探讨高密度电法在城市地下管线探测中的应用

肖旸

四川省地质矿产勘查开发局109地质队，四川成都，610100

0 引言

一般来说，城市地下管线的组成较为复杂，通常有煤气管线、污水管线、通信管线以及暖气管线等众多管线[1]。而地下管线由于深埋在地下，铺设起来比较麻烦，这就需要在地面以下形成地下管网。地下管道根据管线制作材料的差异可以分为两种，一种是金属管道，另外一种是非金属管道，而对于非金属管道来说，它是地下管线中的主要组成部分。在地下管线的施工过程中，需要特别注意避免地下管线被损坏。在地下管线的探测过程中，用到的物探方法较多，一般电法勘探比较有效，而在电法勘探中高密度电法的应用较为广泛。由于高密度电法探测的速度较快，而且探测起来较为方便，因此它可以在一定程度上满足地下管线勘测的高效率需求。基于这一点，进行地下管线的勘测时，一般来说应用高密度电法较为常见[2]。

1 高密度电法概述

1.1 高密度电法工作原理

在城市地下管线的勘测过程中，高密度电法技术的应用较为常见。利用高密度电法技术可以精准地了解该区域的空间分布特征以及地质结构构造，因此高密度电法在工程地质勘查中的应用较为广泛。高密度电法的工作原理主要是应用了电阻率法，在高密度电法的工程勘察过程中可以根据不同地区的岩层电阻率存在的差异，而对其施加一定的电场，使岩层间的电流传导产生一定的规律，这样一来，就可以有效地推断出不同区域的岩层分布以及地质构造等基本状况，从而满足城市地下管道勘测的需求[3]。目前，在城市管道的地下勘测过程中应用高密度电法，一般需要用到高密度电法仪，而高密度电法仪是一种三电位的电极系统。这个电极系统中包括温纳四极、偶极以及微分装置，形成一个统一的测量系统。在探测过程中，还需要应用到电极呈控转换开关，对某一个测点的四个相邻电极进行排列组合，就可以获得三种不同的测量数据。具体来说，如果将地面的点距设置为a，隔离系数设置为N，那么电极距就是一个常数，相关工作人员在进行测量的过程中，隔离系数会根据测量深度的增加而产生变化，最终得到的数据就是一个倒三角形的二维剖面电性分布图[4]。应用高密度电法能够较为准确地获取这些数据，保证地下管线的勘测过程中不会漏测小异常体；但是对于相关工作人员而言，在勘测过程中，需要注意的是要控制好横向的点距，这样才能保证探测的深度，能够达到工程勘测的要求。

1.2 数据处理

应用高密度电法仪在城市地下管线的勘测过程中，关键性步骤就是做好数据处理。工作人员在开展地质工程的勘测过程中，需要将高密度电法仪得到的外部测量主机的视电阻率相关数据，在一定的时间内传输到计算机中，接着需要对这些数据进行处理；例如将坏点去除，以及通过地形改正来获取更加精准的数据，经过处理之后，才可以利用二维反演的软件进行反演，最后得到数字图。一般来说通过反演算法可以不断地来提升模型的电信参数，从而保证得到的数据和实际的数据越来越接近。如果在探测过程中发现坡面长度较大，需要对其进行灵活处理，对剖面进行分段，分段工作完成后，对不同的段进行数据获取，将这些获取的数据进行处理，最终进行剖面的整体拼接。拼接的方式一般分为以下两种[5]。

1.2.1 温纳α排列

在固定的断面实施扫描测量工作的过程中，高密度电法的电极排列会有所不同。在具体的测量工作中，相关工作人员可以把不同测点之间的距离当作相应的电极间距，并将这一间距按从左到右的方向移动，在移动的过程中就会得到一条剖面线。完成以上操作后，工作人员需要将电极间距不断地扩大，扩大以后再进行二次移动，也是从左到右的方向移动，这样就会获得第二条剖面线。不断地重复以上的步骤，这样在测量的过程中就可以获取比较多数量的剖面线，最后可以得到一个倒梯形形状的剖面图。这种排列形式对环境要求不高，在勘测过程中，由于信噪比较好，这样就不会受地形地势起伏的影响；但是这种排列方式也存在一定的缺点和不足，由于电极之间的距离较大，那么它的分辨率数据也会有所降低[6]。

1.2.2 温纳β排列

在勘测过程中，如果利用温纳β排列方式进行排列，其大致流程和温纳α排列的排列方式是相似的，最终得到的横断面图也是呈现一定的倒梯形。相比较温纳α排列的排列形式，温纳β排列需要的供电电流是比较高的，因此在勘测过程中，利用温纳β排列的方式进行排列，会容易受到地形地势起伏的影响，这样一来就会影响到数据的准确性。但是温纳β排列也具有一定的优点，一般来说这种排列形式的分辨率比较高，因此在电信差异比较小的勘测区域，利用温纳β排列的排列方式，能够得到较为准确的数据。

1.3 高密度电法的设备组成

高密度电法凭借着众多优点在城市地下管线的勘测过程中发挥了重要作用，而对于高密度电法的设备组成来说，其组成元素较多。高密度电法的数据采集系统的主要组成是主机以及电极系统和多路电极转换器等模块，对于不同的模块，其承担的工作内容也有所不同。具体来说，多路电极转换器在电力系统中可以利用电缆来实现对不同电极之间的供电以及测量功能；主机主要接收的是多路电极转换器中发送的数据以及各项工作指令，从而更好地去辅助电极供电，同时对于各项测量数据也可以接收，并且还可以将这些数据存储到主机之中，以备不时之需。在勘测过程中所得到的那些测量数据以及测量结果会根据实施情况自动地储存到主机中，主机承担的作用较大，将这些数据存储以后还会把数据发送到计算机，使用计算机系统来对这些数据进行分析和处理，这样一来就会将错误的数据剔除，留下有用的数据；再利用相关软件对这些数据进行一定的分析处理，并且根据数据来校正相关地形，最终可以得到视电阻率的直线图。这个图对城市地下管线的勘测尤为重要，因此相关工作人员也需要特别小心处理，保证各项数据的准确性，最后根据实际的工程地质情况来表现这些数据的变化情况，适当地绘制相应的物探成果解释图，给地下管线勘测结果分析提供便利。

