复杂条件下城市地下管线探测技术的应用探究

陈杭

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉430010）

物探技术是当前较为先进的探测技术，但是如果出现复杂的条件，地球物理异常形成的多解性与地球物理技术存在的应用局限性导致物探技术使用期间产生异常，难以进行解释与推断。在近距离条件下，探测并行管线，对非金属材质管线实施探测，消除与识别干扰类因素。如果不能解决探测过程中的难题，最终无法得到高质量的管线探测结果。现结合复杂条件情况，研究城市地下管线探测相关的问题。

1 地下管线探测技术的主要原理

在地下管线探查活动中，电磁法是比较常用的技术方法，其物性基础主要是周边介质与地下管线形成的导磁性差异、导电性差异，通过电磁感应原理完成研究与观测的基本任务，确定电磁场的时间以及空间具体的分布规律，定位地下管线。进行探测地下管线时，借助别动或者主动激发场源，管线内部产生电流，管线系统内部的电流在周边空间产生频率一致的交变类电磁场，通过物探设备在地面对电磁场进行观测，确认空间分布情况，依照电磁场的具体特征，掌握管线实际位置。

形成探测条件：将电磁场设置到地下管线系统中，可计算与探测分布特征与分布规律。处于目标管线上的场源需要激发电流，并形成一定的强度，电流不可过多地通过介质、干扰物与非目标管线，进而将干扰因素消除或者进行压制。

探地雷达借助周边介质与地下管线之间存在物性不同，实现探测目标，其属于非破坏类的探测设备，探测时重点运用高频电磁波，可实现地下介质分布状况的相应探测目标，可提供扫描图像。在地面转移发射填的位置，雷达可将高频电磁波发射到地下，电磁波与各个电性界面进行接触，产生反射作用，除此之外还有折射与透射。如果电介质之间存在过大的电性差异，就会形成更大的反射型回波能量。电磁波被通过反射的方式发送到地面上，接收天线和发射天线进行同步移动，借助雷达主机对信息实施记录，主要记录内容包括波长、振幅、相位与时间等，利用信号叠加有效放大，应用图像合成技术与滤波降噪技术，对数据实施处理以及加工，掌握地下剖面的基本状况，判读雷达图像，获取地下管线对应的分布状态与位置。

2 在复杂条件下针对地下管线应用探测技术

2.1 探测近间距并行式管线

城市中可使用的地下空间相对比较少，埋设管线时，主要运用平行埋设的方式，其会给探测近距离并行式管线构成较大的不利影响，如果管线之间的距离不大，异常曲线大多为单峰状态，无法通过峰值，对管线数量加以判断；如果管线之间的距离过大，异常同样会形成一些峰值，然而曲线存在不对称性，管线对应的平面位置针对异常峰值存在位移的情况。导致这些现象的原因是管线间产生互感与耦合的作用，进而形成了异常叠加。必须对这种异常情况展开压制，可调整工作方式：

可运用直接法，针对管线向外出露的位置，进行充电，对充电方向与接地进行调整，确保管线可以顺延目标管线进行流动，探测金属管道时可运用此种方法；运用钳管线形成感应电流，针对电力与电信类电缆可应用该方法。还可运用压线法，在一些特别的探测条件下，无法应用夹钳法与直接法，就可引进感应阀，在控制干扰问题时，可对垂直、倾斜以及水平压线法加以应用。如果两条管线位置相邻，但是材质与埋深均存在差异，管线处于电磁场内部的具体场位与磁感应性不一致，因此形成差异化的感应电流，借助发射机设备产生的压线感应，在目标管线中产生感应电流，对旁侧存在的干扰因素进行压制，对目标管线产生的有效异常加以获取，定位地下管线。

2.2 探测各种非金属类管线

地下管线具有丰富的种类，管线材质不一，在一个管线系统中，运用的材质也有很多种。通过管线仪装置来定位探测金属管线，但是无法完成非金属类管线的探测任务，当前可使用的物探技术也极为多样，但大部分使用效果均不佳。管线探测需对处于浅地表中的管线对应的精准空间位置定位问题加以解决，存在极高的精度要求，需符合厘米级别。管线探测仪装置在处理非金属管线时，很难产生相应的探测效果，因此可使用探地雷达。

