城市地下管線探測(cè)方法 

目前國內(nèi)外的地下管線探測(cè)技術(shù)，主要有電磁感應(yīng)法、探地雷達(dá)法、地震波法、高密度電阻率法、井中磁梯度法等，分別介紹了各自的原理和特點(diǎn)，并列舉了各種探測(cè)技術(shù)在地下管線探測(cè)中的

地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，大力發(fā)展交通系統(tǒng)，能源體系，通訊，信息網(wǎng)絡(luò)等，如鐵路、地鐵、輕軌、供電、供熱、供氣等。各項(xiàng)工程的實(shí)施均離不開地下管線這一重要隱蔽基礎(chǔ)設(shè)施。由于種種原因，管線資料不全，有的與現(xiàn)狀不符，而且各種管線權(quán)屬于不同的部門，對(duì)管線管理不夠重視，這都增加了管線的管理難度。在工程施工中，常因管線位置不明挖斷管線，造成停水、停電、通訊中斷等事故，給人民生活帶來極大不便。為了避免這些狀況發(fā)生，查明地下管線位置、走向已成為工程施工必不可少的前提，對(duì)于促進(jìn)城市建設(shè)和諧發(fā)展具有重要意義。

1 地下管線的分類

 城市中的管線主要有給水管線、排水管線、燃?xì)夤芫€、熱力管線、電力電信管線等。這些管線按埋深可分為淺埋和深埋。按材質(zhì)可分為金屬管線和非金屬管線，其中，金屬管線主要有鑄鐵管、鋼管、鋁管等；非金屬管線主要有混凝土管、鋼筋混凝土管、PVC管、PE管、電力電信電纜等。

2 各種地下管線探測(cè)技術(shù)原理及應(yīng)用

 探測(cè)管線的目的是確定管線的位置、埋深。地下管線與周圍土體之間存在物性差異，各種地下管線探測(cè)技術(shù)原理追根究底都是利用這種物性差異來進(jìn)行探測(cè)定位。不同的物性差異決定了不同的探測(cè)方法。根據(jù)探測(cè)時(shí)依據(jù)的不同物性差異可以將探測(cè)方法分為電磁感應(yīng)法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、高密度電阻率法、井中磁梯度法等。

2.1 電磁感應(yīng)法

 電磁感應(yīng)法是地下管線探測(cè)的主要方法。是以地下管線與周圍介質(zhì)之間有的導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率和介電性為主要物性基礎(chǔ)（如表1所示），根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測(cè)和研究電磁場(chǎng)空間和時(shí)間變化規(guī)律，達(dá)到尋找地下金屬管線或解決其它地質(zhì)問題的目的。當(dāng)?shù)叵鹿芫€與周圍介質(zhì)間電性差異且管線長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于管線埋深時(shí)，根據(jù)施加信號(hào)的方式不同，電磁感應(yīng)法分為直接法、夾鉗法、感應(yīng)法和示蹤法。

 直接法：直接法（也稱充電法）適用于探測(cè)大口徑的金屬管線。該方法是將發(fā)射機(jī)輸出端接到被測(cè)金屬管線上，利用直接加到被測(cè)金屬管線上的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。按連接方式不同可分為單端充電法和雙端充電法。當(dāng)目標(biāo)管線有一個(gè)出露點(diǎn)時(shí)用單端充電法，把發(fā)射機(jī)的一端接到被測(cè)金屬管線上，另一端接地來探測(cè)地下管線。當(dāng)目標(biāo)管線有兩個(gè)出露點(diǎn)時(shí)，用雙端充電法，把發(fā)射機(jī)的兩端都接到被測(cè)金屬管線上。

 充電法的特點(diǎn)是信號(hào)強(qiáng)，定位、定深精度高，且不易受鄰近管線的干擾，但金屬管線必須有出露點(diǎn)，可用于定位、定深或追蹤各種金屬管線。

夾鉗法：信號(hào)夾鉗法適用于探測(cè)小口徑金屬管線和電纜。探測(cè)時(shí)無需中斷服務(wù)，這樣可以減小感應(yīng)到非目標(biāo)管線的信號(hào)，但是被探測(cè)的管線和電纜必須有出露點(diǎn)。工作時(shí)，將發(fā)射機(jī)信號(hào)施加于感應(yīng)鉗上，再直接夾于被測(cè)金屬管線或電纜上。為了使信號(hào)能在管線上傳輸，管線與大地必須形成回路，所以目標(biāo)管線的兩端應(yīng)接地。在管線密集區(qū)探測(cè)時(shí)，夾鉗法是一種影響小的有效方法。

 感應(yīng)法：感應(yīng)法主要用于地下金屬管線的無損，適用于埋深較淺的金屬管線及帶有金屬骨架的管線（電力電纜、電信電纜等）。探測(cè)時(shí)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射線圈產(chǎn)生一次電磁場(chǎng)，目標(biāo)管線受一次電磁場(chǎng)的感應(yīng)產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)，分析接收機(jī)接收的目標(biāo)管線二次電磁場(chǎng)信號(hào)來定位地下管線。

示蹤法：示蹤電磁法是借助示蹤裝置，使其沿非金屬管道發(fā)射電磁信號(hào)，然后利用管線探測(cè)儀尋找追蹤信號(hào)，從而探測(cè)非金屬管線的地面投影位置以及埋深。常用的示蹤裝置有兩種，一種是商用示蹤探頭，通過非金屬管道在地面的出入口置于管線內(nèi)。另一種是將一根有絕緣層的示蹤導(dǎo)線送入非金屬管線內(nèi)，示蹤導(dǎo)線端部剝開一米左右，裸出金屬線，使它與管道內(nèi)的水汽相接觸，以給信號(hào)提供回路。將發(fā)射機(jī)的一端接到示蹤導(dǎo)線上，另一端接地，這樣在整個(gè)導(dǎo)線上產(chǎn)生交變電流，在其周圍產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)。然后利用一般地下管線儀追蹤電磁信號(hào)，從而探測(cè)到非金屬管線。

