近間距平行地下管線探測方法探討
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摘要: 本文結合工程實例，利用夾鉗法和壓線法對地下管線進行探測與分析，并結合直讀法和特征點法( 70%法) 對管線的定位和定深進行討論與總結。
關鍵詞: 近間距; 平行地下管線; 壓線法; 特征點法
1、引言
近間距平行地下管線的探測是管線探測的四大難題之一。本文結合壓線法、夾鉗法等方法對近間距平行地下管線實測資料進行了分析與研究，同時對由于多條密集平行管線干擾造成的測深誤差及平面定位錯誤進行了分析，具有一定的實用價值。
2、基本方法與原理
地下管線探測的基本原理主要是以地下管線與其周圍介質的物理性質差異( 如密度、速度、電性、磁性、導熱性等) 為物質基礎，采用適當的地球物理方法測量各種物理場的特征，進而達到對地下管線的定位和定深等目的。地下管線的精確定位與定深是城市地下管線探測的核心問題，目前定位的方法有直接法、夾鉗法和感應法。定深的方法有直讀法、精確定深法。
2.1 直接法
直接法也叫充電法，是將發射信號的輸出端直接連接在被測管線上，通過改變接地或充電方向盡
量讓電流沿目標管線流動，利用接收機接收產生的交變電磁場。根據連接的方式可以分為單端充電法和雙端充電法。
2．2 夾鉗法
夾鉗法是將備用的環形夾鉗套在被測金屬管線上，通過夾鉗形成的環形磁場直接耦合到被測管
線上，并產生感生電流，用接收機接收被測管線的信號。
2．3 感應法
感應法是通過發射機發射線圈產生一次電磁場，被測管線受一次電磁場感應產生二次電磁場，
利用接收機接收被測管線產生的二次場信號來進行管線探查。根據壓制干擾管線的方式不同，有垂直壓線法、水平壓線法和傾斜壓線法。
( 1) 直壓線法( 水平偶極子)
將發射機呈直立狀態，置于管線的正上方，可突出目標管線的異常，但當兩管線的間距較近時效
果不好。
( 2) 平壓線法( 垂直偶極子)
將發射機呈平臥狀態，置于管線的正上方，可壓制地下管線的干擾，是區分平行管線的有效手段。
( 3) 斜壓線法( 傾斜偶極子)
當相鄰管線間距較小時，不宜采用垂直壓線法，而采用水平壓線法探測效果也不一定理想。此時采用傾斜壓線法能取得較好的效果，即發射機線圈傾斜使其與干擾管線不耦合，可達到既能抑制干擾管線的信號，又能增強目標管線的異常。
2．4 直讀法和精確定深法
直讀法是利用接收機中上、下兩個垂直線圈( 線圈面垂直) 分別接收管線正上方產生的磁場水平分量值，根據深度計算公式經儀器計算電路，求得管線埋深，由顯示器直接顯示深度值。精確定深法常用的有45°法、特征點法。
( 1) 45°法
儀器極小值定位后，使接收探頭與地面成45°角沿垂直管線走向的方向移動，當儀器出現零值
( 或極小) 點后，零值點到管線在地面投影位置的距離就是管線的埋深。
( 2) 特征點法
特征點法基于探測設備的不同而不同，較常見的有80%法、70%法、50%法、25%法等。70%法是
一種經驗求深法，即峰值點兩側70%極大值處兩點之間的距離為管線的埋深。
3、工程實例分析
本文結合工程實例，采用壓線法和夾鉗法，利用不同的發射頻率，對近間距平行地下管線的探測
效果進行了分析與比較。同時利用直讀法和特征點法( 70%法) 對管線埋深的探測誤差進行了分析。
3.1 管線埋設基本情況
試驗對象為上海某地間距為1.0 m 的并行給水管道和電力直埋電纜。其中，給水管道的管徑為
300 mm，材質為鑄鐵，埋深1.1 m; 電力直埋電纜埋深0.76 m。
3.2壓線法與夾鉗法結果分析
為水平壓線法所測得的管線異常曲線，發射器分別水平放在電力直埋電纜和給水管道正上方，分別用80 kHz、38 kHz、9.5 kHz 的發射頻率發射信號。
