進(jìn)一步利用電磁法探查城市地下管線

 進(jìn)一步利用電磁法探查城市地下管線

　　摘要：近些年來，城市地下管線探查技術(shù)有很大提高，但有些探查技術(shù)還沒有被廣大管線探查人員認(rèn)識和重視，筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗，闡述一些應(yīng)被探查人員注重和進(jìn)一步利用的方法，以提高探查成果的質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：地下管線，管線探測

　　引言：城市地下管線探查技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，理論和實(shí)踐都有很大的提高，但有些技術(shù)如管線信號的激發(fā)、剖面曲線的運(yùn)用、正反演技術(shù)等還沒有被廣大探查人員重視和熟練運(yùn)用，致使在探查之后依然有管線漏測或成果不準(zhǔn)確。

　　1、 信號激發(fā)技術(shù)

　　初級探測者往往只注重信號接收機(jī)的使用，試圖通過調(diào)節(jié)接收機(jī)尋找到管線的信號，卻收效甚微。倘若目標(biāo)管線上沒有負(fù)載電流或微弱負(fù)載電流，信噪比低，加大增益的同時也放大了干擾信號，最終仍難以得到滿意的結(jié)果。通過更換信號激發(fā)方式增大目標(biāo)管線的負(fù)載電流，提高信噪比，才是提高探測結(jié)果可靠性的有效途徑。

　　通常的信號激發(fā)方式有三種，感應(yīng)法、夾鉗(感應(yīng))法、充電法(直接法)。感應(yīng)法非常方便，為廣大探測人員習(xí)慣性使用，但發(fā)射線圈本身有一定的一次磁場，需要避開，同時對管線信號的激發(fā)效果受管線深度影響很大，也容易激發(fā)出旁側(cè)的非目標(biāo)管線——如路燈線等的信號。夾鉗(感應(yīng))法對線纜類管線探測效果較好，被夾的管線或?qū)�體內(nèi)能產(chǎn)生較強(qiáng)的電流。充電法，包括單端、雙端充電方式，直接向管線輸入一定頻率的電流，盡量讓電流沿目標(biāo)管線流動，充電點(diǎn)的選擇對探測的結(jié)果有一定影響。近年來出現(xiàn)的“點(diǎn)電源”充電方式(一端在井內(nèi)閥門上，另一端在井蓋上)，其管線中電流很難近似為“單一線電流”，是附近難以找到合適接地點(diǎn)的無奈選擇，不應(yīng)作為日常習(xí)慣性使用的方法。

　　感應(yīng)法方式中還有壓線感應(yīng)法，該方法使得旁側(cè)管線上的載流加強(qiáng)，而正下方管線載流減弱。

　　不論采取何種信號的激發(fā)方式，都是為了增大目標(biāo)管線上的載流，減小其它管線的載流，使目標(biāo)管線的信號能夠被儀器接收并從干擾背景中突出。復(fù)雜地區(qū)的管線，探查的第一步也就是要通過運(yùn)用不同的信號激發(fā)方式，將復(fù)雜管線簡化為近間距平行管線。

　　1．1工程實(shí)例一

　　黃埔區(qū)廟頭一條DN730液化氣管穿越黃埔東路，采用頂管施工，深度在5～9m，但不能準(zhǔn)確確定在黃埔東路南側(cè)的深度，對擬施工的污水頂管工程帶來不便。雖然鋼管導(dǎo)電性好，但因埋深大，感應(yīng)法無法施加有效信號。通過實(shí)地踏勘，發(fā)現(xiàn)在黃埔東路南北二側(cè)，相距約一公里遠(yuǎn)的地方，有二個該液化氣管的陰極保護(hù)裝置，采用約二公里長導(dǎo)線，對二鐵樁充電，施加信號。圖一是感應(yīng)法、單端充電法、雙端充電法激發(fā)信號時記錄的Hx(磁場水平分量)曲線。

　　感應(yīng)法記錄的曲線A不能發(fā)現(xiàn)該管的存在；單端充電法記錄的曲線B（增益60）隱約發(fā)現(xiàn)該管；雙端充電法記錄的曲線C（增益46）明顯顯示該管的存在。

　　圖一：廟頭液化氣管不同方式激發(fā)的Hx曲線

　　在這種超深管線的探測中，有效施加管線信號是探測成功與否的關(guān)鍵。

　　1．2工程實(shí)例二

　　當(dāng)給水鑄鐵管和燃?xì)怃摴芙�間距離平行敷設(shè)時，燃?xì)怃摴苡捎趯?dǎo)電性好較容易探測，而給水鑄鐵管因?qū)щ娦韵鄬�較差，顯得不易探測。雖然發(fā)射機(jī)直立在鑄鐵管的正上方，鑄鐵管產(chǎn)生的載流反而遠(yuǎn)小于燃?xì)怃摴苌系妮d流，因而信號被燃?xì)怃摴艿男盘柉B加、影響后，相對變?nèi)酰�甚至不能察覺。而通過對燃?xì)怃摴艿膲壕�法感應(yīng)，卻可以突出給水鑄鐵管的異常。

