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地下管線(xiàn)探測方法綜述

新聞時(shí)間:2018-02-23 文章來(lái)源: 文章作者:ztcjjt

摘要: 通過(guò)對地下管線(xiàn)探測方法及其適用性和利弊的研究分析,總結出不同類(lèi)型地下管線(xiàn)的最適宜方法,并結合近幾年本單位管線(xiàn)探測項目開(kāi)挖驗證資料給出精度分析。通過(guò)精度分析,進(jìn)而得出針對不同管線(xiàn)探測所采納的最優(yōu)方法,從而實(shí)現野外工作高速、高效、高精度的生產(chǎn)目標。

關(guān)鍵詞: 管線(xiàn)探測;精度分析;方法綜述

地下管線(xiàn)工程設施,貫穿于整個(gè)建設過(guò)程,是城市重要的基礎設施。其給水、排水、供氣、通信電纜、電力等,構成城市的“生命線(xiàn)”,擔負著(zhù)城市的能源供給、信息傳輸、污水和廢水排放,對城市的生存和發(fā)展提供基礎保障。隨著(zhù)社會(huì )現代化的日益發(fā)展,城市地下的管線(xiàn)種類(lèi)日趨增多,管線(xiàn)在地下互相交錯,錯綜復雜,這無(wú)疑給地下管線(xiàn)探測增加了難度[1]。

本文通過(guò)分析研究各種地下管線(xiàn)探測方法的適用性及利弊,為地下管線(xiàn)探測施工方法的選擇提供參考。

一、地下管線(xiàn)探測方法及其適用性和利弊

1. 電磁感應法

電磁感應法以目標體與周?chē)橘|(zhì)存在的導電性和導磁性的差異為基礎,通過(guò)觀(guān)測和研究電( 磁) 場(chǎng)空間與時(shí)間分布規律,從而達到尋找目標體的目的的一種物探方法[2-3]。

電磁感應法的原理是通過(guò)發(fā)射機向地下發(fā)射諧變磁場(chǎng),地下管線(xiàn)在諧變磁場(chǎng)的激勵下形成電流,進(jìn)而產(chǎn)生二次磁場(chǎng),接收機地下返回的二次場(chǎng)信息,進(jìn)而推斷地下管線(xiàn)的平面、深度等空間位置[4]。

應用電磁法探測地下管線(xiàn)常用的施加信號的方法有: 直接法、感應法、夾鉗法、甚低頻法和示蹤法[5]。

1) 直接法:將發(fā)射信號的輸出端直接連接在被測管線(xiàn)上,給其供電,利用接收機接收管線(xiàn)中電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)[6]。

直接法有3 種連接方式:單端連接( 如圖1 所示)、雙端連接和遠接地單端連接。選用直接法時(shí),無(wú)論哪種連接方式,連接點(diǎn)必須接地良好,應將金屬的絕緣層潯刮干凈,接地電極盡量布設在垂直管線(xiàn)走向的方向上,距離大于10 倍埋設深度的地方,應盡量減小接地電阻。

直接法直接向金屬管線(xiàn)施加電流,信號強,定位、定深精度高,易分清近距離管線(xiàn),但金屬管線(xiàn)必須有出露點(diǎn),且接地必須良好。該方法條件要求高,操作較麻煩,應用面窄,可用于探測金屬的供水管道,嚴禁在易燃、易爆管道上使用。

該法信號強,定位、定深精度高,易分清近距離管線(xiàn),但金屬管線(xiàn)必須有出露點(diǎn),且需良好的接地條件。

1 直接法單端連接

2) 夾鉗法:將專(zhuān)用的環(huán)形夾鉗套在被測金屬管線(xiàn)上,通過(guò)夾鉗產(chǎn)生的諧變磁場(chǎng)直接耦合到被測管線(xiàn)上,使其產(chǎn)生感應電流,用接收機接收被測管線(xiàn)感應電流所產(chǎn)生的感應磁場(chǎng)。

夾鉗法直接將信號施加于金屬管線(xiàn)上,方法簡(jiǎn)單易操作,信號強,精度高,適用于通信線(xiàn)纜、輸電電纜等小口徑線(xiàn)纜,可用來(lái)探測電力、信號燈、路燈、通信等管線(xiàn)。

3) 感應法:通過(guò)發(fā)射機發(fā)射諧變電磁場(chǎng),使地下金屬管線(xiàn)產(chǎn)生感應電流,在其周?chē)纬啥螆?chǎng)。通過(guò)接收機在地面接收二次場(chǎng),從而對地下管線(xiàn)進(jìn)行搜查、定位。

