地下综合管线实用技术研究-龚凯军

1、地下综合管线实用探测技术研究龚凯军1 （）摘要：地下管线材质和种类复杂，埋深变化大，探测时遇到棘手问题较多。本文以典型管线为例，针对这些问题，结合长期实践经验探讨相关方法的具体使用方式。地下管线探测中，主要依据其与周围环境的物性差异，选择相应的技术手段和方法。目前在市政金属管线探测中，常用的方法以电磁感应原理为核心；在野外的长输管线探测中，由于野外环境下干扰小，作业面广，可供选择的物探技术较多,如瞬变电磁等；而针对城市中的小管径非金属管线，则要利用多种手段获取空间位置。由于地下管线的隐蔽性，物探技术的多解性，更多的探测难题，还需各位同仁们共同研究与讨论。关键词：地下管线；电磁感应；瞬变电磁；A

2、bstract: The material and type of underground pipeline and cables is complex, and its depth is varies. So detection of underground pipeline and cables encountered more difficulty. In order to solve these problems, we put some typical pipeline as an example, combined with long-term practical experien

3、ce, to explore the specific use of related methods. The technical means and methods of underground pipeline and cables detection, mainly based on its physical properties differences with the surrounding environment. At present，in the municipal metal pipeline detection, the commonly used method is el

4、ectromagnetic induction. In the long-distance pipeline detection in the field, due to the interference in the field environment is small, a wide range of operations can be selected In the small diameter non-metallic pipeline, you have to use a variety of means to obtain space position. Due to the hi

5、dden nature of underground pipelines and geophysical multiple solutions, a series problems need we to study and discuss.Key words: underground pipelines and cables；Electromagnetic induction；Transient Electromagnetics；一 引言地下管线是现代城市重要的基础设施。随着城市的发展，地下管线在为城市居民生活带来便利的同时，也给城市居民的生命财产安全带来了隐患。建造智慧城市，将这些隐患的发生

6、概率降至最低，为管线探测工作者带了挑战，也创造了机遇。地下管线的属性信息，经过前期资料搜集、实地调查可以准确获得。而其空间信息，则需要在调查的基础上，进一步合理使用相关技术，获得符合相关规范的管线数据库。物探方法具有无损、准确、高效和便捷的优势，目前多种物探方法和物探技术已被应用于地下管线探测中。但物探技术也存在多解性和局限性，这些特点将会产生系统误差、甚至错误。因此使用物探技术时，一方面依据特定管线的具体属性、和场地的地质条件，另一方面也要辅助相关实地技术手段，才能使实际工作顺利进行。二 管线探测方法和原理由于地下管线与其周围介质在磁性、电性等方面的物理性质差异，便会形成各种不同的物理场分布

7、。依据该特征，可以选择适当的物探方法，经过数据采集、分析，便可确定地下管线的空间信息。可以选择的物探方法有电磁感应法、瞬变电磁法，地质雷达法、高密度电法及高精度磁测等。1 电磁感应法在地下管线实际探测工作中，电磁感应原理已得到普遍认可和使用，以此原理制造的相关探测管线探测设备，因其实用性和高效性已得到广泛运用。电磁感应法是探查地下管线的主要物探方法。依据地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异，分析研究电磁场空间分布规律，经过数据分析、反演，达到寻找地下金属管线的目的。通过发射机在发射线圈中供以谐变电流，称一次电流，从而在地下建立谐变磁场，称一次场，地下管线在谐变磁场的激励下形成的电流， 称为二

8、次电流，然后在地面通过接收机的接收线圈测定二次电流所产生的谐变磁场(称为二次场)，来推求地下管线的空间位置。图2-1 瞬变电磁探测原理示意图对管线加载信号的常用方式有直连法、夹钳法、感应法三种。2 瞬变电磁法在实际工作中，针对地下管线相关难题，采用瞬变电磁法解决。瞬变电磁法是在地面发射瞬态脉冲电磁场信号，在瞬态脉冲断电瞬间，近发射线圈的磁场最大，因此，在相同的变化时间的情况下，感应涡流的极大值面集中在发射线圈附近；同时，发射线圈附近感应涡流的极大值面产生的磁场最强，随着关断间歇的延时，又产生新的涡流极大值面，并逐渐向远离垂直发射线圈的方向扩散，扩散速度和极大值的衰减幅度与大地电导率有关。不考虑

