豎直剖面法在超深地下管線定位中的應(yīng)用

1、    豎直剖面法在超深地下管線定位中的應(yīng)用    【摘要】 本文介紹了“豎直剖面法”探測方法和工作思路，并通過案例說明“豎直剖面法”對比“水平剖面法”獨(dú)特的優(yōu)越性和對精準(zhǔn)定位超深管線的有效性。【關(guān)鍵詞】豎直剖面法；豎直探頭；水平剖面法；超深管；高精度。一、前言本文闡述了“豎直剖面法”的工作原理及工作模式，通過兩個實施項目案例，闡述了“豎直剖面法”的工作方法及驗證方法，通過項目驗證的精度對比來證實了此項技術(shù)的可行性與可靠性，最后分別描述了“豎直剖面法”的優(yōu)越性和推廣應(yīng)用的不足之處。二、豎直剖面法的工作原理2.1基本原理各種金屬管道或電纜與其周圍的介質(zhì)在導(dǎo)

2、電率、導(dǎo)磁率、介電常數(shù)有較明顯的差異，這為用電磁法探測地下管線提供了有利的地球物理前提。由電磁學(xué)知識可知無限長載流導(dǎo)體在其周圍空間存在磁場，而且這磁場在一定空間范圍內(nèi)可被探測到，因此如果能使地下管線帶上電流，并且把它理想化為一無限長載流導(dǎo)線，便可以間接地測定地下管線的空間狀態(tài)。在探查工作中通過發(fā)射裝置對金屬管道或電纜施加一次交變場源，對其激發(fā)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，在周圍產(chǎn)生二次磁場，通過接收裝置在地面測定二次磁場及其空間分布，然后根據(jù)這種磁場的分布特征來判斷地下管線所在位置（水平、垂直）1。如圖2-1所示。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在一個變電場周圍空間存在交變磁場，在交變磁場內(nèi)如果有一導(dǎo)體穿過，就會在導(dǎo)體內(nèi)

3、部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；如果導(dǎo)體能夠形成回路，導(dǎo)體內(nèi)便有電流產(chǎn)生，這一交變電流的大小與發(fā)射機(jī)內(nèi)磁偶極所產(chǎn)生的交變磁場（一次場）的強(qiáng)度、導(dǎo)體周圍介質(zhì)的電性、導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)體與一次場源的距離有關(guān)。一次場越強(qiáng)。導(dǎo)體電阻率越小；導(dǎo)體與一次場源距離越近，則導(dǎo)體中的電流就越大，反之則越小。對一臺具有某一功率的儀器來說，其一次場的強(qiáng)度是相對不變的，管線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小主要取決于管線的導(dǎo)電性及場源（發(fā)射線圈）至管線的距離，其次還決定于周圍介質(zhì)的阻抗和管線儀的工作頻率。2.2工作模式“豎直剖面法”所測的信號也是單根無限長線電流所產(chǎn)生的電磁場信號，是將常規(guī)做業(yè)時在水平地面上探測磁場的水平分量，轉(zhuǎn)換另外一樣思維模

4、式，即將水平分量“旋轉(zhuǎn)”90度，變成探測磁場的垂直分量。當(dāng)管道埋設(shè)很深時，在地面上所捕捉到電磁信號非常平緩和微弱，采用垂直分量觀測所捕捉到的電磁信號則非常強(qiáng)勢和明顯。當(dāng)然在采用垂直分量前，首先要采用“水平剖面法”初步推斷目標(biāo)管道的位置（s0）、埋深（h0）和管徑（d0）。然后在距預(yù)判目標(biāo)管道中心s0約（0.2h0+d0/2）位置進(jìn)行鉆探（0.10h0為誤差極限，故在0.20h0鉆探是安全的），鉆探深度約為1.21.3h0，以保證觀測到完整的豎直剖面。使用我公司專利探頭，在豎直方向?qū)Υ怪狈至窟M(jìn)行連續(xù)檢測，探頭的峰值位置即目標(biāo)管道的中心埋深h。三、應(yīng)用實例3.1超深河流穿越管探測3.1.1項目概況

