进一步利用电磁法探查城市地下管线
摘要：近些年来，城市地下管线探查技术有很大提高，但有些探查技术还没有被广大管线探查人员认识和重视，笔者根据自己的经验，阐述一些应被探查人员注重和进一步利用的方法，以提高探查成果的质量。
关键词：地下管线，管线探测
引言：城市地下管线探查技术经过十几年的发展，理论和实践都有很大的提高，但有些技术如管线信号的激发、剖面曲线的运用、正反演技术等还没有被广大探查人员重视和熟练运用，致使在探查之后依然有管线漏测或成果不准确。
1、 信号激发技术
初级探测者往往只注重信号接收机的使用，试图通过调节接收机寻找到管线的信号，却收效甚微。倘若目标管线上没有负载电流或微弱负载电流，信噪比低，加大增益的同时也放大了干扰信号，最终仍难以得到满意的结果。通过更换信号激发方式增大目标管线的负载电流，提高信噪比，才是提高探测结果可靠性的有效途径。
通常的信号激发方式有三种，感应法、夹钳(感应)法、充电法(直接法)。感应法非常方便，为广大探测人员习惯性使用，但发射线圈本身有一定的一次磁场，需要避开，同时对管线信号的激发效果受管线深度影响很大，也容易激发出旁侧的非目标管线——如路灯线等的信号。夹钳(感应)法对线缆类管线探测效果较好，被夹的管线或导体内能产生较强的电流。充电法，包括单端、双端充电方式，直接向管线输入一定频率的电流，尽量让电流沿目标管线流动，充电点的选择对探测的结果有一定影响。近年来出现的“点电源”充电方式(一端在井内阀门上，另一端在井盖上)，其管线中电流很难近似为“单一线电流”，是附近难以找到合适接地点的无奈选择，不应作为日常习惯性使用的方法。
感应法方式中还有压线感应法，该方法使得旁侧管线上的载流加强，而正下方管线载流减弱。
不论采取何种信号的激发方式，都是为了增大目标管线上的载流，减小其它管线的载流，使目标管线的信号能够被仪器接收并从干扰背景中突出。复杂地区的管线，探查的第一步也就是要通过运用不同的信号激发方式，将复杂管线简化为近间距平行管线。
1．1工程实例一
黄埔区庙头一条DN730液化气管穿越黄埔东路，采用顶管施工，深度在5～9m，但不能准确确定在黄埔东路南侧的深度，对拟施工的污水顶管工程带来不便。虽然钢管导电性好，但因埋深大，感应法无法施加有效信号。通过实地踏勘，发现在黄埔东路南北二侧，相距约一公里远的地方，有二个该液化气管的阴极保护装置，采用约二公里长导线，对二铁桩充电，施加信号。图一是感应法、单端充电法、双端充电法激发信号时记录的Hx(磁场水平分量)曲线。
感应法记录的曲线A不能发现该管的存在；单端充电法记录的曲线B（增益60）隐约发现该管；双端充电法记录的曲线C（增益46）明显显示该管的存在。
图一：庙头液化气管不同方式激发的Hx曲线
在这种超深管线的探测中，有效施加管线信号是探测成功与否的关键。
1．2工程实例二
当给水铸铁管和燃气钢管近间距离平行敷设时，燃气钢管由于导电性好较容易探测，而给水铸铁管因导电性相对较差，显得不易探测。虽然发射机直立在铸铁管的正上方，铸铁管产生的载流反而远小于燃气钢管上的载流，因而信号被燃气钢管的信号叠加、影响后，相对变弱，甚至不能察觉。而通过对燃气钢管的压线法感应，却可以突出给水铸铁管的异常。
图二：一处铸铁管与钢管的不同方式激发的ΔHx’曲线
图二中，在剖面2.5m及4.2m处分别有燃气钢管和给水铸铁管，对给水铸铁管感应激发信号或充电，接收到的ΔHx’曲线均如“A”，燃气钢管异常突出，而给水铸铁管的异常被掩盖难以察觉。但对燃气钢管的压线法感应，却使给水铸铁管的异常突出，如曲线“B”。