9、其它因素，一般来说，大地电导率越大，扩散速度和极大值的衰减幅度越小。M.N.Nabighian把涡流极大值面扩散形象比作为“烟圈”，如图2-2所示，这是瞬变电磁测深的物理原理。图2-2 瞬态涡流极大值面“烟圈”式扩散原理示意图在其激发下，地下地质体中激励其的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场（二次场）。由于二次场包含地下地质体丰富的地电信息，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈观测二次场，通过对这些响应信息的提取和分析，从而达到探测地下地质体的目的。三 综合管线探测技术实例1 天然气管线的探测宁波某生活区的天然气管道采用无缝焊接方式。这种焊接方式的特点是：焊缝金属纯度高，气体和气体金属夹杂物少，

10、焊接缺陷少。因此在管线明显点用夹钳或直连方式加载信号，这种信号不会因通过焊缝而突然变化。在较远处都可以辨别出有效信号。在某小区主管道探测时，用直连方式加载信号，直到发射机信号稳定。然后探测组长手持接收机，寻找地下主管道位置，并沿着管线走向前进。在一定距离后、以及管线拐点、变深点处做标记。最终，探测到天然气管线调压箱的位置并且做标记。图3-1 天然气管道走向示意图每一栋单元楼前都有一个调压箱。天然气主管道通向调压箱，经过调压变径，从调压箱延伸出支线供给用户。图3-2 天然气支管道入户现场照片支线的探测：使用夹钳法，用测器夹钳在天然气入户处加载信号。然后手持接收机、分别测出入户支线和从调压箱延伸出

11、支线的交汇处，并且做标记。2 给水管线探测某厂矿生活区的给水管道是球墨铸铁管，且多采用螺纹连接。这样就产生了两个问题：球墨铸铁管的特点是，阻抗较高，且连接位置多用橡皮垫，导电性不好，一般电磁感应法信号不好。其次在螺纹连接，信号会突然下降接口较多、不利于信号追踪。图3-3 追踪生活用水主管道生活小区各类管线纵横，在追踪给水管时，如果信号衰弱，只靠提高功率来增强信号分辨率，会探测到相邻管线上，导致结果错误。在对上述问题仔细分析后。现场工作时，我们先找到小区主管道的接入口。用夹钳法：一头接到给水管阀门无油漆处，一头接地，发射机采用高频模式，发射机信号正常后方可开始探测。手持接收机探测主管道走向，并且

12、依靠地上的施工痕迹、管沟的走向判断探测的准确性。待信号减弱后，停止探测。将接收机移动到下一个明显管线点的位置继续探测。每个单元楼前面都有给水管阀门井。用直连法连接阀门，探测从给水管井分出的给水管支线，直到管线入户。主管线的深度确定。在用70%法确定主管道深度的同时，还需依靠阀门井、管沟、以及明显点的管线实测深度进行矫正。入户支管线埋深较浅，也可采用现场开挖的方式进行矫正。3 电力管线探测某老旧生活区范围内电力管线特点是：种类多，有高压、低压、照明，而且每种管线又经过多次替换改造；埋设方法多，沿管沟、穿草坪、直埋、管埋；敷设无规律；电力管线与其他管线交叉、平行，探测时，很容易偏离目标管线。因此在

13、探测时，首先，我们收集好高压、低压资料，并分析规律，确定探测范围和方向。以各小区变电室为起点，需找出管线从变电室出户位置。然后开挖，测量埋深，验证探测仪的准确性；之后将感应钳夹在开挖的电缆上，然后测出低压电缆的主要走向；并且继续开挖，寻找供应各单元楼的主电缆；继续用夹钳法，找到入户各分支。探测时，在各特征点处及时做标记。图3-4 开挖验证电缆探测深度图3-5 夹钳主电缆在测电缆时，不仅要用主动源探测，而且要用被动源验证探测走向的准确性。4 超前钻钻头探测在北京某工地，天津某施工单位在紧邻道路的小区内进行基坑支护施工。支护方式采用锚杆支护。钻机以倾角15方向，垂直道路打锚杆孔。经前期管线探测，成

