复杂地质条件下地下金属管线探测方法研究

刘小力，陈晓林，陈 芹

（1.江苏国衡中测土地房地产资产评估咨询有限公司，江苏 南京 210012；2.湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

目前我国城市正处于告诉发展时期，城市化程度越来越高，对城市地下空间的开发不断加深，地下设施也愈加密集，地下管线构成了一个错综复杂的网络。已成为城市结构的血脉，是我国社会经济的生命线，在城市中占据着至关重要的地位。是人们生活发展的基础，它可以给城市的各方面运作提供保障，不仅维持着人们的幸福生活，还保证了现代化城市的高速运转。因此，在目前的城市化进程中，对于作为其基础设施的地下金属管线进行科学、有效地探测具有重要意义。它既影响到城市地上与地下工程的建设，还和人们的平时生活形影不离。但由于城市中的地质条件复杂，地下金属管线种类较多，形状也各不相同，对探测方法的完善与应用非常重要。

1 进行地下金属管线探测的必要性

地下金属管线根据使用功能的不同分为很多种，主要包括给水管道、热力管道、工业管道、燃气管道等金属管道和通信管线、电力管线等金属缆线。地下管线体系在整个城市化进程中扮演着十分关键的角色，并且也代表了城市的发展，在城市的基础设施建设中是关键的构成要素，地下管网的建设水平能在很大程度上体现一个城市的发展建设的水平，可以说地下管线就是城市的血管和经络，对城市的发展建设具有重要的意义。目前随着城市的发展，城市地下的管网系统已经越来越复杂，因此对相关的探测技术也提出了更高的要求，但是从整体上来说，目前很多城市只是注重对地上基础设施的管理，而往往忽视地下金属管网的管理，因此目前城市地下金属管网的管理还是相当粗放的，这就导致地下金属管线探测工作始终得不到有效地开展，档案资料也不齐全，对城市的发展规划造成很大的影响，因此就需要加强城是地下金属管线探测，建立完整的档案，从而促进城市的发展建设。另外，为了在复杂的城市管线网络中实现准确高效的探测，还必须对现代的地下金属管线探测技术进行有效的改进和灵活的使用，从而保证探测的效率和准确性。

2 城市地下金属管线探测基本原理

如何准确探测出城市地下金属管线探测的位置与深度是探测工作的核心问题。目前主要使用电磁感应法对金属管线进行探测，其主要工作原理是：由于地下金属管线的导电性、导磁性与其周围的介质存在一定程度的差异，因此按照电磁感应原理可以分析与研究探测区域的电磁场时间和空间的分布规律，进而计算出地下金属管线的平面位置与埋设深度。在探测地下金属管线时，金属管线在被动或主动的激发场源的谐变电流的作用下，管线中会出现二次电流，进而在其周围形成二次谐变磁场，利用地面接收机接收并测定该磁场时间与空间的分布规律，便能分析并计算出该管线的位置与深度。由此可知，地下金属管线探测准确度取决于其与埋设附近的介质的电性差异程度，差异越大，结果越准确。

3 城市地下金属管线探测与管理技术中的常见问题

3.1 设计规划与监管工作是合理性和有效性不足

目前，大多数的设计规划单位在规划城市时通常只关注地面上的设施设备，而常常会忽略地下的工程建设，并且也未去重视工程施工的建设和审批等阶段，减少了工程施工的监督与维护工作的费用支出，以至于使得在某个城市埋设地下金属管线时，并没有在设计方案与及监管工作上实现合理性和有效性，进一步影响地下金属管线的施工建设工程。

3.2 管线的属性选择不正确

开展地下金属管线探测时，如果在管线的属性选择时出错，会出现探测不准确或者探测不到等问题。属性选择错误主要体现在以下三个方面：①作业人员掌握的管线知识不充足，不了解管线的各项属性，因此在探测时容易出现对管线属性的误判；②在探测复杂的地质中埋设的管线时，我们可以依据外部资料判定出管线的属性，但是不易被探测设备识别出来，在后期数据处理时容易出现属性选择的错误；③有些城市地下金属管线埋设年代久远，埋深较大，使得管线与周围介质的差异性非常小，使得探测设备难以探测识别，进而无法判定管线的属性。

4 复杂地质条件下地下金属管线的探测技术

4.1 近间距并行式地下金属管线探测

在城市地下金属管线设计施工过程中，会出现多条管线埋深和走向基本一致的情况，同时这类管线间的间距会小于两倍的管线埋深，这种管线被称为近间距并行金属管线（以下简称近并式管线）。城市化的不断加快与加深，使得地下管线的数量不断暴涨，而目前城市地下空间开发程度低，可利用的空间越来越少，便会出现大量的近间距并行管线，并纵横交错地分布在城市的每一处。由于近并式管线的管间间距非常小，且分布形式多样，在探测过程中的电磁场会出现相互感应、叠加现象，进而产生强烈的干扰信号，加之城市交通环境、商区及工业空间电磁场等各种因素的影响，使得探测设备接收到了大量的不确定的干扰信号，大大降低了管线的探测精度。

在近并式管线探测过程中，可以利用夹钳法对目标管线夹钳电圈，使得目标管线产生谐变磁场，进而产生二次电流，这样接收机可以接收到更强烈得信号。也可以使用直接发法，对管线外露处直接对其充电，使得电流能够沿目标管线流动，同时利用地面接收机接收电流信号，进而确定出管线的位置与埋深。

