地下管线物探原理及探测方法分析

张卫民

摘要：物探技术作为城市地下管线勘探的一种重要方法，从原理上看，世界上分为波动场法、共场法和感应场法。常见的方法有地震灾害传播波法、超声波导波法、地质雷达法等，其中，探地雷达法利用高频电磁波探测地下物体。一旦它遇到检测的整体目标，就会立即产生反射信号。它将根据接收天线键入接收器，最后通过数字示波器显示放大的信息内容。它不仅可以区分检测区域中是否存在要测量的总体目标，还可以基于滞后时间和平均反射波速度来计算检测的总体目标间距。

关键词：地下管线物探；原理；探测方法

1管线测量难点

针对两条或者多条管线来说，一旦并行处理，垂直或交错，在检测它们时，由于相邻管道信号的功率重合，会在很大程度上造成电磁干扰，导致检测偏差。在这一过程中，如果对管道、人孔和金属材料管道的泄漏点进行搜索，可以使用装料法、快速夹具法和感应法进行检测。探地雷达法可用于非金属材料管道的探测。目前，管道勘探的技术实验仪器比较优秀，物探技术的精度和灵敏度比较高。现阶段，物探技术等学科有机渗透、快速发展，完成了管道目标的屏幕分辨率和多参数检测。

2地下管线物探原理

就探地雷达的技术特点而言，实际地下探测的关键是高频电磁波。根据调频发射机发射的无线电天线，将频率范围为12.5~1200MHz、脉冲宽度为0.1纳秒的单脉冲无线电波信号发射到整个目标区域。当检测到的目标在检测过程中出现时，将产生反射信号，该信号将由接收天线接收并发送到接收器。此时，可以基于数字示波器是否具有反射信号、发射波的双向传播时间和无线电波传输速率进行分析和判断，并且可以通过数值计算获得被检测对象的位置和方向。

探地雷达（GPR）探测大城市地下管道的原理是，物体和均质介质在主要参数（包括渗透率、电阻率、相对介电常数等）的标准水平上存在差异，这导致产品中反射波的雷达回波数据信息存在差异。因此，通过研究雷达波的抗压强度、几何结构和波型，推断大城市地下管道的平面位置和方向以及基础的埋深，可以判断物体的相关信息。

3常规地下管线探测方法

3.1机械开挖法

利用机械直接挖掘地面，揭开隐藏的地下管道并测量其位置。隧道法是最直接、最有效的管道检测方法之一，该方法检测精度较好。但施工成本高，对环境破坏大。钻孔方法是开挖的简化施工方法。其原理简单，对环境危害小，但施工成本高，管道容易损坏。机械开挖方法效率低，成本高，并且可能损坏管道，多用于检测大直径非金属和严重损坏的聚乙烯和混凝土管道。

3.2直流电法

检测通常采用高密度电阻法和充电法进行，金属和非金属管道的检测利用电磁场的理论特性和管道与周围沙子的光电催化特性之间的差异进行。高密度电阻法可用于搜索直径相对较大的管道，如地下涵洞。充电方法可以从调频发射机发射信号，完成与金属管道的连接，在另一端连接接地装置，也可以与金属材料管道的另一端连接。当调频发射机插入管道时，依靠探测器接收机接收和检索管道产生的电磁信号，从而对管道进行精确定位。该方法适用于电缆和天然气管道外部的生铁。建筑钢、铜和铝结合形成金属管道。

3.3高精度磁测法

高精度磁测是一种地质工程方法。通过对比地质体的磁场分布，分析地下镀锌管与环境之间的磁场误差引起的磁场变化，确定管道的位置和深度。铁磁管道沿地磁场方向磁化，管道和环境产生不同的电磁场。利用检测仪器进行高精度电磁场精确测量，确定地下管道的磁场强度与周围环境形成的电磁场之间的误差，进而确定管道位置。该方法的设计方案简单，机器和设备便于携带。然而，当检测到电磁场时，数据信号也会受到影响。因此，它适用于检查铁和磁性地下管道，如生铁管道。高精度磁力测试的关键设备是质子磁力仪。

