综合物探技术在地下管线探测中的应用

王慎利 尹纪超

山东正元地球物理信息技术有限公司 山东济南 250101

地下管线是城市中的配套设施，是辅助城市可以更好、更安全、更高效运转的设施。随着城市的扩容速度越来越快，一些地下管线敷设的也越来越复杂，而管线的复杂致使其探查、修检等工作也加重了不少的负担。特别是一些非开挖技术大量使用，导致管线埋深普遍较大、而管线标高的波动也变得非常剧烈，使探测精度难度大大增加。为了保证地下管线的安全，就必须使用综合性的物探技术，这样才能获取更多精确资料，为后续的工作提供强力支持。

1 地下管线的类型与探测特点

地下管线的类型主要包括以下几种：供水、燃气、电力、通信、工业等管线和其他配套设施，这些地下管线保障着城市正常的运转。地下管线按照物理性质可以分为三种：（1）金属材料管线，如钢、铁等材料制成的金属管线设施；（2）电缆设备，由铜、铝制成的电缆设备；（3）由陶瓷等材料制成的非金属管线，如工业管道等。地下管线探测的难点：（1）环境的问题，通常情况下，管线都被埋设在地下，所以其环境是复杂的。特别是在繁华的街道、工厂等复杂环境下，这些地区的探测会因为环境的复杂而增加探测难度，一些常规探测手段探测不出这些管线状态。（2）种类的问题，现今的城市地下管线种类繁多，各种铺设方式、型号五花八门，甚至有的还会出现信号干扰的问题，会增加探测难度[1]。（3）探测器的问题，如果探测器不能符合探测需求，就完成不了相应的探测，如没有抗干扰能力等。

2 几种常用的物探方法

2.1 电磁法

这种方法的特点是使用简单、精准度高，而这种方法简单来说就是通过电磁的感应来探测管线。基于这种方法的特点，所以在探测金属类管线时常常用电磁法来探查管线。电磁法的基本原理是：利用金属管道和电缆在一次电磁场的作用之下，产生感应电流，而在管线周围就可以产生二次电磁场，我们可以通过二次电磁场给定的信号强度与分布态势来判定金属管线的位置。虽然电磁法看起来比较强大好用，但是它并不能测试所有的金属地下管线，只有管线长度远超埋深时才可以使用，或者地下管线与周边管线有着明显的电性差异也可行[2]。

2.2 探地雷达法

在1904年一个德国人尝试用电磁波信号探测地面金属的物体，这便是探测雷达的雏形；而在1910 年，又有两名德国人在一项专利中明确提出了雷达的概念，用埋设在一组钻孔中的偶极天线可以探测地下相对高导电性的区域。随着现代的电子技术应用越来越深入，人们对电磁波的认识进一步的加深，地质雷达的应用范围从低耗的介质逐渐扩大了自身的探索范围。探地雷达是一种高端科技仪器，被大量使用在机场路面质量检测、隧道、地下管线等方面。这种方法可以利用一个，天线发射高频、宽频带电磁波。地质雷达的基本原理：电磁波的反射原理，也就是说这种方法比电磁波更加有效；而组成的部分是发射结构与接收结构。该方法的工作流程：首先用发射部分发射电磁波穿透地下的介质然后介质给接收部分反馈相关数据。穿透的深度是由介质中的介电常数和电导率决定，少数情况下也可以使用透射，如层析成像等。常见的介质有水、空气、雪、石灰岩等，探地雷达有一个非常明显的缺陷，就是雷达使用的电磁波主要是在非理想介质中传播，所以该电磁波的传播速度会衰弱的非常快。要想知道雷达方法是否可以用于广泛的地质环境中，就需要了解环境的电特性，而决定电特性的重要因素之一就是水。在开始使用天线时，需要注意如果是RTA 天线，收发天线需要顺向排列，对于非常浅的浅层物质无法进行探测。

2.3 磁梯度法

前两种方法，电磁法、探地雷达法这些都是针对于埋深较浅的管线而使用的方法，磁梯度法是针对埋设很深的管线常用的探查方法。磁梯度法是指用钻孔的方法把磁力梯度仪器下放到钻孔内部。在实际的观测中，我们通常可以使用梯度值来反应曲线的变化情况。通过磁场强度的变化，我们可以发现地下是否有金属物体，这样我们也就可以确定管线的位置。磁梯度法的原理：我们可以认为地球磁场，是一个在地球中心的物体，并且还是一个与地球自转轴斜交的磁偶极子。但是在地球上，到处都有磁场，并且还会随着时间的变化而变化。在探查大埋深管道金属管道时，这些管道都是一些强铁磁性物质，所以在周围都有一些磁场存在。通过使用磁梯度法，我们发现在接近金属管道的钻孔内，梯度值随深度会有异常剧烈的变化。磁梯度法的探测流程：（1）确定管道大体位置：方法是根据已有的管道资料划分管道的大致走向，并在现场进行标记；（2）布置探测断面：在确认好位置后，根据已有资料、垂直管道的走向来确认探测断面；（3）钻孔：按照一定的规则布置钻孔，然后开始下套管，把空心的PVC 管下放在钻孔中，管径需要能够让磁梯度仪器顺利进出，并在接头处安装无磁性的螺丝进行固定，从而避免探查受到干扰；（4）磁梯度探查：在下完套管时，需要把探头放入PVC 管中，然后按照一定的标准开始探查工作，然后将取得数据绘制成曲线图，这样就能更加简便的分辨管道的埋深等信息；（5）孔位与孔口标高的测量：当所有的探查工作结束就可以进行孔位和孔口标高的测量了。在使用完该方法后，还可以使用触探法进行二次探查，以便可以更加精确判定管线的具体情况。

3 结论

首先对地下管线的种类，与探测的难点进行了分析，然后针对于物探技术进行了详细的阐述。如今城市化的加快，使得城市的相关配套设施猛增，但这些配套设施的检测、修缮问题得不到很好的解决。所以面对现今的复杂环境，我们需要使用更加先进的技术、更加有效的方法，来对地下管线进行综合性的管理，而要想实现综合性的管理，就需要多种方法对管线进行积极的探查，只有探查到了全面的资料，我们才能依据这些资料，整理出相关的管线改善方案。