探讨地下管线多道瞬变电磁探测方法

探讨地下管线多道瞬变电磁探测方法

黄键军

广州市天驰测绘技术有限公司510663

摘要：城市地下管线由于多种原因分布情况复杂，引起的安全问题日趋明显，因此高精度、高效率地探测城市地下管线问题也就显得更加重要和迫切。本文对地下管线多道瞬变电磁探测方法进行分析和了解。

关键词：地下管线；多道瞬变电磁；探测；现状

引言：

城市地下管线是城市赖以生存的生命线，是现代化城市正常运行的基本保证。自1864年上海埋下的第一根煤气管线开创了地下管线的历史至今，我国城市地下管线的建设与发展突飞猛进。随着城市化进程的加快，地下管线的种类越来越多，各种管线交叉并行，密如蛛网，这给地下管线的建设、维护、管理等工作提出了新的要求，也给地下管线的探测工作提出了新的挑战。

一、地下管线探测研究现状

随着社会的进步与城市现代化程度的提高，地下管线的施工工艺逐步向实用、经济、环保、安全等高新科技方向发展。自1833年共同沟敷设工艺首次应用于法国以来，共同沟相继在英国（1861年）、德国（1893年）、日本（1926年）、苏联（1933年）、西班牙（1953年）、中国（1958年）等国得到了广泛的应用。非开挖工艺是传统管线施工技术的一次革命，20世纪60、70年代该技术主要产生在日、美、英三国。20世纪80年代起，现代非开挖技术逐步引入中国，这些新的科学技术极大的促进了世界各国城市管线的建设与发展，也给城市地下管线探测提出了新的挑战。

二、瞬变电磁法基本原理

地面瞬变电磁测量方法属于半空间瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或磁探头等装置观测地下介质中引起的二次感应涡流场，对观测到的数据进行分析计算获得介质电阻率，从而解决相应地质问题的一种人工源时间域电磁勘探方法。

Maxwell方程组是所有瞬变电磁法的物理学基础，其微分形式为：

其中E为电场强度，单位V/m；H为磁场强度，单位A/m；D为电位移矢量，单位C/m2；B为磁感应强度，单位Wb/m2；J为电流密度，单位A/m2；ρ为电荷密度，单位C/m3。

Maxwell方程组中方程一代表了法拉第电磁感应定律，揭示了变化的磁场能够激发产生电场；方程二表达了麦克斯韦-安培定律的量化关系，表明稳定的电场和变化的电场均能够产生磁场；方程三、四分别代表高斯磁场、高斯电场定律，表明了通量守恒的客观规律，其中方程三揭示了磁通量的连续性，即磁力线没有起始点，方程四揭示了电通量是由电荷密度而产生的。Maxwell方程组，高度概括了电磁场理论，集电磁法之大成。

三、并行通讯线缆六通道瞬变电磁探测

目标管线为五根并行分布通讯线缆，其外部有直径为φ90mm的铁制金属保护管，管线上顶点埋深0.9m，测线布置位置为沥青路面，为了避免两旁建筑物及路灯干扰，在路面中心布置一条测线并采用六通道探测方法进行探测，在探测过程中分量1、4对应平面与测线垂直。现场探测参数如表2：

从现场实际探测的角度检验了六通道瞬变电磁探测方法与三分量探测方法的应用效果。从图件及分析可以看出，两种方法对地下管线的分辨能力是有效的；并且探测过程发现同传统瞬变电磁方法相比，六通道探测方法能够以更少的工作量探明地下异常体的分布情况。

四、供水管三分量瞬变电磁探测

目标管线为铸铁消防供水管道，直径为φ200mm，管线上顶点埋深1.5m，上覆杂填土层，地表铺设水泥板，在垂直管线走向布置一条测线并采用三分量探测方法进行探测。现场探测参数如表1；

图1为三分量实测多测道剖面图（78-120测道），在Z分量多测道剖面中测点15至25处出现明显单峰异常，对应位置的Y分量剖面中出现过零点现象，而在X分量中无明显异常响应信号，据此分析供水管道相对测线在水平方向上垂直分布；通过第三章物理模拟可知垂直分量的峰值点与水平分量的过零点处即为异常体相对测线分布的中心位置，实测响应信号结果与物理模拟结果吻合。

结束语：

总之，城市地下管线由于多种原因分布情况复杂，引起的安全问题日趋明显，因此高精度、高效率地探测城市地下管线问题也就显得更加重要和迫切。瞬变电磁法对低阻异常反应灵敏，由于其快速轻便、体积效应小的优点越来越多地应用于工程与环境地质问题。

参考文献：

[1]近间距平行地下管线探测方法研究[J].王勇，陈伟.测绘通报.2011（03）

[2]复杂情况下城市地下管线探测体会[J].章剑峰，钱强强，俞杰，张滇.城市勘测.2010（03）