1、复杂条件下地下的管线探测方法第 32 卷第 1 期2008 年 2 月物探与化探GEOPHYSICALGEOCHEMICALEXPLORATIONVol|32.No.1Feb.,2008复杂条件下地下的管线探测方法陈穗生,梁瑜萍(广东省地质物探工程勘察院,广东广州 510800)摘要:比较系统地分析了近间距并行管线和多电缆管道的探测方法 ,包括选择激发法,压线法,直接法,夹钳法和计算机反演解释方法,总结了探测要点,通过实例说明只要方法恰当,探测精度可满足要求.关键词:地下管线;探测误差;压线法;夹钳法中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:10008918(2008)01 009605
2、地下管线探测的复杂条件,通常是指管线密集.由于常用的管线探测仪是针对理想条件(自由空间中的单条载流无限长导体)设计的,当探测对象是单条管线或虽有多条管线但间距较大时,观测参数不论是磁场水平分量,还是磁场水平分量垂直梯度,它们的异常形态都较为规则,1 条管线只对应 1 个单峰对称的异常,此时探测精度较高.但实际作业中,往往遇到的是沿道路两边多条管线并行且间距较小,由于磁场的叠加,致使异常形态畸变,多条管线可能只对应 1 个单峰异常,峰值也可能偏离管线中心位置,造成探测误差较大,甚至会带来错误的结果.因此,只有掌握复杂条件下的管线探测方法,才能达到提高探测精度的目的.1 探测方法管线密集条件下的探
3、测主要有 2 类情况:一是近间距并行管线,二是多电缆管道.下面分别讨论.1.1 近间距并行管线1.1.1 异常特征据理论正演计算的结果,地下多条近间距并行管线异常主要特征为:和异常往往不是多峰而是单峰,因此不能简单地利用多少个峰来判断是否存在多少条管线;除特殊情况外,一般具有不对称性,这也是判断是否单一管线的主要依据;当管线的电流为同向时,受干扰影响的半边异常相对变宽变缓,异常峰值向干扰一侧位移,干扰异常愈强,位移愈大;当各管线的电流方向为反向时,受干扰影响的半边异常相对变窄变陡,峰值往受干扰的反方向位移,干扰异常愈强,位移也愈大;相邻管线电磁异常的相互影响,相对收稿日期:20060810要大
4、些,如峰值偏离管线中心位置要大些,次级异常弱些,异常的分异性也差些.1.1.2 探测方法对于近间距并行管线,常用的探测方法有选择激发法,压线法,直接法,夹钳法等.选择激发法就是利用发射线圈面与干扰管线正交不激发,发射线圈面与干扰管线斜交弱激发,发射线圈远离干扰管线而无激发等特点,达到只选择目标管线激发的目的.压线法是通过改变发射线圈与管线的相对位置,达到既能抑制干扰信号,又能增强目标信号的目的,包括水平压线法,倾斜压线法和垂直压线法.其中,后 2 种方法是 1996 年在广州市地下管线普查过程中研究总结的成果 J.水平压线法:发射线圈水平位于干扰管线的正上方,此时干扰管线不激发或激发最弱,可起
5、到抑制干扰信号,探出目标管线的目的.倾斜压线法:选择在靠近目标管线的上方,通过倾斜发射线圈并使其与干扰管线不激发或激发最弱,就可以达到既抑制干扰信号,又增强目标信号的目的.垂直压线法:发射线圈垂直放在干扰管线的水平方向,此时干扰管线不激发或激发最弱,可起到抑制干扰信号的目的.直接法也即充电法,就是利用管线出露部分,直接向管线充电,并通过改变接地或充电方式,尽量让电流沿目标管线流动,包括单端充电,双端充电等.此方法的探测深度较大.夹钳法就是利用专门的感应钳,使被钳管线产生感应磁场.1.1.3 计算机正反演解释方法计算机反演解释方法就是利用整条观测剖面的1 期陈穗生等:复杂条件下的地下管线探测方法
6、信息,通过计算使得理论曲线和实测曲线充分拟合,达到提高复杂管线条件下的探测精度 j.进行反演解释时,根据观测剖面数据和人为给定的初始参数(包括初始模型参数和各种附加条件),用最小二乘法迭代计算模型参数的修正量,使得理论曲线和实测曲线之间的拟合误差达到最小,从而求解出地下管线的分布参数.1.1.4 探测要点探测前,要认真收集和分析探测地段的地下管线现况资料.即使是盲测,也要先对将要探测地区分段进行踏勘,粗扫,以求对地下管线分布有所了解,便于灵活进行有效方法的选择.同时,还需掌握各种方法的应用条件.选择激发法需要有分叉,拐弯,三通等可供选择激发之处(图 1).如采用远距离激发,则要求发射线圈的有效
