咨詢熱線:17736920826
咨詢熱線:17736920826非金屬管線探測(cè)的方法概述
本站 2018/3/5 10:37:54
城市地下管線是城市的血脈和神經(jīng)，是城市正常運(yùn)行的保證。但由于各種原因造成地下管線家底不清、資料不全，在城市建設(shè)中因地下管線現(xiàn)狀不清引發(fā)安全事故。
近年來隨著城市化的不斷加快，城市地下管線材質(zhì)日益豐富，非金屬管線大量替代金屬管線。金屬管線本身導(dǎo)電、導(dǎo)磁，一般情況下與周邊介質(zhì)有明顯的物性差異，可以選用電磁感應(yīng)法等快速有效的方法。非金屬管線由于不導(dǎo)電、導(dǎo)磁，與周邊介質(zhì)物性差異小，對(duì)于有出入口的非金屬管線可以采用示蹤電磁感應(yīng)法，但對(duì)于沒有出入口的非金屬管線則需采用其他物探方法。本文對(duì)非金屬管線的探測(cè)方法進(jìn)行了概述，以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并希望能夠?yàn)槌鞘?a href="http://www.killshotvirus.com/list/?10_1.html" target="_blank">地下管線探測(cè)工作者提供借鑒。
探地雷達(dá)是根據(jù)電磁波在地下傳播過程中遇到不同的地質(zhì)界面會(huì)發(fā)生反射的原理進(jìn)行的。一般情況下目標(biāo)管線和周圍介質(zhì)都存在物性（主要是電性）差異。
探地雷達(dá)將高頻電磁波以寬頻短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線送入地下，經(jīng)地質(zhì)界面或管線反射后返回地面，另一天線接收。
來自地質(zhì)界面的反射波其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電磁性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，由此可根據(jù)反射波的旅行時(shí)間（雙程走時(shí)）、幅度、波形及介質(zhì)電磁波速度等，推測(cè)地下管線的空間位置和埋深（見圖2.1）。已知管頂處反射波旅行時(shí)間、平均介質(zhì)電磁波速，則地下管線管頂埋深可由下式計(jì)算得到：
d0=v·t0/2
式中： d0------地下管線管頂埋深；
v ----為平均介質(zhì)電磁波速；
t0----管頂處反射波旅行時(shí)間。
圖2.1 探地雷達(dá)工作原理示意圖
1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及資料調(diào)繪確定目標(biāo)管線的大概走向，沿管線走向垂直布設(shè)測(cè)線。
2） 波速測(cè)定：探測(cè)前在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇已知深度管線測(cè)定地下介質(zhì)平均波速v（單位cm/ns）；
3）采樣時(shí)窗估算：探測(cè)深度h一般宜選擇為目標(biāo)深度的1.5倍，時(shí)窗選擇略有富余，寧大勿小。
2、孔中雷達(dá)
1）由于近地表電導(dǎo)率高，地面雷達(dá)的有效探測(cè)深度多在幾米范圍內(nèi)，不適于進(jìn)行深部探測(cè)。而孔中雷達(dá)可以通過鉆孔直接進(jìn)入地下深部（見圖2.2）。
圖2.2 孔中雷達(dá)探測(cè)原理及現(xiàn)場(chǎng)
2）孔中雷達(dá)與地面雷達(dá)的基本原理相同，包括雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，并內(nèi)置于不同的天線內(nèi)。
3）孔中雷達(dá)可以采用以下模式:跨孔、地面-孔中等模式。
4）孔中雷達(dá)是一項(xiàng)新的技術(shù)，多應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、核廢料掩埋場(chǎng)導(dǎo)水?dāng)嗔褞綔y(cè)等。該技術(shù)對(duì)解決大埋深非金屬管線提供了理論基礎(chǔ)和可能。
1）鄰近管線排除：城市復(fù)雜條件下應(yīng)首先對(duì)目標(biāo)管線周圍其它金屬管線或具備示蹤法條件的非金屬管線完成探測(cè)。
2）填土不密實(shí)：雷達(dá)斷面上的波形表現(xiàn)雜亂無章，目標(biāo)管線波形基本被覆蓋�？梢岳瞄_挖溝槽回填土與周圍土壤的差異探測(cè)管線大概位置，結(jié)合釬探探測(cè)管線深度。
3）地下長條形、橢圓形物體干擾：有些時(shí)候，在布設(shè)的雷達(dá)斷面上，有可能產(chǎn)生一些類似管線異常，為避免誤判，應(yīng)在探測(cè)異常斷面附近應(yīng)重新布設(shè)斷面以驗(yàn)證。