　　圖二：一處鑄鐵管與鋼管的不同方式激發(fā)的ΔHx’曲線

　　圖二中，在剖面2.5m及4.2m處分別有燃?xì)怃摴芎徒o水鑄鐵管，對給水鑄鐵管感應(yīng)激發(fā)信號或充電，接收到的ΔHx’曲線均如“A”，燃?xì)怃摴墚惓Ｍ怀�，而給水鑄鐵管的異常被掩蓋難以察覺。但對燃?xì)怃摴艿膲壕�法感應(yīng)，卻使給水鑄鐵管的異常突出，如曲線“B”。

　　2、 剖面曲線

　　我們觀察的是電流在空間形成的場值，磁場水平分量或垂直分量，通過大腦記憶場值的變化趨勢，分析場值在空間的形態(tài)，找到地下電流、即管線的位置。但有的場值受到干擾或隱藏在其它管的信號中不能被探測者察覺，而被漏測。在復(fù)雜管線地區(qū)采取記錄場值曲線，能幫助探測者發(fā)現(xiàn)信號并察覺到信號是否受到干擾而采取其它措施減小干擾。

　　2.2工程實(shí)例三

　　圖三(a)圖中有二條管的異常疊加在一起，不細(xì)心的探測者只能發(fā)現(xiàn)一條管線。圖三的(b)圖顯示在3.0m寬的人行道上有四條管線，從左向右分別為電力、電信、給水、路燈，其中2.3m處的異常正是目標(biāo)管線給水鑄鐵管，這是對它雙端充電激發(fā)時記錄的ΔHx’曲線。該鑄鐵管實(shí)際是有信號的，但不通過對曲線的觀察卻不能被發(fā)現(xiàn)。

　　圖三：有管線異常被隱藏的ΔHx’曲線

　　在管線復(fù)雜地區(qū)或管線較深時，設(shè)置觀測剖面是發(fā)現(xiàn)管線異常和取得管線完整異常的最好方法。

　　3、 正、反演技術(shù)

　　正反演技術(shù)的使用建立在場值曲線的基礎(chǔ)上，對探查結(jié)果要求較高的重點(diǎn)的施工工程如頂管等項目非常重要。主要作用有二點(diǎn)：一是通過標(biāo)準(zhǔn)曲線對比實(shí)際探測曲線，利用曲線的總體趨勢來得到準(zhǔn)確的管線位置和深度；二是將疊加在一起的信號分離開。

　　中國地質(zhì)大學(xué)(北京)的楊旭教授等提出了人機(jī)對話式的反演技術(shù)，給定的管線平面位置、深度、電流等參數(shù)，正演計算各管線電流形成的場，然后疊加，與實(shí)測曲線比較，根據(jù)擬合情況，不斷變換參數(shù)，直至操作者滿意，此時所得的參數(shù)值即為反演的結(jié)果。

　　3．1反演實(shí)例一

　　對本文2.1圖一中的曲線“B”、“C”進(jìn)行擬合反演，擬合結(jié)果見下圖四�？梢�“B”線與理論曲線“一致性”差，得出的結(jié)果精度不高，而“C”線與理論曲線“一致性”較好，反映該液化氣管的平面位置在剖面的9.3m處、中心深度8.3m。

　　圖四：對液化氣管的擬合反演

　　通過擬合反演，利用曲線的總體變化趨勢獲得管線平面位置和深度，精度遠(yuǎn)高于平常的“極大值”定位、“特征點(diǎn)”測深。

　　3．2反演實(shí)例二

　　圖五：通過反演實(shí)現(xiàn)管線異常的分離

　　對本文3.1圖三中的曲線擬合反演，結(jié)果見圖五，將疊加在一起的管線信號分離成二個或多個管線的單獨(dú)信號。（a）圖中的給水管平面位置1.40m、中心深度1.50m；燃?xì)夤芷矫嫖恢?.55m、中心深度0.79m。（b）圖中的給水管平面位置2.25m、中心深度1.09m。

　　4、 結(jié)論

　　隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市管線愈來愈密集，互相交叉或絞合在一起，想要一條一條理清顯得愈來愈困難。但作為管線探查人員，應(yīng)掌握更多的方法來查明它們，利用更多的技術(shù)手段來克服困難，避免為后續(xù)工程施工留下安全的隱患。常用的頻率域電磁法仍可以解決許多金屬管線的探測問題，但不可避免地也存在一些缺陷，如信號的串線問題，磁場的疊加等，需要探測者更細(xì)心，責(zé)任心更強(qiáng)，也需要突破“單一線電流”理論下的工作模式，考慮多管線(多電流)情況。

　　建議探測城市地下管線時注意以下幾點(diǎn)：

　　1．重視對管線信號的激發(fā)。測不到管線不一定是沒有管線，另一種可能是沒有被有效地激發(fā)出信號。

　　2．設(shè)置探測剖面，繪制場值曲線，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)地難以覺察的局部異常，有助于發(fā)現(xiàn)管線并了解管線異常受干擾的情況。

　　3．利用曲線的正演擬合實(shí)現(xiàn)反演過程，可幫助探測人員更準(zhǔn)確地得到管線的位置和深度。

　　參考文獻(xiàn)

　�。�1］區(qū)福邦《城市地下管線普查技術(shù)研究與應(yīng)用》東南大學(xué)出版社.1998年8月

　　［2］田應(yīng)中等《地下管線網(wǎng)探測與信息管理》北京.測繪出版社.1997