磁梯度技术在管线探测中的应用要点分析

闻广斌

（上海旻悦勘察设计有限公司，上海 200135）

0 引言

在城市化建设中，对基础服务设施进行完善很有必要，尤其是地下管线项目。在城市地下管线设计与施工前，需要对现有管线进行探测，以往探测技术虽然能够获取地下管线布局信息，但是对深埋管线而言，未能准确及时获取平面布局和深度等数据。现阶段，基于磁梯度技术进行调整成为大势所趋，这样做可确保复杂、深埋管线得到合理探测。技术应用过程中，为达到预期目标，相关人员需要明确技术原理并分析具体应用优势，利用多样化方式，确保磁梯度技术在管线探测实践中得到高效应用，解决以往探测技术应用不足的问题。

1 磁梯度技术原理

地表不同位置往往对应不同磁场强度，在没有外力干扰的情况下，磁场强度分布均匀，如果有铁磁性物质存在，其周围将出现异常情况，而决定异常情况明显程度的因素，通常是铁磁性物质所处位置。这便是磁梯度法被提出的背景。

磁梯度法的依据是磁场数学理论，通过对铁磁性物质所处区域磁场分布特征与变化规律进行研究，得出相应结论[1]。由于金属管线属于铁磁性物质，其周围必然存在磁异常情况，随着铁磁性物质和磁探头距离不断缩小，异常信号强度将逐渐减弱，最终消失。基于此，利用磁梯度法对金属管线埋深进行探测是大势所趋，而探测效率和结果精准度，通常也可得到相应的保障。

在实际施工时，磁梯度法往往被用来对钻孔进行定位。非开挖管线的特点是埋深较深、内部信号弱，要想最大限度提升探测精准度，关键是要做到地下钻孔，即：在探测区域对孔位进行布设，待钻孔作业结束后，由专业人员对孔内磁异常进行观测，确定管线位置与平面分布情况。对靠近管线中心的钻孔进行探测，通常能够得到变化幅度较大的曲线如图1 所示，如果钻孔和管线距离较远，探测所得曲线往往相对缓和。除特殊情况外，曲线最小值、曲线最大值所对应位置间，便是管道中心所在，这点需要引起重视。

图1 异常点剖面

2 磁梯度技术应用优势

近年来，非开挖技术逐渐走向完善，非开挖地表成为管道施工首选的敷设方法，该方法将管线埋设控制在3～20m 范围内，即便管线距离间隔较长，仍然能够确保无露出点存在，虽然这样做可提高项目整体性和美观性，却也带来探测难的问题，原有探测技术能够发挥的作用有限。另外，一部分专业管线需要严格按照施工要求增加埋深，在对道路进行回调后，由于路面高度增加，后续探测难度也会大幅增加，原有技术能够探测的范围和距离，均不支持其对专业管线进行探测，更新探测技术成为大势所趋[2]。

现阶段，在不同领域得到应用的管线探测技术，主要有地震波法、电磁感应法和地质雷达法等，而相比于上述常规技术，磁梯度技术具有更为突出的优势，具体表现为：①穿透性极强，可有效消除路面高度增加或其他突发情况带来的不利影响；②探测灵敏度相对较高；③环境因素给探测作业所带来影响有限，在大多数情况下，均可以做到忽略不计。正是这些优势的存在，才使磁梯度技术被广泛用于探测深埋管线的领域，所取得成绩也极为瞩目。

3 磁梯度技术应用要点分析

下文将以某项目为例，对应用磁梯度技术探测管线的要点进行分析与归纳，供相关人员参考。

3.1 项目情况

昆阳北路的宋长滨桥需要对电力拖管进行新建，施工区域已敷设管线为直径20cm 的煤气非开挖管线，如果盲目施工，极易使管线损坏，不仅会给周围居民的生活带来不便，还会使其财产和生命安全受到威胁。基于此，施工单位计划先派专业人员前往现场，通过踏勘的方式，对实际情况加以了解，再拟定施工方案。第一步，由施工单位联合管线单位进行交底，明确现有管线类型和其他参数；第二步，由于探测需要使用钻孔机，部分绿化被破坏的情况无法避免，因此，施工单位应协调有关部门，对绿化进行搬迁，尽量减小钻孔作业给环境带来的负面影响；第三步，确定施工方案，在预估管材的基础上，逐一落实其他准备工作，例如，调配钻孔机。

3.2 管线探测结果

本项目探测煤气管线时钢管非开挖管线，要想使管线深度及位置得到精准探测，工作人员应对磁梯度法加以应用。专业人员提前布设的24 个孔位（如图2 所示），共有10 个孔位能够探测到煤气管线，探测结果如图3 所示。

图2 孔位布设情况

图3 探测结果平面

3.3 操作要点分析

3.3.1 剖面的测量

探测地下管线时，工作人员出于提高探测效率及精准度的目的，通常会将测量剖面放在第一步。对剖面进行测量的流程如下：先沿剖面方向对长度可调测量线进行布设，确保测量线和管线延长线垂直，再对管线方向、埋深等因素加以考量，对测量线间距进行确定。

