器对其数据进行有效的控制，并且重点对处理的效果和采集的水平进行有效整合，维护地点断面图的实际水平，保证监测抗干扰能力的最优化。

4 结束语

随着城市地下管线的建设越来越密集，地下管线所用到的材料的种类也越来越多。尤其是对于非金属管线的应用越来越广泛。虽然雷达探测在一定程度上可以解决这个问题，但是，对于复杂的城市地下管线来说，因为干扰因素太多，很难做到精确的测量。所以，应该加强地下管线探测模拟方法的研究和发展使探测精确度等方面有进一步提高。