Ａ盟删 复杂条件下城市地下管线探测技术的应用 陈立新，苏钊，卢建国，张占地 （华北地质勘查局五一九大队，河北保定０７１０５１） 摘要：在城市范围里，对于地下管线的探测使用最多的技术是电磁法和电磁波法。文章介绍了这两种方法的具体应 用，以此来减少干扰因素的影响，最终对目标进行准确的定位。 关键词：探地雷达；城市；地下管线探测 中图分类号：ＴＵ９９０．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—５０６５（２０１６）２２—００１９—２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｃｈｅｎｌｉｘｉｎ，ｓｕｚｈａｏ，Ｉｕｊｉａｎｇｕｏ，ｚｈａｎｇｚｈａｎｄ （Ｎｏ．５１９ Ｔｅａｍ ｏｆｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｂａｏｄｉｎｇ Ｃｈｉｎａ ０７１０５１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ Ｕｒｂａｎ ａｒｅａ．ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｕｓｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｄｉｎｅｓ ｉｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐ￣ｃａｄｏｎ ｏｆ ｈｔｅｓｅ ｔＷＯ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄ ｉｆｎａｌｌｙ ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｌｏｃａｔｅ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ；ｃｉｔｙ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｄｉｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ 在城市的负载条件下，因为地球物理探测技术本身存在 一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪 一定的不足，加上地球的物理异常存在多解性特征，所以在 器，通过剖面扫描的方式获得地下剖面的扫描图像。雷达通 复杂条件下进行物探存在一定的难度。在城市区域内探测地 过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波，在地下 下管线时，也有很多难题阻碍地下管线探测的正常运行，如 旅行的电磁波遇到不同的电性界面时，就会发生反射、透射 果不解决好这些问题，一方面可能会导致探测工程的质量不 和折射。电介质间的电性差异越大，反射回波能量也越大。 合格，另一方面还会导致信息系统的运行出现问题。 反射到地面的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接 收后，通过雷达主机精确地记录下反射回波到达的时间、相 １地下管线探测的基本原理 位、振幅、波长等特征，再通过信号叠加放大、滤波降噪、图 电条磁法是探查地下管线的主要方法，它是利用地下管 像合成等数据加工处理手段，形成地下剖面的扫描图像，通 线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性基础。根据 过对雷达图像的判读，便可得到地下管线的分布位置和状态。 电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而 达到寻找地下管线的目的。地下管线探测时，依靠主动或被 ２近间距并行管线的探测 动的场源激发，在管线中形成电流，管线中的电流就会在其 由于城市区域内的地下空间资源有限。所以地下管线在 周围空间产生同频率的交变电磁场，利用物探仪器在地面观 埋设时基本是平行埋设的方法，对于这一埋设方式来说，如 测电磁场的空间分布，根据电磁场的分布特征，确定管线空 果是在管线近间距并行状态下，那么会对管线探测产生较大 间位置。因此，要取得理想的地下管线探测效果，必须满足 影响。具体来看，这些影响主要是管线的间距变小时，异常曲 下列条件：（１）在地下管线上形成的电磁场，其分布规律或 线往往呈单峰状，但是不可以利用峰值来确认有多少条管线 分布特征能够被探测和计算；（２）场源在目标管线上能激发 存在；如果管线的间距变大，异常虽可能出现峰值，但这时 出一定强度的电流．并使电流尽可能少的在非目标管线、干 的曲线是不对称的，而且异常峰值和管线平面位置相比存在 扰物和介质中通过，以压制或消除干扰因素；（３）使用的探 位移。这主要是因为管线之间的耦合、互感而产生的异常叠 测仪器必须先进，尽可能丰富的提供物理场的真实信息，保 加引起的，为了压制或减弱非目标管线产生的异常，可根据 证探测精度。探地雷达是利用地下管线与周围介质之间的物 现场条件采用以下工作方式： 性（介电性、导电性和导磁性）差异来探测地下管线的，它是 （１）直接法。直接法是借助于管线出露部分，直接向管线 充电，并通过改变接地或充电方向尽量让电流沿目标管线流 动，这样的方法通常在金属管道类使用。 