深埋管线探测方法分析

吴 杰

(深圳市勘察研究院有限公司，广东 深圳 518026)

0 引言

非开挖敷设管道技术不需要开挖地面，能穿越地面构筑物及公路 、铁路 、河道， 从而节省大量投资和时间，是对传统开挖法管线施工的一次技术革命，近年来，在给水、排水、煤气 、电力 、通信 、液化气、天然气输送管的施工方面得到广泛应用。随着非开挖施工的管线越来越多，由于其敷设的管线距离长(L>300 m) 、埋深大(h>5 m) ，已超出了目前市场上的地下管线探测仪器标称的勘探深度[1]。因此，结合实际工程案例，将其他地面物探方法应用到深埋管线探测中来，取得了较好的效果。

1 管道陀螺仪定位法

陀螺仪定位法主要是结合数学、力学的矢量计算以及地球重力磁场的作用而形成的一门新技术，其主要作用就是导向定位。在采用陀螺仪定位技术对管道进行探测时，需要将外置的牵引设备通过管线绳索和钢丝等作为导引，将陀螺仪放置于所需要探测的目标管道中，然后根据陀螺仪接收器所显示出来的位置信息进行坐标采集，形成三维地理信息图像，最后从图像中的数据来判断管道的具体位置。

如2017年所经历深圳市宝安区某地下管线探测项目，要求在管道内部新敷设110 kV的高压电缆，而项目所在位置位于西乡大道以及新安四路的交界处，临近地铁1号线坪洲站，施工场地较为复杂，因此，当时决定采用非开挖的形式进行管线铺设。该项目预备的施工PE材质管道外径223 mm，内径185 mm，施工方式为非开挖法，因此，在施工的过程，需要借助陀螺仪对管道进行精准定位。该施工项目使用的陀螺仪为上海盛依科技生产的型号为APL-B的陀螺仪，需要另外配合XT20CA的地下探测仪一起使用，APL-B陀螺仪定位使用比较简单，没有繁琐的图形解析，无需管道出露点，无需连接信号，可在5 min之内完成管线定位。本项目案例采用陀螺仪定位从南段A-3-201开始至南段A-5-118之间的范围，长度约为102 m，在设备进入管道之前，需要将发射频率调到295 kHz，然后再将信号探头沿着洞口深入地埋深处，通过发射电磁信号来搜索管道的位置，如果XT20CA管线探测仪接收到电磁反馈回来的信号，其屏幕上会有坐标和图形显示，可以直接读取即可。该项目进行了2次探测，并通过开挖的方式对探测仪显示的4个坐标位置进行确认。最终确认的结果为:APL-B陀螺仪所显示的坐标和实际开挖的平面位置其偏差约为1.93 cm，埋深误差约为22.16 cm。因此，技术员可以确认陀螺仪探测误差小于管线探测仪的误差，其精度能够满足本次管道铺设的施工要求。

2 高密度电阻率法

在城市地下空间施工过程中，有时需要对地底下的一些管径低于10 mm非金属类的PE材质进行探测，如果采用的是感应类电磁法可能会出现探测出的目标位置偏离实际位置太远或者无法探测出具体的位置的情况，遇到这种情况，高密度电阻率法的优势就会非常明显。高密度电阻法是常规电阻法的一种，其基本原理是通过检测设备的电极来传导电流信号检测目标电场的位置信息。一般情况下，将探测设备中的电极分为A极和B极两种，在探测过程中，工作人员通过设备对探测目标的下方地底部传导低频直流信号，在传导电流的同一时间，工作人员需要观察其两极之间的电势差(ΔUMN)，然后通过电阻率(ρ)来计算A极和B极之间的传导电流ρs，其计算公式为ρs=k(ΔUMN/I)，式中的k为探测设备的传导系数。

参考2018年在深圳市龙岗区某施工段排水管道改造项目，该项目位于龙岗大道以南，施工位置西侧50 m范围内有一座加油站，地下管线的分布较为错综复杂，难度最大的是原始图纸中部分位置的管径和埋深程度和实际对应不上，并且部分区段的管线由于反复开挖施工导致管道的老化磨损程度非常严重。该项目属于老旧管道改造工程，按施工技术要求，施工人员需要将新的管道埋至地下2.3 m，然后再填充混凝土，因此，在改造过程中，采用的是高密度电阻法对之前老旧的排水管道的具体位置进行探测。