圖1 為水平壓線法所測得的管線異常曲線，發射器分別水平放在電力直埋電纜和給水管道正上方，分別用80 kHz、38 kHz、9.5 kHz 的發射頻率發射信號。根據圖1的異常曲線可以清晰地分辨出電力直埋電纜的位置，而未觀察到給水管線的異常，當發射頻率越高時，異常越明顯。
圖1管線異常曲線法( 水平壓線法)
圖2為垂直壓線法所測得的管線異常曲線，發射器分別垂直放在電力直埋電纜和給水管道正上方，分別用80 kHz、38 kHz、9.5 kHz 的發射頻率發射信號。從異常曲線中可以看到，采用垂直壓線法，無論是壓制給水管線的信號，還是壓制電力直埋電纜的信號，異常曲線圖上顯示的基本是單峰異常，且異常位置并不位于目標管線的正上方，而是位于兩條管線之間靠近電力直埋電纜一側。
圖2 管線異常曲線( 垂直壓線法)
圖3管線異常曲線( 傾斜壓線法)
圖3 為傾斜壓線法所測得的管線異常曲線，發射器位于電力直埋電纜和給水管道之間，分別用80 kHz、38 kHz、9.5 kHz 的發射頻率發射信號。從三種發射頻率的異常曲線可以看到，采用傾斜壓線法探測電力直埋電纜時，從異常曲線中能夠分辨出其異常，但采用38 kHz 的發射頻率探測的結果，探測的平面誤差要小于80 kHz 和9． 5 kHz。從異常曲線圖中，可比較清晰地分辨出給水管線的位置，而電力電纜未見異常反映。
本文采用了直讀法和特征點法( 70% 法) 對管線的埋深進行了測量，計算并分析了不同的激發方式下所測得的管線埋深。
1) 采用70% 法測量的精度要高于直讀方法。所有70%法測量的結果其精度均符合現行行業標準《城市地下管線探測技術規程》( CJJ61―2003)［10］的規定要求; 而直讀法測量的大部分結果都不能符合規定的精度要求。
2) 直讀測量直埋電纜的埋深時，水平壓線法的測量結果均符合現行行業標準規定的精度要求; 傾斜壓線法的測量結果基本符合現行行業標準規定的精度要求; 而垂直壓線法的測量結果則都不符合現行行業標準規定的精度要求。
3) 給水管線的埋深不宜采用直讀測量方法。
4 、結束語
1) 近間距并行管線所對應的管線組合比較復雜，不能簡單地根據異常峰值的數量來判斷有多少條管線。對于近間距并行的管線，可通過改變激發方式來進行探測。各種探測方法各有所長，亦有局限之處，使用時應注意方法的應用條件。
2) 如果現場管線有出露，或有管線的附屬物時，應該優先選擇夾鉗法探測該管線，然后根據現場條件選擇相應的探測方法探測其他管線。
3) 與其他壓線方法相比，傾斜壓線法受現場條件的限制少，操作簡單，取得的探測效果也比較好，是一種很有效的實用探測方法，可作為近間距并行管線探測的主要方法之一。采用傾斜壓線法探測時，適宜選擇較高的工作頻率進行激發。
4) 采用水平壓線法探測時，如果目標管線上有窨井，應優先選擇將發射機放在窨井中，并選擇較高的發射頻率進行信號激發; 探測電纜時，適宜選用較低的發射頻率。
5) 大多數情況下，采用垂直壓線法探測，基本都能夠分辨出兩條并行的地下管線。
6) 在測量管線埋深時，應優先選擇70% 法來測量管線的深度，其測量精度一般高于直讀法，尤其當測量的對象是管道時更應如此。
總之，加強對近間距平行地下管線探測方法的研究，有利于城市管線探測工作的開展，在進行復雜情況下的管線探測時，應結合與之相應的方法技術進行探測，確保地下管線探測的精確定位。
注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
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