4.2 物探技术的应用

由于时间的推移，我国的科学技术水平在持续的优化与进步，再加上对于城市的地下金属管线探测方法的标准也在持续升高，所以，我国在施工过程中运用到了物探技术，并逐渐普遍地使用在各个区域的地下金属管线探测施工任务中，再加上有关人员改进了物探技术的实施功能，能够进一步应用在地表温度检测、浅层地表震动、电磁感应与高精准性磁场等环节，并且持续的深入研发与优化，极大地增强了在对城市地下金属管线进行探测时的工作水平和成率。

4.2.1 作业的时候干扰压制

（1）对于一些不太好处理容易测算错误的干扰，要先处理已知的，容易处理的干扰，然后再处理未知的，不容易处理的干扰。先用特定的方法，对容易处理的线缆进行勘测，然后对受到严重干扰、在比较深的位置的管线进行位置测算，对于出路露件良好的地方，也可以运用感应法，把发射机放在选定的管线上激发，这样可以大大提高管线探测数据的精确性。

（2）要是被间断的电磁所干扰，最好选择其他勘察点来避免。间断的干扰涵盖了水泥路面之下的钢筋网，在进行探测时应该将接收设备增加到相应的高度，主要是为了降低或避免钢筋网中形成的干扰信号，可是需要修改探测的深度。

（3）在脉冲型的电磁干扰当中的形成因素通常是由车辆等导致，因此在进行探测施工时，最好与车辆行驶的高峰期间错开，并且要想较好的实现照明功能，应该在施工条件安全的前提下采用夜间施工的方式。

（4）对高压电网造成的干扰性进行探测的最优途径是直接法与夹钳法，利用加大激发功率的方式，来缩短收发距，进而突显出目标管线中电池信号，进一步实现压制工业游散电流的需求。

（5）而要是属于被隔离栏、金属护栏所干扰，就需要将接收机增加到相应的高度，确保末端或顶部的线圈与栏杆中的横栏具有一致的高度，主要是因为此时的金属护栏产生的干扰信号非常小的，可以降低干扰性。

4.2.2 探测上下重叠的管线

（1）钢、铁等管道的叠加：使用电磁法寻找叠加的钢铁之类的管道，认真判断管道的叠加问题，找到其位置，测量叠加在一起的深度。

（2）钢铁等与塑料之类管道的叠加：这两类管道的性质不同，可分别采用电磁法和探地雷达、开挖等手段，分别对钢铁管道和塑料之类的管道进行测量。

4.2.3 探测纵横交叉的管线

勘察时可以运用电磁法，电磁法又包含很多可以用来测量此类管线的子方法。如果管线本身就能发出一些特殊的信号，就是用无源法，如果电力管线和不同的管线交叉在一起，用50 赫兹的电力自己发出去的信号，来测算出管线的数据；遇到通信管线和不同管线交互平行，要使用电信本身的特殊的信号，来算出电信网管的相关数据；如果线管不能发出特殊信号，就运用有源法，使用正确的方式来测量这类管线。

4.2.4 探测超深地下管线

在城市的某些地区增加管线，会被地理条件与生态环境所制约，因为不能实施开挖埋设的方式，就只能通过非开挖的方式进行敷设，对于这种管道的埋设是采用的两边较浅而中间较深的形式，要是有管线在上面，探测工作将会变得十分的艰难。对于这类情况，不同的实地地球物理条件和钢管材料，应该相应的采用不同的方法实施探测，在金属材质的管道线路中，毫不例外的就是通过直连法里的单端连接与夹钳法，要是管道线路的埋设太深，穿过的地质情况复杂并且距离太长，就会随着探测距离的增加减弱信号，此时就得增加性噪比、提升发射功率，采用最大值法、数值为零法等来分析比较管线的数值。

4.3 隐蔽状态管线的探测技术

隐蔽管线测量主要是排水管道、电信管道以及金属管线。其中给排水管线采用的大多数都是非金属混凝土管线，在测量时需要先进行开挖，通过地质雷达来检测管线的底端，收集到准确的信息后才能够进行开挖。对于给排水平面管道的探测来说，尽可能选择感应法进行测量，能够收集到管线剖面信息。电信管道是隐蔽管道中最为重要的一项探测工作，在具体探测管线期间，实施得最多的方式就是夹钳法，而在规定平面位置时就应该采用中心修正法。对于金属管线的探测方式同样运用的是直连法、感应法与夹钳法，在有必要时还能通过极小值进行辅助测量，进一步将平面定位确定下来。

4.4 明显管线点的探测

在具体探测城市地下金属管线时，对于明显的地下金属管线点可以选择利用直接测量法。在探测过程中应用到的所有设备和仪器都需要提前进行检验，确定设备仪器符合规定的测量标准后，才能够用于地下金属管线的探测过程中，其测量精确度需要到厘米。接着还需要进行实地核查，全面的记录各种测量数据，探测工作技术后需要将数据列举出来进行统计和归纳。

5 结语

由于我国的具有非常复杂的地质条件，并且不同地段的物理特性差异显著，因此需要持续的提出有效的探测方法来合理的应对地理问题，并经过不断的实验改善地下金属管线的探测方法进一步使用。另外，在将城市地下金属管线信息数据库的内容完善之后，也给城建的前进道路提供了帮助作用，给减少城市灾害降低事故发生率制定措施。总的来说，在复杂的地质条件中，通过管线探测技术能够展现出城市建设的重大意义。因此在方法实施过程中，应该根据地下金属管线的探测需求入手，了解管道的差异特点，采用恰当的技术类型，合理选择探测装置，规范行使，从而保证探测结果的精准性，给城市建设管道维护等工作提供参考。