一些影响因素会给探地雷达的使用构成相应的影响，周边介质的材质与地下管线材质会给探测影响。介电常数之间有差异，当差异增大之后，反射界面就更加明显，反射系数也因此而增大，异常图像更加清晰化，当介数差异缩小后，反射界面并不明显，雷达难以对反射信号进行探测。电导率同样也是关键的影响因素，介质吸收系数与电导率之间存有反比的关系，如果介质电阻率不大，但是吸收系数比较大，电磁波仅有较小的穿透深度，雷达难以接受反射信号。南北方的潜水面深度并不一致，北方偏深，南方偏浅，介质出现含水情况之后，原本的吸收系数因此而变大，在北方使用探地雷达有更好的效果。

管线周边介质的实际均匀程度是影响因素之一。在埋设地下管线时，往往采取挖沟回填以及覆盖的施工技术，最终原土层与回填土结构被破坏，因此电导率与介电常数也出现了不一致的情况，回填土内部存在一定的建筑垃圾，具体有砖头与块石，土质与这些杂物同样有电导率以及介电常数方面差异，干扰异常情况在雷达剖面上出现，影响到识别管线异常的工作。探测期间，必须预先掌握管线主要信息，包括埋设状况、材质与规格，不能忽视反射波出现的波形特征、规模与异常形态，以管线的干扰随机性与连续性为准，对具有稳定波形特征以及连续产生的反射异常加以探测与识别。

探测环境会产生一定的干扰性影响。使用雷达实施探测时，需在平坦的地势条件下进行，规避无线电式射频源与大件的金属材质物体，这些干扰因素在对雷达形成影响之后，使其反射波形成异常的情况，雷达系统可能无法有效工作。可使用的地下空间资源并不充裕，因此需要在近距离条件下埋设管线，部分管线采取平行排列的方法，另外还有斜列敷设与上下排列的方式，均会给雷达探测活动构成影响，探测管线的工作在全面落实前，应先调查各种不同的管线处于的具体位置，制作材质与具体规格，实现排除干扰的目标。

3 技术应用总结

建设城市期间，探测地下管线的工作具有极强的必要性，管线最初建设时，未保存完整材料，材料也欠缺精准度，管理地下管理工作存在落实不到位的情况，无法进行统一化的管理，与地下管线相关的法规与制度也有不少待完善之处，当前使用的探测技术较为单一化。因此需要先围绕管线的具体情况，形成集约化管理方案，既要解决管线无序的状况，不可进行重复建设，进而降低探测管线条件的复杂化程度。非金属类管道被更多地运用到地下管线系统中，煤气管道需要预防泄漏与腐蚀的状况，因此使用铝塑复合材质类管道、PE 管道以及PE 塑料管等，应用的新型管材也有很多。水管道系统也运用多种复合型非金属材质的管材，可预防积垢与结垢的情况。由于非金属管线不导电、不导磁，是管线探测的一大难题，探地雷达尽管可以探测，但在一些复杂条件下，探测效果和探测精度仍然得不到保障，也不适用于大面积的城市地下管线普查。解决非金属管线的探测问题应从两方面人手，一是在管线铺设的同时埋设金属示踪线或记标钉，为今后的非金属管线的探测提供条件，用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发，随着非金属地下管线敷设越来越广泛，金属管线探测仪很难解决非金属的探测问题，现在一些探测非金属管线的物探方法和仪器，无论是精度还是效率都不能满足城市地下管线探测的要求，不适用于大面积的城市地下管线普查。除了雷达，利用声波技术制造的非金属管线测位仪也被采用，但精度还有待于进一步提高。

结束语

本文重点研究了地下管线探测方面的问题，以复杂条件为基础，首先分析了探测中各种技术原理，而后在具体的复杂条件中，研究探测技术的实际应用情况，结合具体的应用状况，应当在日后的地下管线探测活动中做出调整，首先在铺设管线的环节中，需对记标钉与金属示踪线，以此来支持探测非金属类的管线的工作；同时研发探测非金属类管线的仪器装置与技术。