2、 剖面曲线
我们观察的是电流在空间形成的场值，磁场水平分量或垂直分量，通过大脑记忆场值的变化趋势，分析场值在空间的形态，找到地下电流、即管线的位置。但有的场值受到干扰或隐藏在其它管的信号中不能被探测者察觉，而被漏测。在复杂管线地区采取记录场值曲线，能帮助探测者发现信号并察觉到信号是否受到干扰而采取其它措施减小干扰。
2.2工程实例三
图三(a)图中有二条管的异常叠加在一起，不细心的探测者只能发现一条管线。图三的(b)图显示在3.0m宽的人行道上有四条管线，从左向右分别为电力、电信、给水、路灯，其中2.3m处的异常正是目标管线给水铸铁管，这是对它双端充电激发时记录的ΔHx’曲线。该铸铁管实际是有信号的，但不通过对曲线的观察却不能被发现。
图三：有管线异常被隐藏的ΔHx’曲线
在管线复杂地区或管线较深时，设置观测剖面是发现管线异常和取得管线完整异常的最好方法。
3、 正、反演技术
正反演技术的使用建立在场值曲线的基础上，对探查结果要求较高的重点的施工工程如顶管等项目非常重要。主要作用有二点：一是通过标准曲线对比实际探测曲线，利用曲线的总体趋势来得到准确的管线位置和深度；二是将叠加在一起的信号分离开。
中国地质大学(北京)的杨旭教授等提出了人机对话式的反演技术，给定的管线平面位置、深度、电流等参数，正演计算各管线电流形成的场，然后叠加，与实测曲线比较，根据拟合情况，不断变换参数，直至操作者满意，此时所得的参数值即为反演的结果。
3．1反演实例一
对本文2.1图一中的曲线“B”、“C”进行拟合反演，拟合结果见下图四。可见“B”线与理论曲线“一致性”差，得出的结果精度不高，而“C”线与理论曲线“一致性”较好，反映该液化气管的平面位置在剖面的9.3m处、中心深度8.3m。
图四：对液化气管的拟合反演
通过拟合反演，利用曲线的总体变化趋势获得管线平面位置和深度，精度远高于平常的“极大值”定位、“特征点”测深。
3．2反演实例二
图五：通过反演实现管线异常的分离
对本文3.1图三中的曲线拟合反演，结果见图五，将叠加在一起的管线信号分离成二个或多个管线的单独信号。（a）图中的给水管平面位置1.40m、中心深度1.50m；燃气管平面位置2.55m、中心深度0.79m。（b）图中的给水管平面位置2.25m、中心深度1.09m。
4、 结论
随着城市建设的快速发展，城市管线愈来愈密集，互相交叉或绞合在一起，想要一条一条理清显得愈来愈困难。但作为管线探查人员，应掌握更多的方法来查明它们，利用更多的技术手段来克服困难，避免为后续工程施工留下安全的隐患。常用的频率域电磁法仍可以解决许多金属管线的探测问题，但不可避免地也存在一些缺陷，如信号的串线问题，磁场的叠加等，需要探测者更细心，责任心更强，也需要突破“单一线电流”理论下的工作模式，考虑多管线(多电流)情况。
建议探测城市地下管线时注意以下几点：
1．重视对管线信号的激发。测不到管线不一定是没有管线，另一种可能是没有被有效地激发出信号。
2．设置探测剖面，绘制场值曲线，可以发现实地难以觉察的局部异常，有助于发现管线并了解管线异常受干扰的情况。
3．利用曲线的正演拟合实现反演过程，可帮助探测人员更准确地得到管线的位置和深度。
参考文献
［1］区福邦《城市地下管线普查技术研究与应用》东南大学出版社.1998年8月
［2］田应中等《地下管线网探测与信息管理》北京.测绘出版社.1997
