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地下管线探测技术概况及今后发展方向

本站     2018-2-9 10:01:54    

一、地下管线探测的基本概念

    广义的地下管线探测是指通过一种或者多种探测方法、按照一定的步骤将地下管线的信息全面完整地再现出来的过程。详细地说就是指采取适用的物探方法(如电磁法、地质雷达法等等),通过信息资料的收集整理、现场踏勘、仪器校验及方法试验、工作设计、明显管线点的调查及地下隐蔽管线点的探测、管线点测量、数据处理和编制成果报告等一整套工作方法及流程,将埋藏在地下的各种管道或者电缆的种类、特征点性质、规格、材质、位置、走向、埋深、空间坐标、敷设年代及产权单位等信息再现出来的过程。再现的结果根据需要可以是简单的实地标绘加靶图记录形式、图件加成果表形式、计算机数据资料形式、或者采取综合形式等等。

    地下管线探测的核心是对地下隐蔽管线点的探测。狭义的地下管线探测概念就主要是指对地下隐蔽管线点的探测。在现阶段更多地是指应用电磁法进行的对金属管线地下隐蔽管线点的探测。

二、  地下管线探测的技术前提

    地下管线可以被探测到是由于它与其周围土壤介质之间存在有明显的物性差异。一切地下管线与其周围介质之间最明显的物性差异就是其空间上的线性延续特征。地下管线在空间上的线性延续特征是几乎所有探测方法能够区分地下管线和其它介质的最基本的物性前提。也就是说,我们只有在追踪信号具有明确的线性延续特征时,才能说它有可能是一个地下管线信号。不同的探测方法可以依据不同的物性差异方面对这个线性特征加以检测。比如:地下金属管道的电导率、磁导率、介电常数等与大地土壤之间存在着较大的差异,于是我们可以应用电磁法针对其线性特征进行探测;地下管线的波阻抗与其周围大地土壤之间存在着较大的差异,而且管线顶部一般具有弧形的空间形态,于是我们可以应用电磁波的折射和反射原理来对其进行探测。我们还可以利用地下非金属管道的中空结构,应用电磁示踪法对其进行探测等等。

    物性差异是探测可以实现的前提,但是要获得明显的探测成果还取决于差异的强度与技术手段之间的适应程度、以及人们对成果期望值的水平。

三、地下管线探测技术方法

    常用的和较为有发展前景的探测方法包括电磁法、电磁波(地质雷达)法、磁梯度法、钎探法、综合分析法、声波法、红外辐射法、以及其它方法等等。其中,前五种是现实应用的最基本的探测方法,后两种是我个人认为今后可能会有一定的发展的探测方法。

    1、电磁法:简单地说就是交变电磁场(一次场)可以在地下金属管线上感应产生次级交变电磁场(二次场),由于一次场在空气中的传播距离有限,而二次场则可以沿金属管线传播很远,所以我们可以在离开一次场的地方通过测量二次场来确定地下管线的位置。当然,我们也可以把交变电磁信号直接施加在地下金属管线上进行探测。电磁法应用的是电磁感应原理,主要适用于地下各种金属管道及金属电缆的探测,而其中的示踪法则专们用来探测开放式的地下非金属管道。电磁法是目前最为主要的、应用最为广泛的、也是最为精确高效的地下金属管线探测方法。

    电磁法是目前地下管线探测的最核心的技术方法。它探测结果精确、探测方法多种多样,可以适用于绝大多数情况下的地下金属管线探测,是在包括技术理论、仪器生产和实际应用等方面都最为成熟的地下管线探测技术。

    电磁法探测的技术核心在于地下管线信号(即二次场)的激发方式上。通过试验找到能够清晰有效地激发出目标信号的方法,是实际工作的重点。一般主要通过变换工作频率与信号施加方法这两者的组合来完成。

    2、电磁波(地质雷达)法:将宽频带高频短脉冲电磁波通过发射天线向地下发射,由于地下不同的介质往往具有不同的物理特性(介电性、导电性、导磁性等等差异),其对电磁波具有不同的波阻抗,进入地下的电磁波在穿过地下各地层或某一目标体时,由于界面两侧的波阻抗不同,电磁波在介质的界面上会发生反射和折射,反射回地面的电磁波脉冲,其传播路径、电磁场强度与波形将随着所通过介质的电性质及几何形态而变化,因此,从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料可以推断地下介质的结构。用地质雷达探测地下管线应用的是电磁波的反射和折射原理,适用于地下金属和非金属管道及电缆的探测。它不仅可以探测位置和埋深,甚至可以探测地下管线的规格。我个人认为由于可以广泛适用于地下金属和非金属管道的探测,地质雷达法是目前最需要通过技术提升以适应未来广泛的地下非金属管线探测的技术方法。