7、磁矩要足够大,工作频率要低.水平压线法(图 2a)适用于间距稍大的并行管线,如果间距较小,水平压线虽可压制干扰信号,但图 1 选择激发法示意目标信号往往亦较弱,此方法的探测深度较小.倾斜压线法(图 2b)适用于近间距的并行管线,往往在水平压线法效果不好时使用,但在探测近于上下并行的管线时不宜使用.操作步骤如下:首先,发射机直立激发,接收机在干扰管线上方测得极大值;然后,接收机不动,发射机往目标管线移动(不用确切位置,大致在干扰管线和目标管线之间,稍靠近目标管线效果好些),倾斜摆动发射机,直至观测干扰管线上方的接收机出现极小值,用小方木条或砖块撑住发射机;最后,发射机不动,接收机往目标管线移动,
8、就可测得目标管线的位置和埋深.一发射机/发射机L 一_J,管线目标管线固干扰管线目标管线.秘干扰管线目标管线 00(a)(b)图 2 水平压线法(a),倾斜压线法(b)和垂直压线法(c)示意垂直压线法(图 2e)适用于近于上下并行的管电流;直接法由于充电位置 ,方法或接地位置等原线,但必须要有可供垂直压线的条件.因,使并行管线构成电流回路,也会产生反向电流;直接法需要有管线的露点或其他可直接充电的夹钳法有时也会遇到反向电流问题.条件,注意电力,电信管线禁用,易燃易爆的管线禁反向电流形成的异常一般有如下特征:峰值往用.影响其探测效果的因素还有充电电流的大小受干扰反方向位移(同向电流的峰值往干扰方
9、向位(包括电极接地电阻的大小),充电位置的选择及无移),异常曲线形态在受干扰的一侧变窄变陡(同向穷远极的布置.电流的异常形态是在受干扰的一侧变宽变缓);如夹钳法一般多用于电力,电信电缆的探测,使用果按异常的峰值或宽度直接判定目的物的位置和埋时要有可供夹钳之处.深,结果相对于实际偏浅(同向电流则偏深).因计算机反演解释需要高精度的原始观测数据和此,无论是同向电流还是反向电流形成的异常,在对具有一定理论基础的专业人员,需要对所探测地段地下多条并行管线进行定深时,只能采用没有受到的地下管线分布有比较可靠的了解,对组合管线的干扰或干扰较小的半边异常为依据,否则难以满足位置,相互关系及埋深有比较准确的了
10、解,要最大限精度要求.度地限制多解性的问题.1.2 多电缆管道的探测1.1.5 电流方向的影响(1)夹钳法.在地下多电缆管道的探测中,如在电磁场激发下,各条近间距并行管线都产生电信管道探测,大部分人习惯用夹钳法,往往是根据感应电流,但各条管线中的电流有时是同向,有时是所钳电缆的相对位置推断电信管道的埋深和位置.反向.压线法和直接法比较容易产生反向电流.因必须提醒的是,当电缆数量较少时,夹钳法可作为首为压线法是采用磁偶极子感应方法激发,当并行管选的探测方法,但如果电缆数量较多时,由于电缆数线分别受到不同方向的磁场激发时,就会产生反向量和排列等因素的变化,这时若仅仅根据所钳电缆?98?物探与化探
11、32 卷的相对位置推断电信管道的埋深和位置,有时探测误差较大.(2)等效中心修正法.正演结果表明 J,当管道内紧密排列有多条电缆时,如果工作频率较低,叠加后的和的异常,可等效作单一管线,采用单一管线的探测方法定位和定深,其结果与管道内电缆的大致几何中心(即等效中心)的误差不大.不过,当管道内多条电缆排列分散时,其误差会大些.因此,我院在 1997 年提出了等效中心修正法:利用电信窨井,将管道内电缆的大致几何中心作为等效中心,与感应方式的探测结果作比较,依此标定修正系数,再对邻近隐蔽点进行探测.经大量实践证明此方法是有效的.2 应用实例2.1 直接法和夹钳法探测区位于广州越秀北路,电信管道和给水
12、管斜交并行(图 3),电信管道是 8 孔 400mm200ram5 条电缆,h(埋深)85cm;给水中(直径/ram)200,h108cm.图 3 电信管道和给水管斜交并行示意RD432.PDL 用 2 种方式的探测结果为:夹钳法测电信管道,夹钳于窨井内激发,经开挖验证:定位误差 2cm,定深 75cm,误差 10era;直接法测给水管,利用消防栓充电,受电信的干扰较少,经开挖验证:定位误差为 0,定深为 120cm,误差 12cm.2.2 选择激发法和倾斜压线法广州素社新村,煤气管线与给水官并行(图 4),间距约 40cm,煤气管 qb59,h57cm;给水管 qb150,h46cm.v 开