收稿日期：２０１６－１０ （２）夹钳法。夹钳法是利用专门的感应钳，使被钳管线产 作者简介：陈立新（１９８１一），男，助理工程师，研究方向：工程管理 生感应电流，此方法多用于电信、电力类电缆。 ２０１６年１１月下世界有色金属１９ Ａ盘 洲０ｎ （３）水平、倾斜和垂直压线法（感应法）。在对城市地下 管线进行探测时，直接法和夹钳法两种途径可以压制或者减 弱外部因素干扰，在这一背景下，感应法可以发挥作用，因为 现拱形曲线形态，拱形曲线顶点即为管线中心位置；管沟、 管块类管线，反射波形态呈现平直线形态，其中心位置为顶 板中心。管径大，反射波曲线平缓；管径小，曲线尖锐。如果 管线的埋藏深度较深，其反射波异常幅度变小，曲线形态趋 向平缓。管线的材质和它周围介质电性相差比较大，如果反 射越强，波形幅度比较大；相反的话反射弱，波形幅度小。如 果顶板宽度相对埋深很小时，就会出现类似圆形管道的反射 异常形态。 ３－２探地雷达探测地下管线的主要影响因素 由于城市地下的地质环境十分复杂，而且不同地方的地 近间距并行的状态下，感应法可以对其产生影响，因此要通 过一些特殊的方式控制干扰。这样的工作方式就是所谓的水 平、倾斜和垂直压线法。按照理论计算可以得知，如果两条相 邻的平行管线的材质相同，而且埋藏深度也相等，而且在相 同电流的条件下，并其间距为０．８ｈ，也就是比管线埋深要小 时，那么异常曲线的总体特征和单根管线的异常曲线是相似 的。在间距为２ｈ时，Ｈｘ异常曲线会出现两次峰值，在两者 的间距继续增大，直到至３ｈ时，ＨＸ异常曲线可以清晰的体 现两条管线的特点。在两条相邻的管线埋藏深度不一致、材 料也不一样时，加上管线的磁感应性不同和电磁场的不同， 所激发的感应电流的大小也会不一样。借助这一现象，发挥 发射机的压线感应可以使目标管线获得最大的感应电流，进 一电条件不一样，所以探地雷达在探测地下管线时会受到多个 因素的影响，这样一来，目标管线的异常图像会比较复杂，很 难进行识别。因此，要努力分析对雷达探测产生影响的因素， 积极排除千扰，利用正确的目标对目标管线的异常状况进行 识别。 （１）对于地下管线来说，它和周围的介质材质影响介电 步压制干扰因素，获取目标管线的有效异常，然后进行准 确的定位。 常数存在较大的差异，而两种介质的反射界面也比较明显， （２）管线周围介质的均匀程度。城市地下管线都是通过 挖沟回填覆盖的方式埋设的，回填土与原土层结构被破坏， 水平、倾斜和垂直压线法是利用发射机的水平线圈在管 反射系数越大，图像就会越清楚。 线的正上方不产生激发效应，从而达到压制非目标管线异常、 突出目标管线异常的目的，压线法的工作原理见图１。 两者的介电常数和电导率也出现了较大的差异，严重影响目 标管线异常的识别。因此，在进行管线的探测时，要进一步了 解目标管线的规格、材质以及其埋设情况，通过和管线的连 续性、干扰随机性等特点有机结合。排除干扰继续识别连续 出现、波形特征稳定的目标管线的反射异常。 ４结语 在现在的城市地下管线建设过程里，在管材技术不断发 展的背景下，管线权属单位非金属管道的应用范围不断拓宽。 图１水平、垂直和倾斜压线法示意图 注：Ｔ１是水平压线法，Ｔ２是倾斜压线法，当Ｔ２直立时就变成垂直压线法 因为非金属管线没有导电功能，所以在管线探测时会有一定 难度。虽然探地雷达可以进行探测，但是在复杂的条件和干 扰因素下，难以保证探测效果和探测精度，同时也不适用于 ３各类非金属管线的探测 在城市地区里，地下的管线种类比较对而且复杂，管线 料等多种材质。对于金属管线来说，通过管线仪可以进行大 概的定位。但如果目标不是金属管线，那么可以进行探测的 大面积的城市地下管线普查。在解决非金属管线的探测问题 时，主要从两个方面入手：一是在管线铺设的同时埋设金属 金属管线探测仪探测示踪线就可以准确对地下管线进行定 位，所以应建立和完善管线建设的法规、标准，推广非金属管 发，由于地下管线的敷设越来越广泛，对于金属管线探测仪 不尽人意。除了雷达，利用声波技术制造的非金属管线测位 的材质也会不一样，就算是一种管线也会有铸铁、钢、砼、塑 示踪线或记标钉，为今后的非金属管线的探测提供条件，用 方法比较多，但是定位的位置准确度不高。这是由于地下管 道示踪线的埋设。二是加强非金属管线探测方法和仪器的研 线探测与物探找矿不同导致的，对于管线探测来说，它解决 较高。对于管线探测仪来说，它对非金属管线基本没有探测 于非金属的燃气、给水和高压污水管道没有可以应用的条件， 因此在地下管线探测中遇到复杂的状况时，通常使用的是探 地雷达来对管线进行精确定位。 ３．１雷达剖面上地下管线异常的特征 ［．】 建没部地Ｆ管线专业委员会，城市地下管线探测技术规程【Ｍ］．北京： 中国建筑工业出版社，２００４：６－７． 的是浅地表管线的空间准确位置问题，所以对精准度要求比 难以探测的问题很难解决，不管是其精度方面还是效率上都 效果，虽然管线仪可以配备探测非金属管道的探头，但它对 仪也被采用，但精度还有待于进一步提高。蹈 ［２】 周凤林，洪立波，等．城市地ｆ 管线探测技术手册【Ｍ】．北京：中国建筑 工业出版社，１９９８：６５－７２． 当地下管线与周围介质存在明显的电性（介电常数、电 导率）差异时，给水、燃气和排水等管道类管顶电磁波反射呈 【３】 福邦．城市地下管线普查技术研究与应用【Ｍ】，南京：东南大学出版 社 １９９９：７０－７１． ２Ｏ世界有色金属２０１６年１１月下