    3、磁梯度法:通过测量单位距离内地磁场强度的变化,可以发现近地表的金属物体。主要用于探测被掩埋的金属井盖,缺点是易磁性体干扰。

    4、钎探法:沿管道可能的走向上垂直布设钎探点,在各个钎探点上先用冲击钻钻透坚硬路面,再将钢钎逐渐打下,直到超过管道可能的深度再换下一点重新开始,一直到打到管道为止。钎探需要避开地下电缆和其它地下重要设施,具有一定的危险性和破坏性,要求具有钎探经验的技术人员现场指挥操作。当其它方法均不奏效时,钎探法往往是最后的选项。它也被事实证明是一种非常有效的探测方法,对解决难点帮助巨大。

    5、综合分析法:搜集一切可以搜集的直接证据、间接证据以及相关参考,通过综合的逻辑分析来判断地下管线的真实情况,从而对地下管线精确定位。以供水管道为例,直接证据包括在明显管线点上调查的阀门、消火栓、排气阀、排污阀、预留口、减压阀、检修井、变径、盖堵、管径、材质、埋深、管道出露位置以及用户情况等等。间接证据则包括各种管网资料图、各种探测方法所提供的信号信息等等。相关参考则包括探测方法的基本原理及技术理论、管道施工及管网布设的一般规律及本地特殊规律、干扰因素的估判、个人探测经验、相关人士提供的管道信息等等。直接证据是最根本有效的探测依据,间接证据和相关参考都必须和直接证据存在逻辑关系才能成为探测依据。综合分析法是地下管线探测中最根本最普遍的技术方法,它始终贯穿于各种探测方法之中,是探测得以实现的根本原因。

    6、声波法:由于声音在大地土壤中的传播与沿地下管道传播存在着差异,如果使一定频率和强度的声波沿管道传播,通过仪器在地面寻找并接收这个声波,就可以推断出地下管道的位置和走向。它应用的是波的传播原理,可以用于探测那些对测深精度要求不高的、或者深度数据可以通过调查弥补的金属及非金属管道。这一方法目前还有待于进一步的研究和开发。

    7、红外辐射法:在有些地区、或者在某个季节里,地下供水管道中水的温度较其周围土壤偏低,使得我们有可能通过热辐射检测来确定地下管道的平面位置以及发现漏水。应用的是热交换原理。它可以用于探测那些对测深精度要求不高的某些金属及非金属管道,具有一定的发展前景。

    8、其它可选方法:其它可选的物理探测方法还有:电阻率法、充电法、磁场强度法、浅层地震勘测法、面波法等等。这些也都具有良好的应用开发前景。也许,将来还会有一些前所未知的新技术、新方法也逐渐进入人们的视野,为我们提供更多的选择。

四、地下管线探测的技术特点

    地下管线探测技术一般具有经济性、局限性和模糊性等几个特点。     

    1、经济性:经济性是一种探测技术能否得到广泛应用的一个前提条件。它包括使用的经济性和购置的经济性两个方面。从使用的经济性方面说,它要求仪器既要灵敏精确,又要小巧轻便,有较高的使用效率。购置的经济性是指仪器的价格适合当时的社会经济条件。经济性是制约地下管线探测技术发展的一个关键性因素(例如地质雷达)。

    2、局限性:地下管线探测技术的局限性主要体现在以下几个方面:一是经济性的特点使得探测技术的应用是不充分的,因此在探测技术方法的选择上存在着一定的局限。二是任何探测方法都是有一定的适用条件的,具有其本身固有的局限性。三是探测结果往往是依据模糊的间接证据(探测信号)作出的,各种未知因素会对它造成干扰,依据它得出的结论往往有一定的局限性。四是探测者的知识水平和工作经验往往会对结果造成一定的影响。在实际探测工作中,各种局限性相互交织在一起,共同对探测结果发挥作用。