4）地下介質(zhì)介電常數(shù)受回填土、含水量等影響較大，因而應(yīng)對(duì)地下平均介質(zhì)波速v進(jìn)行經(jīng)常性驗(yàn)證。
5）地下管線埋深較淺時(shí)，時(shí)窗不宜設(shè)置過大，以有效突出管線反射信號(hào)；管線直徑較小時(shí)，天線移動(dòng)速度不能太快，否則圖像上會(huì)出現(xiàn)線狀強(qiáng)反射信號(hào)，而很難出現(xiàn)雙曲線特征，影響判讀。
6）雷達(dá)在電導(dǎo)率低、低渦流的介質(zhì)中特別適用。在含水率高的介質(zhì)中，電磁波易被吸收，有效測(cè)深不足。
7）管徑與可探測(cè)深度關(guān)系可以用以下估算：
Rv=0.08H 0＜H＜3m
Rv=0.50H H≥3m
例如：2米深度，當(dāng)管徑小于160mm時(shí)基本不可探測(cè)。
3米深度，當(dāng)管徑小于1500mm時(shí)基本不可探測(cè)。
優(yōu)點(diǎn)：一種非破壞性技術(shù)，應(yīng)用范圍廣，效率較高，采用微機(jī)控制與成圖，圖像清晰直觀，適于探測(cè)各類材質(zhì)管線。
缺點(diǎn)：就地下管線探測(cè)而言，受回填土和鄰近非目標(biāo)管線的雜亂回波干擾較大，受探測(cè)場(chǎng)地平整度限制，探測(cè)深度有限。
示蹤法是電磁感應(yīng)法的一種特殊形式，包括示蹤探頭、示蹤線等。
一種微型磁偶極子發(fā)射線圈，用于定位有出入口的非金屬管線。
（1）示蹤探頭追蹤
以探頭進(jìn)入管道的入口為起點(diǎn)，每隔一定間距，停止探頭前進(jìn)，進(jìn)行探頭的定位。
（2）示蹤探頭精確定位：
第一步：接收機(jī)表頭垂直于示蹤探頭軸向，沿示蹤探頭軸向移動(dòng)，在經(jīng)過探頭時(shí)出現(xiàn)三個(gè)峰值響應(yīng)。依次為次峰值—谷—峰值—谷—次峰值，主峰值點(diǎn)為示蹤探頭縱向峰值點(diǎn)。如圖3.1所示。
第二步：定位縱向峰值點(diǎn)后，接收機(jī)以縱向峰值點(diǎn)為中心，沿垂直于示蹤探頭軸線的方向移動(dòng)，橫向峰值點(diǎn)位置為示蹤探頭平面位置。如圖3.2所示。
3.1示蹤探頭縱向定位原理 3.2示蹤探頭橫向定位原理
（3）示蹤探頭深度測(cè)量
示蹤探頭縱向兩個(gè)谷值點(diǎn)距離的70%為示蹤探頭準(zhǔn)確深度。如圖3.3所示。
圖3.3示蹤探頭測(cè)深原理
示蹤線法分兩種情況，一種是在非金屬管線鋪設(shè)過程中沿管線鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線，如3.4所示；二是在有出入口的非金屬管線內(nèi)部穿入一根金屬導(dǎo)線，至少保證導(dǎo)線端部剝開1米左右，裸露出金屬線，以與管道內(nèi)汽水接觸，提供信號(hào)回路，如3.5所示。探測(cè)時(shí)，須使用發(fā)射機(jī)直接法對(duì)導(dǎo)線施加信號(hào)，其它探測(cè)方法同金屬管線電磁感應(yīng)法。
3.4隨管線埋設(shè)鋪設(shè)示蹤線
3.5 空管內(nèi)穿入示蹤線
由發(fā)射機(jī)（震蕩器）發(fā)射一定頻率的聲波信號(hào)，該信號(hào)由與管線連接的振動(dòng)器傳輸?shù)焦鼙诨蚬艿纼?nèi)流體上并沿管壁或管道內(nèi)流體向遠(yuǎn)端傳播，接收機(jī)（拾音器）在地面上捕捉該聲波信號(hào)，從而確定管線位置,如4.1所示。
該類設(shè)備包括發(fā)射機(jī)、震蕩器、接收機(jī)、拾音器、耳機(jī)等。
4.1聲波傳導(dǎo)探測(cè)原理
其工作原理類似于探地雷達(dá)，只是發(fā)射機(jī)發(fā)射的是聲波、接收機(jī)接收的也是聲波，工作模式也是采取斷面掃描的方法，通過監(jiān)控反射波的強(qiáng)度、速度、時(shí)間間隔分析地下介質(zhì)變化探測(cè)地下管線。不同于探地雷達(dá)，聲波反射不受地下介質(zhì)電導(dǎo)率影響，但當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)不密實(shí)時(shí)探測(cè)效果受影響較大。
4.2聲波反射探測(cè)原理
（1）地震波法是以地下各種介質(zhì)的彈性波波速及波阻抗差異為基礎(chǔ)，研究有人工震源（如錘擊）產(chǎn)生的地震波傳播規(guī)律，用來解決地下介質(zhì)分布狀況的一種物探方法。根據(jù)利用地震波的不同，又分為直達(dá)波法、折射波法、反射波法和瑞利波（面波）法，在地下管線探測(cè)中比較常用的是面波法或地震映像法。
5.1地震波法原理
（2）人工震源：如重錘、連續(xù)震動(dòng)源、氣動(dòng)震源等。
用于探查直徑、埋深較大的金屬和非金屬管道、管溝、排水箱涵、人防巷道等。
（1）在野外觀測(cè)作業(yè)中，垂直于管道走向布置測(cè)線，沿測(cè)線等間距布置多個(gè)檢波器來接收地震波信號(hào)。
