深部地下管道探测技术研究

刘敏++胡臻荣++郑慧华

摘要：常规的地下管道探测主要是电磁法，电磁法无法准确探测埋深较大的地下管道。通过地质地震映像法、磁梯度法等物探方法相结合，得出较深管道的准确埋深和位置。且在工程实践中得到了满意的效果，值得推广。

关键词：深部管道；地质地震映像；磁梯度法；精确探测

1、引言

随着城市建设的快速发展，越来越多的地下管线错综复杂，管道埋设越来越深，特别是天然气和石油管道，针对高危超深管道施工都是极其危险的。然而随着天然气的普及，越来越多的天然气管道需要铺设，且在现实中有许多预埋管道要与现状的超深天然气管道交叉穿越。于是现状管道的精确位置和埋深现的尤为重要[1]。

目前常规的管道探测方法为电磁法，英国产雷迪公司的仪器较为突出。优点是操作简单，对于较浅的金属管线探测效果明显；缺点是抗干扰能力较差，对埋深大于5米的管道探测，误差较大，只能大概定出管道位置和埋深。所以常规的电磁法不能满足精度要求。通过地质地震映像、磁梯度法等物探方法综合对比运用，发现能精确探测出深部管道的位置和埋深。此方法大大的降低了针对较深高危管道施工的风险，为以后管道施工提供了技术支撑。

2、地震映像法工作模式

地震映像法探测的基本原理是利用不同介质的不同波阻抗值可产生相异的弹性界面，当界面两侧的弹性波速度和波阻抗差达到一定程度时， 地质地震映像勘探就能够取得不错的探测效果 。在土地表层利用人工震源进行激震时，激震点附近的土层产生弹性震动，形成弹性波，在地下传播的弹性波遇到不同弹性介质的分界面时（如地下金属管道与周围地层的分界面），会产生反射、折射和透射。根据地震波的传播特性，分析研究其传播规律，可以计算和确定地下目标体的位置。地震映像法的每一个记录道都采用相等的偏移距，且用该偏移距接收的地震波具有较好的信噪比和分辨率。地震映像法勘探工作原理如图1所示。简化数学模型如图2所示。

地震映像法计算公式： （其中： t为弹性波的双程走时，单位：ms；Z为反射点距离地面的埋深，单位：m；X为地震仪的收发距，单位：m；V为介质中弹性波的波速，单位：m/ms。）

图1中地震波形的正负峰分别以黑白色表示，这样就可以清楚地分辨出同相轴，即可判断出异常反射面，推测出地下异常体。

3、磁梯度法工作模式

孔中磁梯度探测可保证探测管道深度的可靠性，是一种精确的方法技术，也是一种有效的验证手段。一般情况下，非开挖地下管线属于强铁磁性物质，在管线的周围区域分布有较强的磁场，这就为运用磁梯度法探测地下管线提供了很好的物性前提。在实际探测过程中，先运用其它物探方法探测出地下管线的平面位置然后在其一侧钻孔，成孔后将空心塑料管放至孔中，而后将磁力梯度仪探头放至管内，从钻孔底部开始以一定的间隔依次往上测量各点的磁梯度值。通过计算分析磁梯度值的变化情况可以准确地推测出地下管线的埋深。

4、应用实例

目标管道是高压天然气管道（Φ810），位于杭州市。杭州天然气公司告知管道大致位置和埋深，由于预埋管道要与该高压天然气管线交叉穿越，因此该天然气管道与预埋管道交叉点位置和埋深需要精确探测。

4.1地质地震映像法探测结果

本次探测使用SWS多道地震仪，在垂直管道走向，布置长20米的测线1条，使用24道地震仪，道间距1米。地震映像法资料显示在第11-13道处出现明显的异常，同相轴呈弧形，推断为管道反应，见下图6。于是精确测定了高压天然气管道的平面位置。

4.2磁梯度法探测结果

在确定高压天然气管道的初步空间位置后，在精确探测点垂直管道方向0.5米处，采用负压成孔法，在地面开一口径7cm的小孔，磁梯度仪器放入孔中，根据磁梯度值的变化，精确测定管道的埋深。图7中，在地下8.4米处磁梯度剧烈变化，确定为金属管道。从而确定了管道的埋深。

5、结语

地质地震映像法能确定管道的平面位置，磁梯度法能确定管道的垂直埋深，于是得出了管道的平面位置和埋深，平面位置在地面用PVC管做好记号，管道顶部埋深为8.4米。为了验证所测结果的准确性，在管道平面位置的正上方，开一口径7cm的小孔，采用负压成孔法，孔深达到8.35米时发现管道，绳子的一头绑好吸铁石放入孔中，当吸铁石到孔底时吸住管道。从而精确的确定了管道的空间位置。

因此此方法探测地下管道，地面位置和埋深的误差在10cm以内。传统的电磁法探测地下管道对于埋深大于5米的管道探测结果误差较大，不能为施工提供很好的服务。地质地震映像和磁梯度法相结合能解决施工中遇到的很多难题。

采用磁梯度法需要满足的条件是管道为金属。地质地震映像需要满足的条件：①管顶埋深大于3米，埋深较浅，反射波容易被面波直达波掩盖。②管道直径大于600mm，管道直径太小反射波不明显。

参考文献

[1]候征，王天意，宋洪伟.RD4000仪在地下管线探测中的应用[M].科技论坛，2013：64～65.endprint