穿越长江超深钢质燃气管道水上探测方法与技术的研究

常庆芳　金富

摘要： 文章主要介绍如何对其穿越长江天堑，敷设于江底达20多米埋深的钢质燃气管道，在水上进行探测方法与技术的研究，其中包括加大探测深度“探孔探测法”研究及水上如何实施管道探测与RTK动态测量、水深仪探测水深同步技术等。

Abstract： This paper mainly introduces how to study the overwater detection methods and techniques of the steel gas pipeline cross Yangtze River and lay it in the river more than 20m. These mainly includes increasing the studies of detection depth "hand-hole detection"and how to implement the water pipeline detection and dynamic RTK measurement， water depth detection and water depth synchronizing detection.

关键词： 管线；超深管线探测；水上同步探测；水下天线

Key words： pipeline；ultra-deep pipeline detection；overwater synchronizing detection；underwater antenna

中图分类号：TU996.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0091-04

0 引言

地下管线探测技术人员熟知，对埋设于地下且深度不超过5m的金属材质管线在其探测中，相对于非金属管线而言，就目前探测技术水平，乃是一件易事。然而，近年来在各种市政管道建设中，当管道需要通过街道、水沟，河流等区域时，采用开挖沟槽方式铺设施工难度非常大，目前大多采用非开挖即俗称“顶管”技术予以实施。为避免地下原有管线或其它隐蔽物而不得不依实际情况随时改变铺设方向或深度（埋深可达近10m甚至更深）。埋深的加大给以原有的金属管线探测方法与技术提出了挑战。现有仪器设计有效探测深度大多都在5m以内，超常埋深管道定位和定深误差均超过“城市地下管线探测技术规程”中的限差要求，除此之外，若被探测管线穿越江河，湖泊等地段，由于有水原因给予探测带来更大难度，为适应市场需求和提高我国管线探测方法和技术水平，近年来，我公司结合具体工程开展不少方法实验和技术探讨，在此，结合工程实例，与同仁做经验介绍和技术交流并请指正。

1 工程简介

1.1 工程目的与任务

武汉科岛地理信息工程有限公司受委托，需对敷设多年、穿越长江，长约800余米，直径？准711㎜（外径）钢管材质的天然气管道的平面位置和埋深的探测。

1.2 实际完成的工作量及提交的成果

本次管线探测工程实际完成探测面积达35000m2，探测燃气管线总长为870m，管线点总数20个，绘制地下燃气管线图一幅。

1.3 燃气管线周围介质，地球物理特征和施工环境

①燃气管线周围介质和地球物理特征。本次所需探测的金属燃气管线穿越长江水底界面的岩性有粉质粘土，粉砂岩，粉细砂岩层，从岩石性质来看，经数万年的浸泡和冲刷，使原本有的高阻岩石的物性变成某种程度的较低电阻率之物性，虽与需要的金属管道仍有着较为明显的电磁性差异，仍不失应用电磁法进行探测的原理基础，但必定会由于介质的电阻率减低而给以方法的应用带来影响，尤其是在测深和定位的精度会带来额外误差。然而，对我们此次探测段经调查可幸的是其附近没有其它隐蔽工程（例如：光缆，动力电缆和其它金属管线）的存在，从而给以有用信号的提取与识别带来有利的一面。

②施工环境。施工区为长江江面。本次工程必须在水流湍急波浪起伏的长江水面上，对距江面深达30m～50m的江底之下燃气管道三维坐标之探测，可见，无论在方法上，还是技术上都面临着极大的挑战。

2 技术难度分析与措施

2.1 技术难度分析

本次工程与以往管线探测最大的不同点，亦即是最大的技术难点在于以下三个方面：其一是超深金属管线探测，其二是水上探测，其三是在流动的江面上进行探测，就必定涉及到数据采集之同步的问题。鉴于对本次探测工程所面临的三大技术难点，除利用以往经验外，还针对不同问题开展了方法研究。