（2）依觀測(cè)儀器的不同，檢波器或檢波器組的數(shù)量少的有24個(gè)、48個(gè)，多的有96個(gè)、120個(gè)、240個(gè)等。
（3）每個(gè)檢波器組接收的信號(hào)通過放大器和記錄器，得到一道地震波形記錄，稱為記錄道。記錄器將放大后的電信號(hào)按一定時(shí)間間隔離散采樣，以數(shù)字形式記錄原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)可回放而顯示為圖形。
（4）常規(guī)的觀測(cè)是沿直線測(cè)線進(jìn)行，所得數(shù)據(jù)反映測(cè)線下方二維平面內(nèi)的地震信息。這種二維的數(shù)據(jù)形式難以確定側(cè)向反射的存在以及地質(zhì)體走向方向等問題，為精細(xì)詳查地層情況以及利用地震資料進(jìn)行地質(zhì)體描述，有時(shí)在地面的一定面積內(nèi)布置若干條測(cè)線，以取得足夠密度的三維形式的數(shù)據(jù)體，這種工作方法稱為三維地震勘探。三維地震勘探的測(cè)線分布有不同的形式，但一般都是利用反射點(diǎn)位于震源與接收點(diǎn)之中點(diǎn)的正下方這個(gè)事實(shí)來設(shè)計(jì)震源與接收點(diǎn)位置，使中點(diǎn)分布于一定的面積之內(nèi)。
（5）把數(shù)據(jù)下載到室內(nèi)計(jì)算機(jī)上，處理生成地震實(shí)測(cè)剖面圖圖或三維圖。
優(yōu)點(diǎn)：受介質(zhì)電導(dǎo)率影響較��；它適用于較大口徑深埋金屬、非金屬管線；淺部干擾管線影響不大。
缺點(diǎn)：探測(cè)鋼筋混凝土管線平面定位精度、埋深精度難以達(dá)到規(guī)范要求；探測(cè)塑料管線平面定位精度不高，難以測(cè)定深度；城市環(huán)境下受車輛等振動(dòng)、噪聲等影響大。
1）電阻率法是以地下管線與周圍介質(zhì)之間導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過供電電極向地下供電，然后研究由于地下介質(zhì)、管線的存在引起的電場(chǎng)變化，如圖6.1所示。電阻率儀通過測(cè)量電極得到不同測(cè)點(diǎn)間電位差，借此計(jì)算各測(cè)點(diǎn)間的視電阻率。
6.1電阻率法原理示意圖
2）高密度電阻率法實(shí)際上是集中了電剖面法和電測(cè)深法。其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測(cè)中設(shè)置了高密度的觀測(cè)點(diǎn)，是一種陣列勘探方法，儀器采用程控方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和電極控制，如圖6.2所示。
它可實(shí)現(xiàn)電阻率的快速采集，并能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在接地條件較好的路段，可以用來探測(cè)一些深埋管道。
6.2電阻率法裝置示意圖
3）高密度電阻率法野外測(cè)量時(shí)將全部電極(幾十至上百根)置于剖面上，利程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動(dòng)采集。
在接地條件較好的場(chǎng)地探測(cè)直徑較大的金屬或非金屬管道。
鋼、鑄鐵等金屬材質(zhì)管線或含金屬骨架的管道電阻率低于周圍土層電阻率，而塑料、橡膠、陶瓷等材質(zhì)管道的電阻率高于周圍土壤，這為分辨地下管道的電性差異提供了良好的基礎(chǔ)。因而，電阻率法即可以對(duì)金屬管線進(jìn)行探測(cè)，也可以對(duì)非金屬管線進(jìn)行探測(cè)。
（1）首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查或相關(guān)資料確定目標(biāo)管線的大致走向、深度、材質(zhì)、規(guī)模，以初步確定電極間距等參數(shù)。
（2）在已知區(qū)域根據(jù)初步確定的參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過地形改正、壞點(diǎn)去除等預(yù)處理，使用反演軟件進(jìn)行反演成圖，與已知情況進(jìn)行對(duì)比，選擇參數(shù)，再對(duì)未知區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。如圖6.3、6.4所示。
6.3電阻率法金屬管道模型及正演結(jié)果、反演結(jié)果
（3）施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)線布置：垂直待測(cè)地下管道并布設(shè)測(cè)線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果布設(shè)電極。