3.4探地雷达法

该方法的原理是检测管道和材料的介电性、导电性和磁性之间的差异。来自发射源的高频电磁波可以被发射到道路的下侧。如果无线电波遇到极化指数的情况，不同类型的材料也会产生无线电波的反射，接收天线可以接收发回的无线电波。在此基础上，分析地下管道形成的雷达波图像，确定管道位置、管道直径和基础埋深。使用这种方法可以很好地检测金属和非金属材料管道的现象，但如果管道直径相对较小，基础深度相对较深，则形成的数据信号将难以识别。

3.5高密度电法

根据总体目标与环境之间的电力差异，选择高密度电力技术来观察不同极的电位差，并确定管道的位置和深度。高密度电法在地质勘探中得到广泛应用，它可以清楚地确定该地区的空间特征和地质结构。在高密度电法中，输出功率电平和信号接收器之间的全过程控制模式可以自动选择和组合，并且可以在不同位置和不同深度获得明显的表面电阻。根据接地电阻的分布特点，可以了解地下管线的分布情况，从而达到地下管线探测的效果。高密度电气方法的应用需要高密度的机械和设备。这是一个由三部分组成的电气级系统软件，用于创建统一的检测系统。同时，可编程电源开关必须接受三种类型的观测数据，放置四个相邻的功率电平并形成一个测量点。地下管线探测的主要过程是数据处理方法。在检测过程中，必须在一定时间内将以高密度方式获得的比特阻抗传输到电子计算机进行处理，然后可以使用二维反演技术手机软件获得专题地图。高密度数据管理系统主要由连接点、电平系统软件、多级变流器等组成。在供电系统中，多级变流器根据电缆在每个电平的中间提供电源和精确测量。抗干扰密度高，但测量精度高。它可用于检查金属和非金属管道，其设计复杂且易于使用。

3.6红外辐射测温法

对于温度高于零度的物体，由于其自身分子结构产生的红外辐射，红外探测器可以将物体发出的功率信号转换为电子信号，然后获得与材料表面热分布相对应的热图像。这种检测机器和设备通常是红外辐射温度计和红外扫描仪，可以检测和检查暖气和自来水的泄漏。

3.7井下管线摄影测量法

当地下管道基础埋深过深时，很难用普通实验仪器进行检测。矿井自然通风的前提是自然环境薄弱，空间狭小。在检测过程中，管道中的有毒有害物质或液体可能会严重影响管道人员的身心健康。对于这类不同的管道，管道智能机器人可用于进行管道摄影和精确测量，并根据管道的特性（如方位、规格和型号、基础埋深、材料、分支系统和泄漏点）传输数据，从而保证管道精密测量人员的安全，高效、全面地进行精确的管道测量。

3.8地震波映像法

根据目标与周围环境之间的波阻差异以及地震数据的人工干预，地震灾害组织可以产生弹性反射波。因此，当弹性波在地下传播并进入地下管道时，也会产生反射波、折射波和衍射波，从而改变弹性波的相位差、振幅和频率及其在频域中的突变点。通过比较该变化点的位置，我们可以知道地下管道的位置。地震灾害深度成像模式：在孔隙非金属材料管道中进行反射，但在实际中无法操作，因此很少结合实际应用。

结论

总的来说，随着当前地下管道系统软件的不断发展，地下管道的分布设置呈现出越来越复杂的状态。此外，中国有多种地质勘探方法和技术，勘探人员还可以根据项目的实际需要，全方位收集相关信息和统计数据。在具体勘探过程中，应根据项目本身的实际需要选择合适的物探技术。采用新的物探技术和设备，规范开展中、下管线地下管线勘探的相关实际操作，提高探测精度和效率，为项目的进一步发展奠定基础。

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