2.2 措施

2.2.1 超深管道位置探测方法研究（探孔探测法）

我公司在以往几年里，承担非开挖地下管线探测工程较多，在其探测深度上做了大量的方法和技术探讨与现场实验并取得了较好效果。在此做以介绍，同时此次长江超深，水上对燃气金属管道的探测亦应用了我们积累的成果。

①探测仪器为ZB-2008型金属管线探测仪，单线圈可转动探头，探其二次磁场水平或垂直磁场分量。

②探测方法。在需要探测的管道附近打探孔，将仪器的探头做好防水绝缘处理，放入探测孔内，逐渐接近要探测目标管道，根据不同深度和不同水平位置探测孔内二次场强信号流变化，分析出目标管道的位置和深度，探头越接近管道误差越小。

2.2.2 探测数据分析方法

探测超常埋深金属管道位置，首先在探测目标管道（根据调绘资料）附近打一个？准100㎜之勘探钻孔，通过把仪器拾波探头放入桩孔内，逐渐接近管道，探测误差会逐渐缩小，先采用“谷值法”探测，如果探头放入桩孔后，仪器信号增益，调到比较大时，目标管道磁场感应信号强度很小或接近于零，说明目标管道在桩孔正下方或距离很近，如果目标管道磁场适应信号有一定的值，说明目标管道不在桩孔正下方，与桩孔有一定水平距离。通过分析比较桩孔内多个不同深度所获取的信号强度大小，可以判断出桩孔与目标管道的水平距离和垂直距离。通过比较不同水平位置两个孔内同一个深度磁场感应信号大小，即可以分析出目标管道在桩孔的方向，换而言之，亦可探出目标管道的具体位置。

勘探孔超深地下管线位置探测示意图如图1所示。

上述分析方法，该公司在以往地铁管线探测工程中（因有工程勘探孔）多次使用，解决诸多超深（达20m以上）金属管道探测难题。由于我们掌握超深金属管线探测技术，在其本文介绍的长江水上探测燃气金属管道就采用了本技术和方法并取得良好探测效果。

2.2.3 水上探测

作者以往曾在湖泊水上进行过敷设于湖底下面距水面管埋深约6m，任务系对燃气钢质管道外防腐绝缘状况检测，方法为“PCM多频管中电流法”。探测人员在其小船（小船被随时抛锚固定）上进行操作，取得良好效果。然而此次长江水上探测，则是面对波涛起伏的长江，根据施工环境，我们使用水上测量船配合RTK及水深仪等测量设备和水下天线进行探测。水深仪用于指导水下探测天线基本随江底地形并保持一定深度而移动。除此之外，还可根据方法需要，随时提供水下探测天线所需置于江中不同深度之位置，为实现“探孔探测法”的应用，经在工程所需探测段的实际模拟实验中，结论是：还需加大人工场源信号强度；从低频8kHz为佳，余下的探测技术难点只是如何实现探测与RTK动态采取坐标数据同步问题。

2.2.4 同步探测

实现同步探测应获取的同步数据有：长江水深，金属燃气管道所处的平面位置（根据管道二次场强度和异常形态做出判断）和应用RTK对燃气管道三维坐标的数据采集。该项任务，在某种程度上是利用水鱼控制天线解决了实现同步探测的技术关键。

2.2.5 实测全过程

由于该项工程特点和难度，我公司技术人员在较为坚实的方法与技术准备的基础上开始实测，实测工作分两部分进行，即地面和水上。

①地面工作。地面工作其任务系在燃气金属管道上用于检测“阶段保护电位”的检测桩上供以人工电场源，发射机型有三种，RD-8000型和RD-4000型，频率分别为8kHz，33 kHz和65 kHz，供电电流I为 250mA，除此之外，为增加输送电流和减小接地电阻R起见，与长江对面之“阴极保护检测桩”的金属管道连接桩柱予以接地，故而，形成金属管道探测的两端回路法。此种装置可加大探测深度，获取真实可靠的有用异常信号。通过方法实验，最终采用RD-8000型发射机做为场流，以频率8kHz进行该金属管线探测。