感應法依據壓制干擾管線(xiàn)的方式不同,又分為垂直壓線(xiàn)法、水平壓線(xiàn)法、傾斜壓線(xiàn)法。在邊上無(wú)相鄰管線(xiàn)干擾的情況下用水平壓線(xiàn)法信號最強,當邊上有相鄰管線(xiàn)且距離較近時(shí),采用傾斜壓線(xiàn)法效果最好,因為其壓制干擾信號能力最強[7]。

感應法操作簡(jiǎn)單,適用面廣,可用于探測所有金屬管線(xiàn),但因其信號弱、易受到干擾、精度低的缺點(diǎn),一般只在夾鉗法和直連法無(wú)法操作的情況下才使用,比如管徑較大的金屬燃氣、供熱、供水管道,線(xiàn)纜很粗的高壓線(xiàn)纜,管線(xiàn)沒(méi)有出露的國防光纜和供電光纜等無(wú)法直連和夾鉗的情況。同時(shí)感應法也適用于盲探,以初步確定管線(xiàn)走向。

4) 甚低頻法:利用甚低頻無(wú)線(xiàn)電臺所發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號,探測在金屬管線(xiàn)中感應的電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)進(jìn)行的探測方法。甚低頻法具有場(chǎng)強均勻、噪聲低、電臺工作時(shí)間長(cháng)等特點(diǎn),但易受干擾,精度低,應用較少,可用來(lái)做盲探[8]。

5) 示蹤法:借助示蹤裝置,使其沿非金屬管道發(fā)射電磁信號,然后使用接收裝置在地面追蹤信號,以探測非金屬管道的一種探測方法[4]。

示蹤法解決了電磁感應法不能探測非金屬管道的難題,信號強、探測精度高,可用來(lái)探測雨污水管道,但施工麻煩、效率低,應用較少。

穿線(xiàn)示蹤法作為示蹤法的變形,主要針對通信管線(xiàn)空管設計,即在空管中穿上電線(xiàn),使用夾鉗法探測空管的平面位置和深度。

圖2 示蹤法示意圖

綜上所述,電磁感應法探測手段多樣、使用面廣、探測精度高,是地下管線(xiàn)探測最常用的一類(lèi)物探方法。

2. 高密度電法

高密度電法的基本原理與傳統的電阻率法完全相同,都是以目標體與周?chē)橘|(zhì)存在的電性差異為基礎,通過(guò)觀(guān)測和分析不同極距的電位差確定目標體的平面位置和深度。高密度電法的電極布置一次完成,通過(guò)程控方式使供電極和接收極自動(dòng)切換和組合,一次性可以采集大量不同位置和深度的視電阻率值,經(jīng)過(guò)處理解釋?zhuān)罁曤娮杪实姆植家幝闪私獾叵庐惓sw的分布狀況,最終達到探測目標體的目的。

高密度電法具有抗干擾能力強,探測精度高,可探測金屬管線(xiàn)和非金屬管線(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),但其一次布極往往需要36 個(gè)以上電極,電極需砸入地面30 cm 以上,且要保證良好的接地,同時(shí)測線(xiàn)需與管線(xiàn)垂直,測線(xiàn)長(cháng)度往往達到幾十米甚至上百米,在城市里的往往不具備這樣的施工條件,所以實(shí)用性較低。

3. 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達一個(gè)天線(xiàn)向地下發(fā)射一個(gè)高頻的電磁波,同時(shí)另一個(gè)天線(xiàn)接收地下介質(zhì)反射回來(lái)的反射波。通過(guò)分析反射波的波形,推斷地下管線(xiàn)的平面位置和深度。

地質(zhì)雷達在探測非金屬管線(xiàn)時(shí)具有快速、高效、無(wú)損及實(shí)時(shí)展示地下圖像等特點(diǎn),所以是非金屬管線(xiàn)探查的首選工具[9]。但是當地層電阻率低時(shí),由于電磁波的衰減,探測深度低,而且在實(shí)際應用中,地下管線(xiàn)反應特征不明顯,較難辨別,但其依然是目前最為有效的探測非金屬管線(xiàn)的一種方法,適用于探測非金屬燃氣管、供水管和排水管。

4. 人工地震法

人工地震法以目標體與周?chē)橘|(zhì)存在的波阻抗的差異為基礎,通過(guò)分析反射波時(shí)間剖面的畸變點(diǎn)確定目標體的平面位置和深度的一種物探方法。其原理是在一側激發(fā)人工震源產(chǎn)生彈性波,在另一個(gè)接收反射回的彈性波。彈性波在地下介質(zhì)的傳播過(guò)程中,遇到地下管線(xiàn)后產(chǎn)生反射、折射和繞射波,使彈性波的相位、振幅及頻率等發(fā)生變化,在時(shí)間剖面上顯現出各種畸變點(diǎn),通過(guò)分析這些畸變點(diǎn)位置,從而確定地下管線(xiàn)的位置[9]。