（4）通過供電電極向地下供電，然后通過測(cè)量電極得到不同測(cè)點(diǎn)間的電位差，借此計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)間的視電阻率。
（5）數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過地形改正、壞點(diǎn)去除等預(yù)處理，使用反演軟件進(jìn)行反演繪制地電斷面圖。
（6）在高阻區(qū)中解析、推斷低阻區(qū)，在低阻區(qū)中解析、推斷高阻區(qū)。對(duì)有相同特征規(guī)律的多個(gè)斷面中的低阻區(qū)或高阻區(qū)連線即為管線走向和埋深。
（1）優(yōu)點(diǎn)：
與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）電極布置一次性完成，不僅減少了因電極設(shè)置引起的故障和干擾，并且提高了效率。
2）能夠選用多種電極排列方式進(jìn)行測(cè)量，可以獲得豐富的有關(guān)地電斷面的信息。
3）野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。此外，隨著地球物理反演方法的發(fā)展，高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。
4）加大電極間距可以改變勘探深度，設(shè)計(jì)好電極間距，可以達(dá)到其它方法達(dá)不到的勘探深度。
（2）缺點(diǎn)：
1）在高密度電阻率法實(shí)際工作中，最大電極距的布置是根據(jù)所要勘探的深度決定的，為了能勘探到所需深度h，電極距必須大于3h。然而在地下管線探測(cè)中，往往不能漏測(cè)小異常體，這就要求點(diǎn)距要足夠小。因此既要考慮管線埋深，也要管線規(guī)格。
2）在城市復(fù)雜環(huán)境下，容易受外界各種因素影響，抗干擾能力差、探測(cè)精度不高，不能作為一種獨(dú)立方法對(duì)管線進(jìn)行探測(cè)，需要與其他方法綜合使用。
3）數(shù)據(jù)處理解釋較復(fù)雜。
4）是一種體積探測(cè)方法，當(dāng)埋深過大或體積過小，會(huì)影響探測(cè)效果。
5）城市環(huán)境下測(cè)線及電極布置受限較多，難以布設(shè)長距離測(cè)線、電極與地面耦合效果難以實(shí)現(xiàn)。
記標(biāo)法是RFID射頻識(shí)別技術(shù)在地下管線的一種應(yīng)用，一般由記標(biāo)和記標(biāo)探知器兩部分組成。其工作原理是記標(biāo)在記標(biāo)探知器特定頻率磁場(chǎng)的激發(fā)下可產(chǎn)生同頻二次場(chǎng)，記標(biāo)探知器也可以接收記標(biāo)發(fā)射的同頻二次場(chǎng)。
7.1記標(biāo)法工作原理
在管線埋設(shè)的同時(shí)，將記標(biāo)埋設(shè)于管道的關(guān)鍵部位，查找管線時(shí)使用記標(biāo)探知器查找記標(biāo)，即確定了管線位置。
目前應(yīng)用于地下管線的記標(biāo)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，通過記標(biāo)探知器將管線信息寫入或讀出記標(biāo)。
由于RFID具有無需接觸、自動(dòng)化程度高、耐用可靠、識(shí)別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境等，在非金屬管線的定位、標(biāo)識(shí)方面具備其它物探方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。但目前記標(biāo)的成本、價(jià)格仍比較高，在國內(nèi)應(yīng)用處于起始階段，現(xiàn)狀管線埋設(shè)記標(biāo)的不多。
地下管線慣性定位技術(shù)是一種管內(nèi)測(cè)量定位技術(shù)，不受管線埋深、材質(zhì)、周邊介質(zhì)與地表環(huán)境影響，但需要管道兩端開口，因此，適合在管道覆土竣工后投入使用采用。
釬探是在采取其它物探方法初步確定管線概略位置后，對(duì)埋深不超過3米，規(guī)格較大的管道可以采取多點(diǎn)釬探的方法。
鉆探是在采取其它物探方法初步確定管線概略位置后，對(duì)埋深超過3米，對(duì)于大規(guī)格管線選取無損鉆探設(shè)備進(jìn)行精探，如靜力觸探鉆機(jī)。該機(jī)通過液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將電測(cè)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(duì)探頭的貫入阻力。
更多相關(guān)信息 還可關(guān)注中鐵城際公眾號(hào)矩陣 掃一掃下方二維碼即可關(guān)注