5、項目位于廣東省中山市坦洲鎮(zhèn)沙坦村茅灣涌，屬于大型河流穿越管道，管徑為d660，埋深超過20米， 管道設(shè)計斷面圖如圖3-1所示。3.1.2信號激發(fā)方式根據(jù)天然氣管道現(xiàn)場分布情況及方法試驗，采用長導(dǎo)線單端接地一種模式進(jìn)行信號加載，信號頻率選用8192hz和640hz，發(fā)射功率調(diào)至最大。信號加載模型與現(xiàn)場信號激發(fā)布置如圖3-1所示，布置圖中藍(lán)色線為長導(dǎo)線布設(shè)路徑。為了能使導(dǎo)線安全穿越茅灣涌，保障不在水里漏電影響探測效果，我們采用加厚型絕緣導(dǎo)線并每隔幾米附一重塊使導(dǎo)線沉底，以防被過往船只拉斷。為了運(yùn)輸及作業(yè)方便，采用輕型橡皮筏或小木船過河.3.1.3信號觀測方式經(jīng)過大功率長導(dǎo)線接地激發(fā)，在地面上就可以

6、用rd4000/8000管線儀接收機(jī)很好地接收到信號。在無盤側(cè)干擾的情況下，可以用管線儀直接定位，5米以下的深度，也可以70%直接定深。對于超過5米深度的管段，在條件允許時采用剖面觀測法進(jìn)行定位定深，即在目標(biāo)管道上方垂直管道走向進(jìn)行剖面觀測記錄數(shù)據(jù)，觀測記錄水平天線接收hx信號強(qiáng)度，點(diǎn)距0.2-0.25米，剖面長度20-30米。剖面布設(shè)在地勢平坦且無盤側(cè)管線干擾的地段，因茅灣涌現(xiàn)場水系發(fā)達(dá)、地勢極不平坦，能適合布設(shè)導(dǎo)線的位置很少。最后成功布設(shè)了4條剖面。3.1.4案例總結(jié)目標(biāo)管道為高壓天然氣管道，管徑660mm，材質(zhì)為鋼。管道埋設(shè)時為了避開村莊及河涌的影響，采用長距離頂管穿越法施工。采用“水平

7、剖面法”初測及“豎直剖面法”精測，計算出該頂管最深處距離地面為27.1米（誤差±0.54米）?！八狡拭娣ā辈捎脝味碎L距離接地法激發(fā)，640hz單天線接收；“豎直剖面法”采用單端長距離接地法激發(fā)，8khz豎直孔中探頭接收。實踐表明：利用“水平剖面法”測定的水平位置距離6.1米時，埋深為17.7米，精度可以達(dá)到規(guī)范要求（x=±0.1h），而“水平剖面法”測定的埋深埋深為23.9米，與“豎直剖面法”精測的深度相差甚遠(yuǎn)。四、結(jié)語4.1優(yōu)越性1）在地表無旁側(cè)干擾情況下，“水平剖面法”可以進(jìn)行初步定位，但是深度誤差較大，通過兩個案例可以充分說明。2）“豎直剖面法”探測的磁場信號很“純

8、凈”，可以與理論剖面曲線很好地吻合。3）“豎直剖面法”可以有效避開淺部管線干擾，而且目標(biāo)管道埋設(shè)越深，效果越好。4）“豎直剖面法”探測精度與目標(biāo)管道的埋深h無關(guān)，與鉆孔位置與目標(biāo)管線的平距l(xiāng)相關(guān)。通常l=0.2h，故“豎直剖面法”的定位定深精度能比“水平剖面法”提高5倍以上。5）“水平剖面法”和“豎直剖面法”相結(jié)合的精確探測模式，特別適用于給水、輸油、輸氣等管道頂管穿越方式過河、過江及交通繁華路口段的精準(zhǔn)探測，在水面也下同樣適用。4.2目前還存在的問題1）“豎直剖面法”的探測手段與工序要比“水平剖面法”繁瑣，作業(yè)時所投入的人員設(shè)備也要多23倍。2）“豎直剖面法”中鉆孔位置與目標(biāo)管線的平距l(xiāng)的真值還不能準(zhǔn)備測量，還是要借助“水平剖面法”進(jìn)行探測，只要通過垂直分量可以測量出平距，將更加有效驗證水平分量的定點(diǎn)可靠性和精度。3）非金