施工项目所采用的管径剖面长10 m，点距0.6 m且垂直于管道进行铺设，如图1所示。通过设备对相应的位置传导电阻率值为55～380 Ω·m，技术员通过设备屏幕显示的点位来观察阻圈的特征，在传导电阻率值达到283 Ω·m时，发现管道有出现裂隙的特征，其反馈出来的信号在设备屏幕上是低阻封闭圈的特征，因此，就根据以上特征判断该位置为排水管道分布位置，可以进行下一工序的开挖作业。在开挖后，也验证了排水管道实际位置与采用高密度电阻法所推测出来的位置基本一致。

图1 高密度剖面成果图

3 瑞雷波探测法

瑞雷波探测法也称之为面波探测法，其技术难点主要在于激发接收和识别方面比较复杂，最近几年在我国管道探测应用上也逐步增多，和地震勘探法相比，瑞雷波属于干扰的面波，其波形相速度和频率呈线性变化，因此，在管道探测行业中，利用其特性对地下构造的情况进行探测。参考2019年在深圳市罗湖区黄贝岭某管道施工项目，该项目位于深南东路以北，北斗路以南，靠近华侨新村西侧人工池塘边沿，施工位置的地下淤泥较多；另外，施工位置的周边环绕着很多农民房，施工场地非常狭窄，因此探测的长度也会受到一定限制，从而导致部分施工区域无法采用高密度电阻率法进行探测，所以，基于以上因素考虑，当时项目施工部分采用瞬态瑞雷波法进行探测作业。图2为瑞雷波法探测出来的图形以及数据。例如图2(a)6.5 m区域点和9.5 m区域点其频散曲线较为曲折复杂，表现为明显的异常状况；另外，从图2(b)也可以看到该点所对应的瑞雷波速度等值图，其剖面点长度对应位置有一处高速异常体。因此，从上述分析来看，大致可以确认图2所显示的高速异常体很有可能就是之前铺设好的天然气管道。

图2 瑞雷波测试成果

4 地震映像法

地震映像法的基本原理是以地层的物性差异作为依据，利用波形的反射和折射原理，按照标准化的偏移量来逐步移动位置距离进行地震信号接收，在该偏移距接收的反射波具有良好的信噪比和分辨率。

例如深圳市宝安区西乡某城中村新建办公楼项目，由于施工项目管理不到位，没有对该项目位置的地形进行详细调查，在地基施工完成后，才知道该项目位置地下有一条材质为砼直径约为0.8 m排水管道通过。施工场地已经完全浇筑混泥土，并且埋设管道位置在地基浇筑混凝土之前没有进行标记，因此，如果后续项目继续施工，地下埋设可能会对排水管道造成很大影响。经过项目团队讨论，最后决定委托某广东地质勘探研究院对项目地基所处位置的排水管道的位置进行探测。由于项目场地上部均浇筑了混凝土，采用地质雷达的探测方法基本上识别排水管道的位置，再加上表面混凝土为高阻层，也无法采用高密度电阻率法进行探测，因此，经过多次的施工现场对比试验，省地质勘探研究院最终采用地震映像法进行排水管道探测，探测点距设定为0.5 m，按照现场状态分析，将偏移距设定为2 m，探测结果可参考图3。通过对图3进行分析，可以很清楚地观察到15 ms处出现一个反射层，结合混凝土填埋的深度，推测其管线埋深约为2.5 m，这个探测距离和项目部所存档的施工记录的数据基本上一样。另外，在探测测线的2.2 m间距位置发现另外一个反射异常体，其反射计算得出的深度约为1.1 m，后面经过开挖验证这个反射异常体式一块直径为1.3 m的岩石。除此之外，图3地震映像法所得出的结果中的9.1～10.0 m位置端、反射速度在22 ms附近也有一反射异常体，通过数值计算，判定该异常体埋深约为4.3 m，这个深度和从之前排水管道施工企业获取的资料中所记录的深度的吻合程度非常高，因此，大致可以确认该位置就是给水管道实际位置。

图3 地震映像法测试成果

5 结论

本文所论述的4种深埋管线探测方法均结合笔者的实际工作案例，从不同的角度对深埋管线探测问题提出了解决方案，并采用开挖的形式对探测的效果进行最终确认，可得到以下结论。

1)对于一些深埋管线，因信号干扰大，难以测定其准确位置，增加了后期交叉管线施工的安全风险，需要采用管道陀螺仪定位法。

2)在深埋管线探测工程中，根据工程实际情况，选择合适地面物探方法，可以得到较好的应用效果。

3)高密度电阻率法的探测成果较为直观，可以确定管线的平面位置和大致埋深，但由于该方法属于“体积探测法”，因此在选用该方法时，除了要考虑电性差异外，还要考虑其径深比，从而选择合适的电极距、测线长度和布设位置。另外，该方法受场地范围影响较大。

4)地震映像法基本上不受场地影响，但其探测精度相对较差，只能大致确定管线的平面位置和估算管线埋深。