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專業技術干貨——大埋深管線探測技術方法
2019-06-17 14:55:32    瀏覽次數:
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        1、前言
        隨著城市基礎設施的不斷完善,地下管線的數量日趨龐大,掌握地下管線的詳細信息是城市信息化的基礎。 
        近年來針對地下管線的信息普查各權屬單位均作了大量的工作,然而對于埋深較大的地下管線,其深度與平面位置的探測難度較大,嚴重影響管線安全運行,給局部施工帶來了安全隱患。 
        隨著非開挖技術的大力發展,以非開挖敷設的管道數量逐年激增,其埋深一般在3米到20米之間,且長距離無出露點,給管線的精確定位帶來了極大困難,一般技術方法無法對其進行探測。另外高壓燃氣等專業管線本身要求深度敷設,還有道路的回填加高路面等使管線埋深加大,其埋深都超出了管線探測儀的探測范圍。 
        針對以上大埋深管線,經過多次方法試驗,就以下各探測方法進行詳細闡述。 
        2、常用管線探測技術
        1)低頻管線探測儀
        低頻管線探測儀也是常規管線探測儀的一種,如PCM+探測儀,低頻管線探測儀一般指探測頻率在幾赫茲到一千赫茲之間,其特點是電磁信號在傳播過程中衰減較慢,故探測深度較大,探測距離較遠。常用的方法有單端連接和雙端連接,由于非開挖管線出漏點較少,雙端連接要用到長導線,多用單端連接探測。管線探測儀的理論方法較為成熟,使用方便,為首先方法,尤其對長輸油氣管線效果較好,探測深度可達到20米。 
        2)導向儀探測
        在一端或兩端開口的管線探測,通過深入管線的探頭發射信號,對探頭所發射的信號進行地面接收,分析接受到的信號信息確定非金屬管道的位置和埋深,該探測方法可探測深度在15米左右,當探頭上方有能自主發射電磁信號物體,如電力管線等,會對埋深的探測產生影響,但平面影響不大。 
        3)陀螺儀探測
        慣性陀螺儀管道定位系統基于慣性導航技術研發而成,依照高精度的陀螺儀,由電腦快速運算獲取地下管線的三維坐標,主要用于大埋深非金屬管道的探測,該設備探測不受管線材質及地面條件的影響,探測精度較高。該儀器無探測深度限制,定位方式與數據采集不受外界場源干擾,不需人員在道路上追蹤定位,但運行管道無法探測。 
        4)地質雷達探測
        地質雷達是利用電磁波在地下介質電磁性差異界面產生反射來確定地下目標體的一種探測技術。它利用發射天線向地下發射高頻、寬頻短脈沖電磁波,電磁波在介質中傳播時,遇到與周圍介質電磁性差異較大地下管線將產生反射,通過接收天線可接收來自地下介質界面的反射波。來自地下界面的反射波其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電磁性質及幾何形態而變化,由此可根據反射波的旅行時間(雙程走時)、幅度、波形及介質電磁波速度等資料,推測地下管線的空間位置和埋深。近年來雖然有較低頻率的地質雷達出現,但探測深度有待提高,尤其對大埋深管線探測效果依然不太理想。 
        5)靜力觸探
        在采取其它物探方法初步確定管線概略位置后,對埋深超過3米,對于大規格管線可以選取無損鉆探設備進行精探,如靜力觸探鉆機,該機通過液壓傳動機構,將電測探頭勻速地壓入地下,從而通過儀器記錄其深度下土地層對探頭的貫入阻力,確定管線的具體位置,但工作效率較低,成本較高。 
        對于大埋深、大口徑金屬管道,也可采用以下方法進行探測,在管線常規探測中一般不適用,但在工程探測項目可以應用到。 
        3、磁法探測
        1)基本原理
        地下金屬管線一般都是鋼管、鑄鐵管、可穿示蹤線的砼管或PVC管道 ,具有較強的電磁性,會受到大地磁場的作用,將在周圍產生次生磁場,稱為異常場。用磁力儀進行地面磁場的觀測,把地表實際觀測到的正常場和異常場進行數據處理,通過研究異常場的特性來計算地下管線的平面位置及埋深。 
        2)測線布置
        依據所了解管線的大致走向及埋深,根據實際地形及工作需要,沿管線垂直方向布設測向,測線長度依據管線的埋深,一般為管線埋深的5倍以上。為保障管線探測的連續性,測線間距一般為10米,編號為L0、L10、L20、L30……,測點距離為0.2米,編號為P0、P2、P4、P6……。各測點的坐標可用RTK直接測量。 
        3)數據采集
        用精度為0.01nT的高精度磁力儀進行數據采集,按每條線逐點采集TC,標明線號及點號。高精度磁力儀大多采集數據為地磁總場,由于數據采集時間較短,因此不必要做日變改正。 
        4)數據處理
        a.深度直接測定:對全部數據按點位坐標利用磁法數據處理軟件計算,如下圖,M為管線的磁化強度(單位:A/m),r為管線中心至地面測點的距離(單位:m),則測點的磁異常可近似為ΔT(單位:nT)公式是:
 