②水上探测。借鉴先期水上探测实验经验，作者根据现场环境，将测量船速控制在每5s/m，船上使用水深仪探测江面至江底水深，获取水深后，在水下天线确保不碰江底情况下，使用水下天线并使用测量船上的水鱼控制天线行驶和所需探测位置。在根据调绘资料在其管道附近反复进行了S型追索并同时收录RTK之所测数据。在管线探测异常段，每个测点除做垂直方向探测不同深度场强外，还在垂直管线走向方向做8次来回探测确定管线平面投影位置，尔后应用70%比值法确定埋深。

顺便在此尚需提及的是在实测中，水上所用金属管线仪接收机为RD-400型，（在地面已对RD8000型和400型接收机增益进行了系数改正和换算）原因系所用水下天线接口仅能配用RD-400型接收机。

3 探测误差分析及质量评述

3.1 探测误差分析

此次探测工程与地面金属管线探测工程不同点有超深，江水和同步三点会造成某种程度不同的探测误差，就其该三点做如下误差分析。

3.1.1 管线探测深度误差分析

根据《城市地下管线探测技术规程》对地下管线埋深为0.15H（H为管几何中心至地面高），我们应用本文中所提出的《探孔探测法》，将此次在水中不同埋深段所采集的B1、B2甚至B3进行了计算，即便对埋深达24m位置的管线点与我们通常使用的70%比值定深法，两者获得之深度绝对误差亦仅在6%，由此不难看出，此次超深管线探测方法和技术是正确可行的。

3.1.2 水介质对探测误差分析

由上述公式不难看出，水对电磁波的传播仅影响幅值大小（幅值减小）并不影响异常形态，说明仍可应用地面探测的方法理论和技术。

3.1.3 同步探测准确性程序的误差分析

此次工程从方法原理和技术上，获取电磁信号和水下天线位置的坐标（采集应绝对同步）。但由于客观原因无法绝对做到。虽此次测量船行驶进度5s/m，但依然会给水下燃气管道平面位置带来一定程度的误差。根据《城市地下管线探测技术规程》中平面位置限差为0.10h，此次探测结果，据与甲方提供的原有调绘资料对比，我们所提供的最终成果误差均在2.0m内，附和《规程》平面限差之要求。

3.2 质量评述

作者从事地下管线探测以来，在全国进行过多个城市地下管线探测，但绝大部分系地面上进行，虽亦做过河流、湖泊下的管线探测，但技术难度绝非与此次探测相比，为了完成这一任务，不仅在地面进行实验，还在室内亦做了诸多方法研究。正像在“误差”分析中所述，为了保证探测质量，还曾在实验区进行了方法实验。除此之外，还在实测中获取大量的数据进行反复对比，去伪存真，应用可靠的数据予以成图。最终提交成果的附合《规程》要求，得到用户和好评。

4 结束语

本次探测穿越长江的水下金属燃气管线仅有不足1公里长，10个管线点，但从它所穿越之高程在-9.1m～

-22.64m之间或波动，而水面的高程为12m，水底地面高程在6.3m和-6.5m范围内起伏，不仅如此，敷设管道离江底埋深亦随之江底起伏而在12米和28米之间变化，由此数据不难看出，技术难度绝非一般。本次探测工程，对我公司亦尚属首次，可谓是开历史之先河。正因如此，笔者才想借贵刊一角，与同仁做技术交流，起到“抛砖引玉”之作用，以望提高我国地下管线探测水平。

参考文献：

[1]袁厚明.地下管线检测技术[M].北京：中国石化出版社，2007.

[2]CJJ 61-2003，城市地下管线探测技术规程[S].中华人民共和国建设部.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3]梁希福，霍涛.地铁建设项目的管线探测[J].城市勘测，2009（01）.