孔中电磁感应法在大埋深管线精确探测上的应用研究.pdf
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1、孔中电磁感应法在大埋深管线精确探测上的应用研究余森林(南京市测绘勘察研究院股份有限公司,江苏 南京2 1 0 0 1 9)摘 要 随着管线非开挖施工技术的日益成熟,地下非开挖施工管线越来越密集,而非开挖施工管线最显著的特征就是敷设深度大,常规地下管线探测方法无法对其精确探测。系统分析了现阶段行业内各种管线探测技术的优缺点及适用性,并对孔中电磁感应法进行了详细的介绍。通过多种类型大埋深管线精确探测实践及可视化验证,证明了孔中电磁感应法是一种应用范围广、探测精度高的大埋深管线探测方法,建议在大埋深管线精确探测工程中广泛使用。关键词 管线探测;精确探测;大埋深;孔中电磁感应法0 引 言随着城市化建设
2、进程的不断推进,城市建设也逐渐从地上往地下扩展,各种管线入地建设、非开挖管线施工建设、管廊建设、地铁施工建设、地下商业街建设等地下工程建设,使得地下构筑物的密度越来越大。为保障新建地下工程施工顺利进行,保证原有地下构筑物安全,新建地下工程施工前必须对施工影响区范围内地下构筑物进行详细探查。然而非开挖敷设管线,因其埋深大、长距离没有出露点、相较于其他构筑物体积小等特点,常规管线探测方法无法对其进行有效探测,更无法做到精确探测1-2。根据管线探测技术方法信号接收装置相对位置差异,将管线探测技术方法分为地面探测方法、旁孔类探测方法、管道内部探测方法三大类3-1 1。地面探测方法,主要包括地面电磁感应
3、法、地面探地雷达法、示踪地面探测法、地面瞬变电磁法、地面弹性波法、高密度电法及主动声源法;旁孔类探测方法,主要包括孔中磁梯度法、孔中电磁感应法、孔中雷达法、示踪旁孔探测法、跨孔电法C T、跨孔弹性波C T、井地电法C T、井地弹性波C T等;管道内部探测方法主要是指管线陀螺仪法。文章总结分析了现阶段不同管线探测技术方法的特点,特别是对不同管线精确探测方法的优缺点及适用性进行了总结,通过总结分析并结合自身大量工程实践,认为孔中电磁法是目前应用于大埋深非开挖金属类管线及大埋深非开挖电力管线精确探测最为有效便捷的方法之一。1 管线探测技术应用现状分析1.1 地面探测方法地面电磁感应法是目前探测地下金
4、属管线或带有金属骨架类管线最快捷、经济、高效并且运用最广泛的方法,但此方法探测深度较浅,常规的管线探测仪探测深度通常小于4m,且易受周边管线及电磁信号干扰。地面探地雷达法,通常用于非金属管线探测(也可用于金属管线探测,但浅层金属管线探测通常会采用效率更高、追溯性更强的电磁感应法),但此方法受地质条件、地下水影响较大,探测深度一般小于2m,且探测效率相对较低,要求地面相对平整。示踪地面探测法,是针对电力、通信类及可停气停水提供开口类非金属管线的探测方法,示踪探测法示踪源通常分为示踪线和示踪磁源探头,不同的示踪源或设备探测深度差异较大,通常最大探测埋深小于1 3m,受周边电磁干扰影响较大。地面瞬变
5、电磁法、地面弹性波法及高密度电法,均属于传统物探方法,其在特殊条件下可用于管线探测,但探测条件要求较苛刻,应用局限性较大,如:地面瞬变电磁法要求探测区域地面无金属类低阻物体干扰,且探测精度低,主要适用于金属钢管的粗略探查;地面弹性波法,金属管与非金属管均适用,但其探测效率低、探测精度低,探测深度误差大,主要适用于大管径的排水管道探查;高密度电法测线长度一般要求大于目标埋深的3倍,且要求电极耦合良好,对探测区域地面条件要求高,探测效率低、探测精度低,主要适用于野外大口径管道粗略探查。72孔中电磁感应法在大埋深管线精确探测上的应用研究主动声源法是在燃气管道排气阀、放散阀等位置接入震荡信号,通过追踪
6、探测震荡信号强弱来判定燃气管道的位置,此方法只能用于中低压燃气非金属管线探测,最大探测埋深一般小于7m,且只能探测燃气管道水平位置,无深度信息。1.2 旁孔类探测方法旁孔类探测方法通过在管道周边布设探孔,将探头、发射源或接收传感器置于孔内,然后对目标管线进行探测。旁孔探测使探测设备距离目标管线更近,且有效避免或减小了地面干扰的影响,大大提高了探测精度。孔中磁梯度法是通过探测分析铁磁性管线引起周边磁场异常空间分布来确定管线的位置,是目前用于供水、输油、输气类大埋深非开挖金属管线精确探测的常用方法,属于被动源探测,探测距离一般小于1.5m。孔中电磁感应法原理同地面电磁感应法,通过给目标管线施加电磁
7、信号,并探测分析管线引起周边电磁场异常空间分布来确定管线的位置,是目前用于供水、输油、输气类大埋深非开挖金属管线及电力管线精确探测的常用方法,属于主动源探测,探测距离一般小于4m。孔中雷达法原理同地面雷达法,通过孔中雷达天线接收目标管线的高频反射电磁波,来判定目标管线的位置及深度,金属管与非金属管均适用,根据天线频率不同探测距离存在一定差异,通常探测距离小于1.5m。示踪旁孔探测法,与示踪地面探测法类似,是针对电力、通信类及可停气停水提供开口类非金属管线的探测方法,通过在探孔中追踪探测示踪信号,从而判定目标管线的位置和埋深。跨孔电法C T、跨孔弹性波C T、井地电法C T、井地弹性波C T等方
8、法,通过利用目标管线与周围介质波阻抗差异或导电性差异,对目标管线进行探测,因其探测效率低、效果一般且成本高等原因,未大范围推广应用。1.3 管线陀螺仪法管线陀螺仪法属于惯导测量方法,可提供开口的金属、非金属管线探测均适用,其通常应用于需要将整段轨迹均探测清楚的管线,如燃气、电力管线竣工测量。1.4 管线探测技术应用小结(1)地面探测方法探测深度一般较浅,且易受地面环境干扰,探测精度低,不满足工程施工精度需求,通常作为精确探测的前置步骤(周边浅层管线探测及目标管线初步探测)。(2)供水、输油、输气类大埋深非开挖金属管线精确探测首先考虑孔中磁梯度法及孔中电磁感应法。其中孔中电磁感应法相对于孔中磁梯
9、度法有两个明显优点:探测距离大,特别是对于埋深特别大,地面方法无法确定目标管线基本位置的情况,可以大大减少探孔数量;除能确定目标管线埋深外,还能探测出探孔与目标管线的距离,可以大大提高现场探测效率。(3)电力、通信类及可停气停水提供开口类非金属管线的精确探测,首先考虑孔中电磁感应法法及示踪旁孔探测法。其中需要说明的是穿示踪线旁孔探测也属于孔中电磁感应法。(4)对于需要将整段轨迹均探测清楚的管线,能提供开口且管内状况良好,则可以利用管线陀螺仪法进行探测;管内状况不佳不满足陀螺仪探测条件,且需要探测整段轨迹的管线,则考虑加密探测断面,利用孔中电磁感应法进行精确探测。(5)无法提供开口的非金属管线精
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