地下管线探测技术研究与应用

河南理工大学毕业设计（论文）题目：地下管线探测技术研究与应用院（系部）地勘系专业名称地球物理勘查技术年级班级学生姓名指导教师2012 年月日本论文主要内容是对利用频率域电磁法，地下金属管线探测技术应用的研究。

使用直接充电法和感应法探测地下管线（埋深、走向、对管线追踪），在使用仪器探测时的工作方法介绍。

如何提高信噪比，在野外工作时问题的处理解决方法，要想使探测数据真实可靠，不但需要仪器的精确，还需要操作人员在野外能依靠经验区分信号的可靠性，来解决等干扰带来的问题，根据环境条件选择最佳的工作频率，取得最好的探测效果。

关键词：频率域电磁法、RD8000、地下金属管线、直接充电法、感应法。

第一章：引言 (1)第二章地下管线探测技术理论和研究 (2)2.1地下管线探测的技术前提 (2)2.2地下管线探测的技术特点 (3)2.3 地下管线探测技术方法 (4)2.4 地下管线探测的工作原则 (6)第三章用频率域电磁法探测地下管线野外工作方法 (7)3.1 最佳工作频率的选择 (7)3.2常用的工作方法 (8)3.2.1直接充电法 (8)3.2.2感应法 (9)3.2.3夹钳法 (9)第四章金属管线探测原理 (10)4.1 管线仪器介绍 (10)4.2管线位置及埋深的确定 (11)4.3管线中影响信号电流大小的因素 (13)结束语 (14)致谢 (145)参考文献 (146)第一章：引言地下管线使城市的重要基础设施，它担负着传输信息输出能量及排放废液的工作。

由于历史原因，我国许多城市地下管网分布不清，档案管理不够规范，这给城镇、工矿企业的建设与改造以及管线的使用与维护带来许多困难。

因此，全面系统地勘察和测绘地下管网的分布，建立城市和厂矿企业地下管网数据库，对城市的正常运营及改造扩建都有十分重要的意义。

随着经济社会的迅猛发展和城市化进程的快速推进，城市的人口、资源、环境所带来的压力日益严重，城市的空间资源日益短缺，这就需要现代化城市的规划、建设和管理必须把城市的地上和地下空间作为一个整体来考虑，地下空间是一种极其宝贵的资源，不可再生，一旦无序开发，就会产生不可挽回的损失。

作为地下空间的主载体城市地下管线，是城市的重要基础设施，是城市生存和发展的血脉，科学、准确、完整的地下管线现状信息是地下管线安全、高效的保障。

为保证地下管线信息的科学性、准确性和现势性，目前国内通行的运做模式是：通过城市地下管线普查，建立综合地下管线数据库，进行地下管线竣工测量更新综合地下管线数据库。

由于地下管网种类繁多，再加上不同历史时期又遗留下大量废弃管线，这些复杂情况给地下管网的勘察和测绘带来很大困难。

因此地下管网调查不仅需要研制系统化的，能够对管线进行快速和有效跟踪的仪器设备，而且也需要不断研究和总结管网探测中的一些方法、技术，从而使地下管网探测这一地球物理勘探的新领域能得到迅速发展。

第二章地下管线探测技术理论和研究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2.1地下管线探测的技术前提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。

在此前提下，无论采用充电法或感应法，都会探测到地下管线所引起的异常。

从原理上讲，在感应激发条件下，管线本身及导电介质均会产生涡流。

对于那些直径与埋深可比拟的管道而言，在地表所引起的异常即决定管线本身所产生的涡流，也决定于大地-管线-大地这个回路中的电流以及管线所聚集的、存在于导电介质中的感应电流。

2.2地下管线探测的技术特点1. 地下管线赋存的环境复杂，地下管线属隐蔽工程，管线探测的区域多数在城区的繁华街道或厂矿的复杂地段，地面、地下以及空中干扰较大，不利于常规物探方法的开展。

2. 地下管线种类繁多，铺设方式、管材和型号各异，由管线所形成的物理场的种类和变化较大，增加了管线探测的难度。

3. 地下管线探测要求仪器具有连续追踪、快速定向、定点和定深的功能，同时要求能在现场作出准确的判断。

4. 仪器应具有足够的探测深度，有较高的分辨率和较强的抗干扰性能。

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。

⑴．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）。

⑵．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。

⑶．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。

2.3 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。