一般来说，如果测量管线平直，工作人员可将间距设为100m或100m 以上。如果管线埋深较浅，则要酌情减小间距；如果管线埋深较深，只有增大间距才能保证测量有效性。在某些情况下，工作人员还可以选择在某条剖面上，对间距不等的多个测量线进行布设，通过增加管线两侧点距及上方点距的方式，确保探测所得曲线完整，探测效率和精准性自然能够得到保证[3]。

3.3.2 钻孔的定位及校准垂直度

在正式进行钻孔前，由专业人员利用全站仪确定并标注极坐标，在拟定钻孔点的基础上，按部就班的完成后续环节。研究表明，要想做到精准探测地下管线，前提是保证钻孔垂直，工作人员可以借助全站仪对直角加以确定，将其视为判断并校准钻杆垂直的依据，通过实时监测的方式，保证钻杆始终具有理想的垂直度。由管线单位交底可知，本项目探测区域电力/煤气非开挖管线数量仅为1 组，这也表明探测工作的重点是确定电力管线位置，为孔位布设提供参考，确保钻孔区域和管线存在一定距离，避免管线被破坏的情况出现。另外，还要大致确定煤气管线位置，为日后布孔钻探等环节的顺利开展提供支持。

3.3.3 钻孔施工

工作人员以施工现场情况为依据，将钻孔方案拟定如下：在煤气管线垂直方向进行钻孔，每侧钻孔数量为3 组，每组钻孔数量为5 个，每孔深度控制在15m 左右，相邻孔洞距离以30cm 为宜。在探测区域，由专业人员利用钻机进行钻孔，尽量将孔位布设在障碍物附近，通过套管的方式，为孔壁提供全面保护，确保探测结果能够对障碍物情况进行明确且准确的反应[4]。在开展钻孔作业时，如果探测区域情况不明，工作人员应严格控制钻孔速度，一旦发现存在阻力，立即停止持续施压，基于水冲依靠钻头自重，对管线属性进行感受，若钻孔区域有障碍物存在，工作人员需要停止钻探，在邻近区域重新布设孔位，这样做可以有效避免钻机损坏管线等问题出现。打孔后，及时利用高压水对孔洞进行反复冲洗，防止打孔机碰到管线，导致管线防腐层及管线本身被损坏。

3.3.4 下套管及磁梯度的探测

在完成钻孔环节后，由磁法物探组人员，利用磁梯度法进行探测作业。前期准备阶段，工作人员需要根据孔洞直径对PVC 管进行安置与封闭。在下套管时，工作人员应不断注入清水，这样做可以有效避免PVC 管上浮。除特殊情况外，工作人员均要利用无磁性螺丝，对PVC 管接头进行固定，为探测所得数据的有效性提供保证。其次，经过钻孔口，将磁梯度探头伸入孔底，待准备工作告一段落，方可启动检测仪，由检测仪对数据进行自动检测与记录。此时，工作人员的任务是将探头由孔底匀速拉升到孔口，确保相邻测试点距离均为10cm。再根据检测仪所记录数据，依次比对管线所处深度和实际位置。最后，采集探孔、探测点坐标，供日后内业整理。

3.3.5 孔位及测量孔口的标高

等到探测作业结束，再由专业人员结合断面钻孔预期标高，对设计断面逐一进行探测。为接下来的异常数据处理等环节提供便利。

3.3.6 异常数据处理

工作人员经过探测获得现场资料后，还要对探测所得异常数据进行分析和解释，通过推测的方式，明确场源分布的大致形态，真正做到以异常点为切入点，充分利用已知物理和地质条件，对干扰进行有效消除，使地下管线分布情况得到更加直观的呈现[5]。

在处理异常数据时，工作人员应将重心放在定性解释、定量计算方面。前者以干扰因素彻底消除为前提，先根据数据资料提炼相关规律，再对地下管线引起异常情况进行识别，从而达到全面了解管线走向及埋深的目的。后者则需要工作人员以科学计算方法为依托，通过计算得出管线位置、埋深等参数。

4 结论

通过本文的分析能够看出，地下管线稳定运行至关重要，加强管线探测技术应用是城市地下管廊建设的关键环节。本文研究了磁梯度法，即在一定距离范围内通过监测地磁场强度变化量，实现测量地下管线目的。但是，在具体探测中，该技术受到外界磁性物体影响较大，需要加强现场环境管理与控制，降低测量误差。本次项目探测中，经过多次校准与异常数据剔除，最终给业主方提供了有关煤气管线的精准位置和深度信息。磁梯度法的合理应用，也为日后管线施工提供了技术保障，可有效预防施工风险，避免发生经济损失。

今后，相关企业及个人应积极优化磁梯度探测技术，例如，加强剖面数据测量、明确钻孔定位及校准垂直度等技术参数，确保钻孔安全距离，避免对现有管线造成破坏，同时，继续优化钻孔施工下套管技术，使每个探测孔均应用到磁梯度法，对管线位置和实际深度进行监控，明确测量孔位及孔口标高，对影响测量精准性因素进行控制，最大限度解决探测技术在实际应用中遇到的难题。