相邻的平行管线探测方法探讨.doc

1、图 一 两 条 相 邻 平 行 地 下 管线 的 物 理 模 型相邻的平行管线的探测方法探讨尚德席摘要：低感应频率适合于平行管线探测，选择适合激发方式来定位平管线的位置，最好选择直接连接法或夹钳耦合方式来定位平行管线。关键词：管线，电流，激发方式，感应频率随着经济的快速发展，城市化进程的不断推进；维护城市正常运转的各种管网里程也在快速增加。由于各种管线都埋在地下，对于它们的维护和管理都提出了更高要求；为了有序的规划管理各种地下管线，各个城市的主管部门都开始了聘请专业的地下管线探测队伍进行管线普查，建立统一的地下管线管理系统(GIS)。但是，在管线普查的过程中，准确定位相邻的平行管线的问题是探测

2、人员在工作中遇到的最多又必须解决的难题之一。下面，我们就以两 条 相 邻 平 行 管 线 的 互 感 特 性 ， 以 采 用 频 率 域 电 磁 法 对 两 条相 邻 平 行 地 下 管 线 的 探 测 为 出 发 点 ， 对 两 条 及 多 条 相 邻 平 行 管线 的 探 测 原 理 及 方 法 进 行 探 讨 ， 给 这 一 问 题 的 解 决 提 供 了 很 好的 理 论 依 据 及 实 施 方 法 。首 先 ， 来 了 解 一 下 两 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 互 感 特 性 。如 图 一 ， 两条相邻平行地下管线的物理模型，假设两条平行管线的性质相同，我们来考虑两条相

3、邻平行管线的互感问题。对管线 1 进行感应或直接连接，使管线 1 中有交变电流 存在，1I管线 2 中会因耦合而产生电流 ：21.121212 ZIMZI 1 2： 量 值 上 等 于 一 个 管 线 （ 线 圈 ） 上 通 有 单 位 电 流 时 ， 另 一21I管 线 （ 线 圈 ） 的 磁 通 量 数 ；： 管 线 1 与 管 线 2 的 互 感 ， 在 量 值 上 只 与 两 者 的 形 状 、21M相 对 位 置 以 及 周 围 介 质 的 磁 导 率 有 关 ； ： 管 线 2 与 大 地 （ 周 围 介 质 ） 的 阻 抗 。2Z由 式 1 可 知 ， 在 ， 一 定 时 即 管

4、 线 条 件 和 地 电 条21Z件 一 定 时 ， 管 线 2 能 否 成 为 管 线 1 的 干 扰 体 ， 决 定 于 感 应 工 作频 率 ， 感 应 工 作 频 率 越 低 时 ， 越 小 。2I在 一 定 相 对 位 置 下 ， 感 应 工 作 频 率 越 高 时 ， 两 条 相 邻 平 行 管线 成 为 相 互 影 响 的 一 对 ， 因 此 在 多 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 探 测 中 ，感 应 或 激 发 装 置 应 尽 量 采 用 低 频 电 磁 感 应 或 采 用 低 频 直 接 连 接 法 。1. 探 测 两 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 工 作

5、 方 法在 低 频 感 应 条 件 下 ， 以 及 某 些 特 别 的 措 施 下 进 行 地 下 管线 探 测 时 ， 可 以 忽 略 不 均 匀 的 导 电 覆 盖 层 的 影 响 ， 可 以 不 考虑 两 条 相 邻 平 行 导 线 间 的 互 感 。 假 设 两 条 相 邻 平 行 管 线 处 于同 一 深 度 ， 感 应 装 置 放 置 两 条 管 线 之 间 或 对 两 条 管 线 进 行 同电 流 方 向 直 接 连 接 法 激 发 ， 即 管 线 1 的 埋 深 与 管 线 2 的 埋深 相 等 ； 管 线 1 内 的 电 流 与 管 线 2 内 的 电 流 相 等h21， 等

6、 深 、 同 向 、 等 电 流 强 度 的 两 条 相 邻 平 行 管 线 的II21情 况 ， 由 两 条 管 线 的 电 流 作 用 便 得 水 平 方 向 磁 场 强 度 公 式 ： 222)()(20hbxhbxIHx式 中 ： 200 ； 4 （ ）u071nT： 两 管 中 心 到 任 一 管 线 的 水 平 距 离 ，b即 两 管 水 平 距 离 的 一 半 ， 如 图 二 所 示 ；： 接 收 机 离 两 管 水 平 中 心 点 的 距 离 。x对 分 别 为 0.8，hb/22， 3 时 的 两 条 相 邻 平行 地 下 管 线 的 电 磁 感应 异 常 （ 磁 场 强 度