2 高密度电法在城市地下管线勘察中的应用

在勘测过程中应用高密度电法虽然会得到较为准确的数据，但还是存在一定的缺点，具体来说可分为以下四点。第一点，高密度电法会受到地形条件的影响。由于地下管线错综复杂，因此在利用高密度电法的时候会受到周围地形条件的影响，从而导致高密度电法得到的数据准确性会在一定程度上受到影响，因此对于这一问题相关工作人员需要提高重视度，只有保证数据的准确性，才能提升探测水平。在应用高密度电法勘测时，可以选用一些修正软件来提高勘察结果的准确性，这样不仅能打破地形条件影响的限制，还能减轻工作量。第二点，探测体所埋的深度过大也会影响到高密度电法探测的数据准确性。如果管线所处的区域地形条件较为复杂，那么该区域可能会存在规模比较小而深度比较大的地方，工作人员无法将探头伸到探测区域，这样就会导致勘察结果与实际有所出入，所以为了能够获取到较为准确的数据，工作人员要控制好探头的距离。第三点，多解性。在勘测过程中，如果被探测区域的电阻率和深度两者之间有一定的关系，那么这会导致高密度电法所得到的数据产生不明确的参数，这样就导致结果会出现较多的可能性。第四点，旁侧影响。在勘测过程中，如果所处的区域靠近地下水，就会导致相邻测点所得到的曲线数据产生较大差异，在一定程度上也会影响到高密度电法所测得的勘察结果的准确性。所以在勘查之前，要考虑水流因素对数据结果的影响，并且需要制定好相应措施，来避免这一因素给探测数据的准确性带来的波动，这样才能进一步提升勘察结果的准确性和城市地下管线的探测水平。

在应用高密度电法进行地下管线的探测过程中，需要把握好目标体和周围介质之间的电性差异，根据不同的电极分布，尽可能多地获取相应的观测信息，这样才能更加清楚直观地反映出地下管道的具体位置以及埋深程度和管线走向，为今后的地下管线探测提供基础。在探测的过程中，还可以搭配结合其他的物探手段，这能够在一定程度上解决金属管线探测仪无法探测地下非金属管道的问题。相对于常规的直流电法，高密度电法拥有的优势众多，它能够在一定程度上提高检测效率，还能够拥有较高的分辨率，但是理论探测基础并没有较大的改变，作为体积探测法来说，这种方法会受到多方面因素的影响，如果目标体的埋深过大，或是管道的直径太小，都会影响其探测效果，甚至探测不出来。

工作人员在开展地下管线的探测过程中，需要根据不同情况来进行专门处理。对于金属管道或是集束型的地下电缆、光缆而言，其显著特点就是本身的电性特征与周围土层比较接近；除此之外，由于单根线缆直径过小，这就导致在进行探测的工作过程中无法分辨，但是在具体的实施过程中，一般都会明挖管线沟、回填砂石，这样才能保证管线通畅，并最大程度地避免地形条件对城市地下管线的影响。工作人员可以在工作的过程中间接测量其埋设填充物与周围土层的电性差异，通过这种方法进一步确定城市地下管线的埋设深度，从而为后期工作奠定基础。除此之外，在勘测时，如果发现钢质供水管道和钢质煤气管道的外面都包裹有塑料防腐材料这一情况，需要确保供热的钢质管道应当包裹有一定厚度的泡沫海绵及橡胶保护层，这样才能进一步保护城市地下管道。在埋设地下集束型通讯电缆以及光缆时，也需要注意在铺设之前应当对塑料材质的外管进行保护处理，利用这些高绝缘物质，才能进一步保证其与周围土层有明显的电性差异，才能更好地保护好城市地下管线，以避免施工对地下管线造成的伤害。与其他方法相比较而言，高密度电法数据处理速度较快、采集数据的效率也很高，并且拥有较高的分辨率，能够充分反映地电断面等特点。从这些特点来看，能够在一定程度上满足几乎所有的勘察需求。除此之外，该种方法广泛地应用在了大中小城市的地下管道勘测工作中，在应用中也会受到外界环境的直接影响，相关工作人员需要做好防范措施，才能保证工作的准确性。为了确保工程建设的安全性，采用高密度电法不仅可以快速地获得工程所在区域的地质勘察结果，而且降低了地质勘察的成本，具有较好的经济效益。

3 结语

综上所述，市政工程项目越来越多，这就对于地质勘察结果的准确性有着较高的要求。相关工作人员在开展城市地下管线的探测过程中为了保证相关工程的安全性，可以进一步地利用高密度电法来获取勘查区域的勘查结果，这样不仅可以最大程度地降低勘查的成本，同时可以达到较好的预期效果。但是在利用高密度电法进行城市地下管线的探测过程中，依旧存在较多的问题，因此对于相关研究人员来说，应当提升自身的责任意识和专业素养，不断地探索现阶段高密度电法的特点，以及不同的应用方式；根据实际的工程地质状况来不断地改善高密度电法的应用情况，这样才能确保在进行城市地下管线的探测工作中，能够获取到较为精准和有效的数据，这样才能不断地提升城市地下管线的探测水平，从而不断地推动我国工程建设的可持续发展。