甚低頻法：甚低頻電磁法，簡(jiǎn)稱甚低頻法（VLF），是采用許多為軍事、商船通訊及導(dǎo)航設(shè)立的強(qiáng)功率長(zhǎng)波電臺(tái)作為物探的發(fā)射場(chǎng)源，達(dá)到勘測(cè)或解決其他問題的一種電磁法。甚低頻法所用電臺(tái)的發(fā)射頻率為15-25kHz，信號(hào)穩(wěn)定，在地球上一點(diǎn)都少能收到一個(gè)甚低頻電臺(tái)所發(fā)射的電磁信號(hào)，這也為開展此方法提供了有利條件。工作時(shí)，先將接收機(jī)校準(zhǔn)到所選電臺(tái)的頻率，甚低頻無線電發(fā)射的電磁場(chǎng)使金屬管線感應(yīng)，產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)，分析二次電磁場(chǎng)來定位目標(biāo)管線。它具有場(chǎng)強(qiáng)均勻、噪聲低、電臺(tái)工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。該方法簡(jiǎn)便、成本低、工作頻率高，但精度低、干擾大。其信號(hào)強(qiáng)度與無線電臺(tái)與管線的對(duì)方位有關(guān)，可用于搜索電纜或金屬管線。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)法

 地質(zhì)雷達(dá)法（又稱探地雷達(dá)）工作時(shí)，由發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射一定頻率的高頻脈沖電磁波，當(dāng)電磁波在巖層中遇到探測(cè)目標(biāo)時(shí)，電磁波會(huì)反射回地面，被接收天線所接收。分析接收到的反射波波形，波形的正負(fù)峰值分別以黑白色或灰階或彩色表示，這樣同相軸或等灰度、等色線就可形象的反映出目標(biāo)管線的剖面圖，從而達(dá)到定位目標(biāo)管線的目的。雷達(dá)波在地下介質(zhì)中的傳播遵循波動(dòng)方程理論，反射回地面的電磁波脈沖，其傳播路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，因此，從接收到的雷達(dá)反射回波走時(shí)（亦稱雙程走時(shí)）、幅度及波形資料，可以推斷出地下管線的位置。                         

電磁波在介質(zhì)中的雙程走時(shí)t=。式中，t為脈沖波行程時(shí)間，Z為管線埋深，X為收發(fā)天線間距，V為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。V可根據(jù)寬角法直接測(cè)量，也可根據(jù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)計(jì)算，即：

式中：

c——真空中的光速（c=0.3m/ns）。

 當(dāng)收發(fā)天線間距時(shí)，目標(biāo)體的埋深可由式計(jì)算得到。

探地雷達(dá)既能探測(cè)金屬管線，又能探測(cè)非金屬管線，應(yīng)用范圍廣泛。其探測(cè)主要取決于目標(biāo)管線與周圍介質(zhì)的電性差異。

2.3 地震波法

 地震波法又稱淺層地震勘探法?；驹硎抢玫叵陆橘|(zhì)的波阻抗值（密度、速度）差異，當(dāng)?shù)叵虏煌橘|(zhì)界面兩側(cè)的彈性波速度和波阻抗差越大時(shí)，地震波法探測(cè)就越好。

 以地下各種介質(zhì)的彈性和密度的差異為基礎(chǔ)，在地表以人工方法激發(fā)地震波，在地下傳播的地震波遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)（如地下金屬、非金屬管線與周圍介質(zhì)的分界面），會(huì)產(chǎn)生反射、折射和透射；地震波在地下不同介質(zhì)中的傳播速度各不相同，研究分析人工震源產(chǎn)生的地震波的傳播規(guī)律，通過對(duì)地震波記錄進(jìn)行處理和解釋，可以推斷地下管線的位置和埋深。根據(jù)地震波不同，地震波法又具體分為直達(dá)波法、折射波法、反射波法和瑞雷波法幾種。探測(cè)地下管線時(shí)，常用瑞雷波法，利用地下管線與周圍介質(zhì)的面波差異來定位地下

管線。

2.4 高密度電阻率法

 高密度電阻率法與常規(guī)電阻率法的探測(cè)原理相同，都是以以目標(biāo)管線與周圍介質(zhì)之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種物探方法。利用高密度電阻率法探測(cè)時(shí)，將數(shù)十根電極一次性布設(shè)完畢，利用轉(zhuǎn)換器選擇不同的電極排列方式和移動(dòng)方式，快速采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)電極排列形式和移動(dòng)方式的不同，將電阻率法分為電測(cè)深法、電剖面法和高密度電阻率法。高密度電阻率法實(shí)際上集中了電剖面法和電測(cè)深法的雙重特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的快速采集，采集信息量大，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，提高了工作效率。

2.5 井中磁梯度法

 地下鋪設(shè)的金屬管線，一般具有較強(qiáng)的磁性。井中磁梯度法就是利用金屬管線與周圍介質(zhì)之間的磁性差異，通過測(cè)量磁場(chǎng)的垂直分布強(qiáng)度，判別出由地下管線引起的磁異常，從而探測(cè)出地下管線的走向，再定量計(jì)算，得到地下管線在地表投影的確切位置和埋深。

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