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    城市地下管線探測方法

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    城市地下管線探測方法

    發布日期:2021-10-29 作者: 點擊:

    城市地下管線探測方法 

    目前國內外的地下管線探測技術,主要有電磁感應法、探地雷達法、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,并列舉了各種探測技術在地下管線探測中的

    地下管線是城市的重要基礎設施。近年來,隨著城市建設的發展,大力發展交通系統,能源體系,通訊,信息網絡等,如鐵路、地鐵、輕軌、供電、供熱、供氣等。各項工程的實施均離不開地下管線這一重要隱蔽基礎設施。由于種種原因,管線資料不全,有的與現狀不符,而且各種管線權屬于不同的部門,對管線管理不夠重視,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,對于促進城市建設和諧發展具有重要意義。

    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、燃氣管線、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 各種地下管線探測技術原理及應用

     探測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,各種地下管線探測技術原理追根究底都是利用這種物性差異來進行探測定位。不同的物性差異決定了不同的探測方法。根據探測時依據的不同物性差異可以將探測方法分為電磁感應法、地質雷達法、地震波法、高密度電阻率法、井中磁梯度法等。

    2.1 電磁感應法

     電磁感應法是地下管線探測的主要方法。是以地下管線與周圍介質之間有的導電率、導磁率和介電性為主要物性基礎(如表1所示),根據電磁感應原理觀測和研究電磁場空間和時間變化規律,達到尋找地下金屬管線或解決其它地質問題的目的。當地下管線與周圍介質間電性差異且管線長度遠大于管線埋深時,根據施加信號的方式不同,電磁感應法分為直接法、夾鉗法、感應法和示蹤法。

     直接法:直接法(也稱充電法)適用于探測大口徑的金屬管線。該方法是將發射機輸出端接到被測金屬管線上,利用直接加到被測金屬管線上的信號進行探測。按連接方式不同可分為單端充電法和雙端充電法。當目標管線有一個出露點時用單端充電法,把發射機的一端接到被測金屬管線上,另一端接地來探測地下管線。當目標管線有兩個出露點時,用雙端充電法,把發射機的兩端都接到被測金屬管線上。

     充電法的特點是信號強,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,可用于定位、定深或追蹤各種金屬管線。

    夾鉗法:信號夾鉗法適用于探測小口徑金屬管線和電纜。探測時無需中斷服務,這樣可以減小感應到非目標管線的信號,但是被探測的管線和電纜必須有出露點。工作時,將發射機信號施加于感應鉗上,再直接夾于被測金屬管線或電纜上。為了使信號能在管線上傳輸,管線與大地必須形成回路,所以目標管線的兩端應接地。在管線密集區探測時,夾鉗法是一種影響小的有效方法。

     感應法:感應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)。探測時,發射機的發射線圈產生一次電磁場,目標管線受一次電磁場的感應產生二次電磁場,分析接收機接收的目標管線二次電磁場信號來定位地下管線。

    示蹤法:示蹤電磁法是借助示蹤裝置,使其沿非金屬管道發射電磁信號,然后利用管線探測儀尋找追蹤信號,從而探測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。另一種是將一根有絕緣層的示蹤導線送入非金屬管線內,示蹤導線端部剝開一米左右,裸出金屬線,使它與管道內的水汽相接觸,以給信號提供回路。將發射機的一端接到示蹤導線上,另一端接地,這樣在整個導線上產生交變電流,在其周圍產生二次電磁場。然后利用一般地下管線儀追蹤電磁信號,從而探測到非金屬管線。

    甚低頻法:甚低頻電磁法,簡稱甚低頻法(VLF),是采用許多為軍事、商船通訊及導航設立的強功率長波電臺作為物探的發射場源,達到勘測或解決其他問題的一種電磁法。甚低頻法所用電臺的發射頻率為15-25kHz,信號穩定,在地球上一點都少能收到一個甚低頻電臺所發射的電磁信號,這也為開展此方法提供了有利條件。工作時,先將接收機校準到所選電臺的頻率,甚低頻無線電發射的電磁場使金屬管線感應,產生二次電磁場,分析二次電磁場來定位目標管線。它具有場強均勻、噪聲低、電臺工作時間長等特點。該方法簡便、成本低、工作頻率高,但精度低、干擾大。其信號強度與無線電臺與管線的對方位有關,可用于搜索電纜或金屬管線。

    2.2 地質雷達法

     地質雷達法(又稱探地雷達)工作時,由發射天線向地下介質發射一定頻率的高頻脈沖電磁波,當電磁波在巖層中遇到探測目標時,電磁波會反射回地面,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管線的剖面圖,從而達到定位目標管線的目的。雷達波在地下介質中的傳播遵循波動方程理論,反射回地面的電磁波脈沖,其傳播路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態而變化,因此,從接收到的雷達反射回波走時(亦稱雙程走時)、幅度及波形資料,可以推斷出地下管線的位置。                         

    電磁波在介質中的雙程走時t=。式中,t為脈沖波行程時間,Z為管線埋深,X為收發天線間距,V為電磁波在介質中的傳播速度。V可根據寬角法直接測量,也可根據介質的相對介電常數計算,即:

    式中:

    c——真空中的光速(c=0.3m/ns)。

     當收發天線間距時,目標體的埋深可由式計算得到。

    探地雷達既能探測金屬管線,又能探測非金屬管線,應用范圍廣泛。其探測主要取決于目標管線與周圍介質的電性差異。

    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|的波阻抗值(密度、速度)差異,當地下不同介質界面兩側的彈性波速度和波阻抗差越大時,地震波法探測就越好。

     以地下各種介質的彈性和密度的差異為基礎,在地表以人工方法激發地震波,在地下傳播的地震波遇到不同介質的分界面時(如地下金屬、非金屬管線與周圍介質的分界面),會產生反射、折射和透射;地震波在地下不同介質中的傳播速度各不相同,研究分析人工震源產生的地震波的傳播規律,通過對地震波記錄進行處理和解釋,可以推斷地下管線的位置和埋深。根據地震波不同,地震波法又具體分為直達波法、折射波法、反射波法和瑞雷波法幾種。探測地下管線時,常用瑞雷波法,利用地下管線與周圍介質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電阻率法的探測原理相同,都是以以目標管線與周圍介質之間的導電性差異為基礎的一種物探方法。利用高密度電阻率法探測時,將數十根電極一次性布設完畢,利用轉換器選擇不同的電極排列方式和移動方式,快速采集現場數據。根據電極排列形式和移動方式的不同,將電阻率法分為電測深法、電剖面法和高密度電阻率法。高密度電阻率法實際上集中了電剖面法和電測深法的雙重特點,可實現現場數據的快速采集,采集信息量大,并在現場進行數據實時處理,提高了工作效率。

    2.5 井中磁梯度法

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

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