7、 ）进 行 探 测 ， 记 录 异 常数 据 分 别 绘 制 图 三 -a， b， c 水 平 磁 场 强度 异 常 曲 线 ； 从 图xH三 -a 可 以 看 出 ， 当 两条 相 邻 平 行 管 线 的 间距 为 ， 即 小 于 管h8.0线 埋 深 时 ， 的 异 常xH曲 线 的 总 体 特 征 同 单根 管 线 的 异 常 曲 线 非常 相 似 ， 探 测 中 常 常图 二 两 条 相 邻 平 行 管 线 探 测 示 意 图acb2b/h=0.8020406080100-3 -2.6-2.2-1.8-1.4 -1-0.6-0.20.20.6 1 1.41.82.22.6 3xHx2b

8、/h=2020406080100-2.4 -2 -1.6 -1.2-0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4xHx2b/h=3020406080100-4.5 -3.6 -2.7 -1.8 -0.9 0 -0.9 -1.8 -2.7 -3.6 -4.5xHx图三 a,b,c 地下两相邻平行管线磁感应 实 测 曲 线xH错 误 地 当 成 单 根 管 线 ， 从 而 导 致 漏 测 或 误 测 。 当 两 条 相 邻 平 行管 线 的 间 距 为 时 ， 的 异 常 曲 线 先 后 出 现 双 峰 形 态 ， 两 条 管h2xH线 的 间 距 继 续 增 大 至 3 时

9、， 的 异 常 曲 线 不 同 程 度 地 显 示 出 双x管 线 的 异 常 特 征 。 对 于 埋 深 不 同 ，不 同 材 质 （ 磁 感 应 性不 同 ） ， 不 同 管 径 的 金属 管 线 ， 即 及21h， 进 行 电 磁 感 应 ，21I记 录 磁 感 应 异 常 数 据 ，如 图 四 -a， 四 -b 所 示 ，图 四 -a 两 条 相 邻 平 行管 线 的 埋 深 相 同 而 管线 的 导 电 性 不 一 样 ，电 流 弱 的 管 线 的 磁 感 应 异 常 受 旁 侧 管 线 的 影 响 大 。 图 四 -b 两 条管 线 的 埋 深 及 导 电 性 都 不 同 时 ，

10、从 的 异 常 曲 线 看 ， 埋 深 大 、xH电 流 大 的 一 条 管 线 上 方 异 常 极 值 大 ， 异 常 较 宽 ， 而 埋 深 浅 、 电流 小 的 管 线 则 相 反 。根 据 这 种 现 象 ， 对 图 三 -a 中 的 的 情 形 ， 为 了 将 两 条1/2hb管 线 区 分 出 来 ， 我 们 可 以 采 用 改 变 两 条 管 线 的 磁 感 应 电 流 的 办 法 ，即 使 或 使 。 采 用 同 侧 感 应 的 方 法 ， 将 感 应 发 射 机 分 别21I12I放 在 两 条 管 线 的 其 中 一 侧 ， 进 行 低 频 、 低 能 量 感 应 ， 或

11、对 单 管 线2b/h=202040608010-2.4 -2 -1.6-1.2-0.8-0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4xHx b2b/h=202040608010-2.4 -2 -1.6-1.2-0.8-0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4xHxh1=h2=1m I2=0.6I1ah1= 1m, h2=0.5m I2=0.3I1图 四 -a,b 两 条 相 邻 平 行 管 线 不 同 深 度 ,不 同 电 流 的 磁 感 应 异xH常 曲 线分 别 进 行 低 频 直 接 连 接 ， 从 而 测 得 类 似 如 图 四 的 磁 感 应 异 常xH曲

12、线 ， 根 据 曲 线 可 分 辨 出 两 条 管 线 的 位 置 ， 显 然 异 常 曲 线 的 峰 值位 置 会 偏 移 于 两 条 管 线 的 中 心 方 向 。 接 收 机 也 可 将 单 线 圈 接 收 改为 双 线 圈 接 收 ， 减 小 异 常 宽 度 ， 使 管 线 异 常 呈 现 不 对 称 的 双 峰 形态 ， 从 而 区 分 出 两 条 管 线 的 水 平 位 置 。也 可 采 用 压 制 一 条 干 扰 管 线 ， 来 探 测 另 一 条 管 线 的 方 法 ， 如 ：采 用 感 应 发 射 机 水 平 、 倾 斜 或 垂 直 压 线 法 ， 通 过 使 发 射 线 圈