人工地震法具有探測深度深,對非金屬管線(xiàn)尤其是孔徑較大的深埋排水管反應明顯,但因其操作復雜、施工成本高、施工噪聲大、淺層和小管徑的管線(xiàn)反映不明顯、異常解釋難度大等缺點(diǎn),實(shí)際應用較少。

5. 高精度磁測法

高精度磁測法以目標體與周?chē)橘|(zhì)存在的磁性差異為基礎,通過(guò)分析地質(zhì)體的磁場(chǎng)分布特征來(lái)確定目標體的平面位置和深度的一種物探方法。

由于鐵磁性管道在地球磁場(chǎng)的作用下被磁化,其磁場(chǎng)與周?chē)鷷?huì )形成明顯的差異,高精度磁測法就是通過(guò)儀器探測這類(lèi)磁異常來(lái)確定地下管線(xiàn)的位置。該方法儀器輕便,施工便捷,但因為采集的是天然磁場(chǎng),信號弱容易受到干擾,適合用來(lái)探測鑄鐵管道等鐵磁性地下管線(xiàn),如供水、供熱管線(xiàn)。

6. 磁梯度法

磁梯度法通過(guò)測量不同深度的磁梯度值,來(lái)確定管線(xiàn)的平面位置和深度的一種方法。該方法測量精度高,效果明顯,可用來(lái)檢驗其他物探方法的有效性。但施工麻煩,一般用來(lái)做精密測量,可用來(lái)探測非開(kāi)挖管線(xiàn)[4]。

7. 開(kāi)挖和釬探

開(kāi)挖是最直接的一種探測方法,但施工成本高,對環(huán)境破壞大,一般用來(lái)檢驗探測精度是否滿(mǎn)足規范要求。釬探是開(kāi)挖手段的縮減版,簡(jiǎn)單易操作,對環(huán)境破壞小,但施工要求高,只能釬探土蓋層的管線(xiàn),并且容易造成管線(xiàn)損壞。比較適合探測非金屬大管徑非深埋且不易損壞的PE 管和水泥管,如供水、排水管線(xiàn)等。

綜上所述,針對不同類(lèi)型的地下管線(xiàn),探測方法多種多樣,有時(shí)為了提高探測精度,往往采用多種探測方法綜合應用。

二、探測方法的應用

依據上文對地下管線(xiàn)探測方法研究分析,結合本單位2014—2015 年度4 個(gè)不同工區的214 個(gè)開(kāi)挖驗證資料,總結了各種類(lèi)型的地下管線(xiàn)的適宜探測方法,見(jiàn)表1。

表1 不同類(lèi)型地下管線(xiàn)的適宜探測方法

依據《城市地下管線(xiàn)探測技術(shù)規程》(CJJ61—2003),平面位置限差為0.10 h,埋深限差0.15 h。對比表中各種地下管線(xiàn)方法和精度,筆者得出以下

結論:

1) 各種管線(xiàn)類(lèi)型最適宜探測方法的精度均能達到規范。

2) 金屬管線(xiàn)適合用電磁感應法探測,非金屬管線(xiàn)適合用地質(zhì)雷達和釬探施工。

3) 電磁感應法探測金屬管道的精度比地質(zhì)雷達探測的非金屬管道的精度高,這可能與地質(zhì)雷達異常不易解譯有關(guān)。

4) 感應法的探測精度較直接法和夾鉗法略低。

5) 同樣是非金屬管線(xiàn),同樣采用地質(zhì)雷達探測,大管徑的排水管道探測精度要比小管徑的燃氣管道精度高。

三、結論及建議

本文通過(guò)對地下管線(xiàn)探測方法及其適用性和利弊的研究分析,總結出不同類(lèi)型地下管線(xiàn)的最適宜方法,并結合近幾年本單位管線(xiàn)探測項目開(kāi)挖驗證資料給出精度分析,得出以下結論。

1) 地下管線(xiàn)的探測方法多種多樣,選擇適宜的探測方法,既可以提高施工效率,又可以提高探測精度。

2) 探測金屬管線(xiàn)電磁感應法效果最佳,非金屬管線(xiàn)地質(zhì)雷達能發(fā)揮比較重要的作用。

3) 探測金屬管線(xiàn)的難度較非金屬管線(xiàn)難度小,同時(shí)探測精度更高。

本文精度統計數據源于本單位近幾年的管線(xiàn)探測項目,統計分析難免存在一定的片面性,本文推薦的最適宜方法可作為地下管線(xiàn)探測施工方法選擇時(shí)的參考。

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