    3、模糊性:在实际的地下管线探测过程中,探测人员对其所处的工作环境中的电磁背景、地电条件、目标及非目标管线的状况、以及它们之间的相互干扰关系等等是难以完全准确判断预知的,探测方法是有局限性的,探测信号作为一种间接证据对其作出的判断是有主观性的,因此,整个探测工作是在一种模糊的状态下进行的,探测结果也会因此带有一定的模糊性。

五、地下管线探测的工作原则

    工作原则是由技术特点所决定的。进行地下管线探测,应该遵循以下四项基本原则:

1、  从已知到未知,从未知到已知;

2、  从简单到复杂;

3、  优先选择简单、快速、有效的方法;

4、  通过方法试验及信息综合来解决探测疑难点。

    从已知到未知,从未知到已知:由于探测信号为我们提供的是地下管线位置的间接证据,它需要和直接证据发生明确的因果关系才能够作为判断的依据来使用,这就需要我们从已知出发、根据已知和未知的关系对未知做出判断。而当我们得到一个探测信号的时候,也需要追索到已知来判断它所代表的具体情况。

    从简单到复杂:从复杂开始的探测往往交织着技术本身固有的局限性和模糊性以及探测信号的复杂性,常常会使探测变得了无头绪。而从简单开始的探测则降低了模糊性和复杂性的干扰,使推理判断变得简单易行,同时也提高了判断的准确性。随着探测由简单向复杂的深入,复杂的问题也就迎刃而解了。

    优先选择简单、快速、有效的方法:这是由技术的经济性特点所决定的。因为不具备经济性的工作是无法长久持续下去的。

    通过方法试验及信息综合来解决探测疑难点:这是由技术的局限性和模糊性特点所决定的。由于地下管线探测方法往往都或多或少带有局限性,探测的过程又带有一定的模糊性,而探测疑难点往往或者具有信息复杂的特点、或者具有信息缺失的特点,多种情况的交织往往使得我们无法直接准确判断应该采用那种方法最为有效。在这种情况下,进行各种各样的现场方法试验和信息综合就成了我们无奈之下的理想选择。实际工作经验证明,通过现场方法试验和信息综合方法解决疑难点的原则是行之有效的。

六、地下管线探测现状及未来发展方向

    地下管线探测技术服务作为一个行业,在我国已经发展了整整十五年了。到目前为止,地下管线探测的核心技术仍然以电磁法探测为主。这主要是由于两个方面的原因:一方面是我国早期地下管线除排水外绝大多数是金属材质的;另一方面是由于电磁法探测原理最好地适应了当时技术发展条件,较其它种种方法率先实现了应用仪器的轻便化、探测结果的灵敏化和精确化、以及设备生产的经济化,从而使得效率高、经济性好的探测服务行业得以生存和发展。进入二十一世纪以来,新材料技术迅猛发展,在供水管道发面,除了传统的预应力钢筋混凝土管、石棉水泥管以外,玻璃钢管以及如PVC管、PE管、PP-R管等高分子聚合物管材纷纷大行其道,目前大有势不可挡的势头。在地下管线探测中,地下非金属管线探测这一软肋越来越成为制约整个行业发展的瓶颈。发展地下非金属管道探测技术、并使其探测仪器灵敏精确、轻便高效和价格合理化,已经成为迫待解决的技术问题以及整个行业的发展方向。由于地质雷达法不仅可以准确确定地下非金属管道的平面位置,而且可以测定埋深,甚至还可以确定其规格大小,具有精度高、功能全的优势,今后只要提高其在数据采集、存储、分析和显示速度方面、仪器轻便化方面、以及降低制造成本方面等三个重要环节取得突破,地质雷达法将是解决地下非金属管道探测问题的最佳选择。此外,由于声波法只需要开发出一种可以简单方便地固定在管道附属设施上的声源发生器,就可以通过地面拾音实现管道的平面位置探测,因此也是一种十分有吸引力的选择。由于声源发生器单调变化的指示音可以和持续的漏水噪音区分开来,它还可以在要求精确的漏水听音中发挥重要作用。其它如红外辐射检测法在查找热力管道泄漏方面具有特殊优势,因而具有一定的发展潜力。此外,另外一个可以大大提高劳动生产力的技术进步应该是在与探测同步的全球卫星定位方面,粗略的估算可以节约外业劳动力或劳动时间在百分之三十以上。


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