14、功避开了道路上的市政管线。后来设计做了调整，要求再向西布置锚杆，施工方在布置锚杆孔时，钻探到一定深度遇到了混凝土块，怀疑是钻到了电力小室内。图3-6 超前钻钻头探测为了确定如何设置钻探参数，以避开电力小室。我们在外墙外，用管线仪对钻头的位置和深度进行了试测。将发射机至于墙内，使用值连法连接钻杆。发射机在小室边进行探测（如图3-6），发现沿着钻杆，并且垂直小室方向有明显信号。用70%法量测深度后，发现深度也在小室深度范围内。为了排除其他干扰，我们让钻机操作员收回钻杆，然后在相同位置试测。发现信号已经消失。于是我们断定，钻机打到小室边上，我们将所测的数据提供给施工方。施工方据此改变参数，再次施钻，

15、成功避开了电力小室。5 长输管线探测本次任务是探测浙江萧山某处的输油管线，要求在短时间内较精确的完成任务。经调查，输油管线直径0.6m；由于农场、河流、湖泊较多，埋设方式多采用定向钻穿跨越方式，各穿跨越位置之间的埋设方式为人工开挖。经过技术讨论，由于人工埋设位置较浅，首先采用电磁感应原理，管线探测仪器，确定这些位置的空间数据。根据这些位置，可以将管线的路由较精确的绘制出来。对于较深的位置，尤其是延管线方向没有纵深的情况下，我们采用瞬变电磁原理，等值反磁通瞬变电磁仪垂直管线方向做剖面。该系统创新地运用等值反磁通法消除收发线圈之间的耦合，有效地解决了浅层（地下0200m）电磁勘探的技术难题；利用对

16、偶中心耦合提高横向分辨率；采用统一标准的微线圈对偶磁源、高度集成的电路结构和高速的开关器件，实现大梯度线性关断，保证了每次关断的一致性，形成稳定的一次磁场和涡流。图3-7 电磁感应探测现场图3-8 电磁感应探测成果20151222PM 6线，地层主要为沙土含水，在11、12号点存在明显低阻向下展布，推测为燃气管道,推测埋深3.5m。经过CAD展点，发现异常在管线路由上。6 非金属管线调查非金属管线主要以污水管道，雨水管道为主，也包括空置或者废弃的管块、非金属套管等；材料多为砼，PE等。生活污水管道内排泄物较多，如果用管道爬行器或者管道内窥镜，不仅效率低，且浪费资源。而且在城市中，铁磁性物质较多

17、、干扰大、车流量大、作业空间有限，使用地质雷达也不能达到理想效果。针对这类管线，我们研究了相应处理技术并且付诸实践。首先，我们收集地下管道图纸资料，包括设计图、施工图、竣工图。这些资料不但为随后的探查工作提供依据，整体上提供管网构架，也是形成地下管线数据库的重要资料来源。在已有管道资料的基础上，全部开井，分析方向、量测埋深。测量埋深时，使用经校验的钢卷尺、水平尺、钢钎进行。管线调查的量测数据，埋深以米为单位，取位至厘米。调查的所有管线点均应实地做好标志，并用红油漆在点位旁注记点号，以便准确测定其坐标。调查地下管道走向时，针对疑难问题，在预判的基础上可以使用以下技术核实。第一使用锤击回音法，即一人敲击井盖，另外一人在预判方向听管道中是否有“嗡嗡声”传来。针对延伸不长的管道，可以将卷尺深入其中，不仅可以查看延伸方向，而且可以判断延伸距离，在调查管线预留口时尤为实用。最后一种技术，在所调查的管道中穿入钢丝，利用电磁感应中的夹钳法，探测方向和埋深。四结束语在探测管线时，工作人员不仅需要有扎实的理论知识，还需要丰富的经验判断。由于城市建设的迅猛发展，地下管线高度密集、高度复杂。这对如何取得准确的探测结果，为施工方提供科学可靠的依据，以进行管线的维护与管理提出了新的挑战。在各种复杂条件下、不同类型地下管线的探测过程中，我们要对各种已知情况进行认真分析，综合使用恰当的探测方法，排除各种干扰因素