13、 与 干扰 管 线 不 耦 合 ， 从 而 到 达 压 制 干 扰 管 线 异 常 ， 探 测 目 标 管 线 的 目的 。 三 种 位 置 的 压 线 法 ， 倾 斜 压 线 法 较 适 合 于 近 距 离 的 平 行 管线 探 测 ， 但 由 于 实 际 工 作 中 倾 斜 角 度 的 不 好 确 定 性 ， 及 异 常 源 的非 单 一 性 ， 应 用 效 果 不 佳 。在 两 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 电 磁 感 应 中 ， 水 平 分 量 的 磁 异 常曲 线 总 是 呈 现 为 组 合 的 异 常 形 态 ， 它 既 真 实 地 反 映 了 地 下 管 线 存在 的

14、这 个 事 实 ， 又 反 映 了 它 们 之 间 所 存 在 的 影 响 。2.探 测 三 条 或 多 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 工 作 方 法三 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 的 组 合 电 磁 感 应 ， 当 然 比 两 条 管 线 的电 磁 感 应 要 复 杂 。 当 不 大 时 ， 我 们 很 难 从 单 峰 异 常 的 形 态 上hb/2简 单 地 看 出 是 否 为三 条 管 线 产 生 的异 常 ， 当 时 ，1/2hb三 条 管 线 产 生 的磁 感 应 异 常 曲xH线 ， 很 象 单 条 管线 的 磁 感 应 异 常 02040608010120012

15、345678910112131415161718Hxx图 五 采 用 不 同 的 激 发 方 式 及 激 发 位 置 的 探 测 剖 面 异 常 曲xH线形 状 。 区 分 三 条 管 线 的 相 对 位 置 ， 可 以 通 过 不 同 方 法 来 解 决 它 。最 可 行 的 办 法 是 将 三 条 管 线 ， 拆 分 来 考 虑 ， 按 照 两 条 管 线 的 探测 方 法 ， 进 行 逐 一 判 别 ， 在 存 在 疑 难 的 情 况 下 ， 最 好 找 到 管 线 的出 露 点 ， 验 证 探 测 的 准 确 性 。 还 有 一 种 方 法 如 图 五 所 示 ， 采 用不 同 的 激

16、 发 方 式 和 激 发 位 置 ， 实 测 多 条 管 线 的 磁 感 应 异 常 曲 线 ，进 行 互 动 反 演 分 析 ， 或 根 据 已 知 条 件 假 设 参 数 进 行 正 演 分 析 与 实测 曲 线 比 较 ， 为 了 排 除 多 解 性 ， 应 结 合 管 线 已 知 出 露 点 及 其 他 可利 用 的 因 素 ， 必 要 时 应 进 行 一 定 的 开 挖 验 证 。3.结 论在 地 下 管 线 探 测 中 ， 对 多 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 进 行 探 测 时 ，应 考 虑 管 线 之 间 的 互 感 特 性 ， 选 择 适 当 的 工 作 频 率 及 激

17、 发 方 式 ，采 用 不 同 的 接 收 方 法 ， 通 过 上 述 的 分 析 表 明 ：a 为 减 少 或 避 免 两 条 相 邻 平 行 管 线 的 相 互 影 响 即 互 感 ， 更加 精 确 地 探 测 地 下 管 线 的 位 置 ， 在 探 测 中 ， 感 应 或 激 发 方 式 应尽 量 采 用 低 频 电 磁 感 应 或 分 别 对 某 一 管 线 进 行 低 频 直 接 连 接 法 激发 。b 两 条 相 邻 平 行 地 下 管 线 进 行 探 测 时 ， 当 2 甚 至 当hb/1 时 ， 采 用 改 变 两 条 管 线 的 磁 感 应 电 流 的 办 法 ， 改 变 激 发 和h/2接 收 方 式 ， 或 者 改 变 激 发 位 置 （ 比 如 ， 发 射 机 在 分 支 管 上 的 激发 方 式 ） ， 以 达 到 区 分 两 条 地 下 管 线 的 平 面 位 置 的 目 的 。c 三 条 或 多 条 平 行 地 下 管 线 的 探 测 方 法 ， 可 拆 分 成 多 个 两条 地 下 管 线 进 行 探 测 ， 结 合 相 应 的 激 发 和 接 收 方 法 ， 以 达 到 区分 各 条 管 线 的 位 置 。