        ΔT=2M / r2

        r2  = h2 + x2 

        由上式可計算得出,ΔT最大時對應r值最小,h為管道的埋深,x為測點到管道正上方地面的距離,則測點在管線的正上方,ΔT/ΔT=0.5時測點到管線正上方的平面距離約等于管線的埋深,依據這一成果可繪制管線磁異常剖面圖,并計算出管線的位置與埋深。 
        b.切線法計算平面位置及深度
        利用異常曲線上的特征點,并過特征點作曲線的切線,通過切線之間的坐標管線計算管線走向及埋深。該方法操作較為方便,受一次場影響較小,是常用的反演方法。如下圖:過異常曲線的頂及兩個底部作三條水平切線,再沿曲線兩側做兩條斜切線,水平切線與斜切線有四個交點,設四個交點的坐標分別為X1、X2 、X3 、X4則埋深公式為:H=〔0.5*( X4-X3)+ 0.5*( X2-X1) 〕*0.5 
        此計算方法可根據實地情況,有效的避免非目標體的干擾,探測精度較高。
管線磁法探測磁異常剖面圖
 
        4、激電電阻率法探測
        1)基本原理
        激電電阻率法工作原理與常規電法類似,是以介質的導電性、電化學性質差異為基礎,通過向大地供正反向脈沖電流,獲得視電阻率和視充電率(視極化率)參數,通過研究這些參數的分布規律從而來確定地下管線的走向和埋深。 
        2)工作方法
        由于管線一般敷設在道路的兩側,地表高壓輸電線路較多,道路運輸車輛活動頻繁,因此一般采用抗干擾能力較強的擬地震大功率三極激電測深電法勘探,根據場地的地形、地貌特點,結合現場地質特性,三極激電測深點距2m。 
        3)數據采集
        采用單極-偶極裝置進行數據采集:就是供電電極可以在接收電極的兩側,它的特點是中淺部數據密度大,精度較高。
        定各相鄰供電點(A1、A2……An)之間距離為(測深點距):2m;MN=2m;無窮遠極大于150m;供電周期8秒;供電電流0.5~4安培;供電電壓600~3000伏;觀測參數為視充電率(毫秒)和視電阻率(歐姆.米) 
單極-偶極激電測深雙邊測量裝置示意圖
 
        4)數據處理
        利用反演軟件對所測原始數據進行數據處理后,繪制出每條剖面的視充電率平面等值線圖以及視電阻率平面等值線圖,結合兩者圈定管線平面位置和埋深。 
        5)激電電位探測
        為簡化電法探測流程,提高工作效率,特利用管線上的感生電流產生電位場,對其進行測定,利用電位分布狀態進行管線定位,具體方法如下: 
        發射電極置于管線的兩側,兩電極之間的距離一般為管線埋深的5-8倍,測線垂直于管線走向分布,測線間距一般為20米,必要時可適當增減,測點間距為2米,每條測線布設10個測點。采集每個測點的電位,繪制電位圖,利用切線法可求得管線的平面位置及埋深。  
        5井中磁法探測
        在管線密集且埋深較大時,可使用井中磁法進行探測。可在管線的一側布置鉆孔,將磁力儀的傳感器放入鉆孔內,觀測鉆孔內磁異常垂直分量Z的梯度分布狀態,繪制成磁異常剖面曲線,計算管線的平面位置和埋深。郭根會

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