13、挖 1开图 4 煤气管线与给水管线并行示意RIM00.PL 用 3 种方式的探测结果为 :采用选择激发法测给水管线,在旁侧无煤气管干扰之处激发,经开挖点 1 验证:定位误差 5cm,定深 48cm,误差 2cm;采用选择激发法测煤气管线,在旁侧无给水管干扰之处激发,经开挖点 2 验证:定位误差 5cm,定深为 47cm,误差 1cm;采用倾斜压线法再测煤气管线,给水管干扰完全消除,经开挖点 3 验证:定位误差为 0,定深 52cm,误差为 6cm.倾斜压线法的精度同样较高.倾斜压线一 C麓墨_开挖点直立发射给水管线DlD2D3图 53 条电信管道与 1 条给水管并行示意广州麓湖路工区有 3 条
14、电信管道(D1 一 D3)与1 条给水管并行(图 5),其中:D1 为 4 孔 200mm200mm2 条电缆,h70cm;D2 为 600mm600mml1条电缆,h80cm;D3 为 600mm400ram4 条电缆,h90cm.D1 与给水管间距只有 1540cm,D1 与D2 的间距为 95cm.而且 D1 手孔井被埋,因此探测 D1 的难度较大.RIM00.PL 用 2 种激发方式探测并经开挖验证 ,结果为:在 D1 上方直立激发,由于受到旁侧给水管和电信管道的影响,定位误差 15cm,定深 58cm,误差 12cm.;倾斜压线测 D1,定位误差 4cm,定深 61cm,误差 9cm
15、.可见定位与定深精度都有所提高.给水管线煤气管线电信管线图 6 煤气,电信和给水管线并行示意图 6 所示为广州前进路工区,煤气,电信和给水管线并行,煤气管 qb89,h43cm;电信管道 18 孔600mm300mm 共 11 条电缆,h102cm;给水管00,h68cm.煤气管与电信管道的间距为 55cm,与给水管的间距为 90cm.探测的难点是煤气和电信管线.根据管线分布情况,首先利用煤气管的分支,采用 RIM00 一 PL 选择激发进行煤气管探测 ,再应用倾斜压线探测电信管道,效果良好:选择激发测煤气管,经开挖验证:定位误差为 2,定深 44cm,误差为 1cm;倾斜压线测电信管道,经开
16、挖验证:定位误差为 5cm,定深 90cm,误差为 12cm.1 期陈穗生等:复杂条件下的地下管线探测方法?99?2.3 选择激发法和垂直压线法r1煤气?Dl 垂直压线广一 1loool电信窖井一_ooollol电信管线煤气管线图 7 广州淘金路工区示意图 7 为广州淘金路工区电信与煤气管线并行,电信管道为 9 孔 300mmx300mm2 条电缆,h190em;煤气管 qb57,h61em,两管的水平间距只有 3Oem,几乎是上下并行.根据管线分布情况,对于煤气管道,采用选择激发进行探测,对于电信管道,则利用电信窨井,采用垂直压线法.RD400.PL 的探测结果如下:选择激发测煤气管,经开挖
17、验证:定位误差 0cm,定深 61cm,误差 0cm;垂直压线测电信管道,经开挖验证:定位误差 8cm,定深 197em,误差 7em.本例提示我们,遇到近于上下垂直的并行管线,要充分利用现场的窨井,陡坎等条件,采用垂直压线技术进行探测.2.4 计算机反演解释图 8 所示为广州塞坝路给水管与 2 条电信线并行及计算机反演解释剖面,给水管为 qb200,h71em;2 条电信线都是直埋电缆,一条深 74em,另一条深110em.于电信线外侧水平激发,异常呈双峰,经开挖验证,反演效果良好.其中,电信 1:定位误剖面位置 l_-_-_给水管线_电信管线 1射(a)l 水平发射(a)402OOGxR
18、水平激发电信管线 2O246x/m给水管线.(b).电信管线 ()?一,.图 83 条管线并行(a)及其计算机反演解释(b)线线差 0,定深误差 7cm;电信 2:定位误差 3cm,定深误差 8cm;给水管:定位误差 4cm,定深误差 5cm.2.5 多电缆电信管道的探测广州滨江路,电信 6 孔 200mmx200ram6 条电缆,顶深 83em,被钳电缆中心埋深 88em,等效中心埋深 93em.RD400 一 PXL 几种方法探测结果如图 9所示,其中,夹钳法:直读 57em,误差 31em;7O%定深 75cm,误差 13cm;等效中心修正法 :直读 103em,误差 10em;7O%定等效中心 92cm,误差 1cm,不用修正;被动源(P):7O%定深 102em,误差 9em.擞?
