【摘要】深埋管线作为城市地下必备的工程设施，承载着运输物质及资源的重任，但存在着新旧不一、分布杂乱、管理不便的问题。深埋管线的探查和探测工作是社会发展的必然，需要丰富理论知识和实践经验作为支撑。磁梯度技术作为近些年来新兴的一种高精尖技术，在管线探测中得到广泛的应用。本文从深埋管线探测的行业背景出发，对磁梯度技术的原理以及在深埋管线探测中的实际应用进行归纳和研究。
【关键词】深埋管线 磁梯度 地下管线探测
引言
随着越来越多的大型功能性城市的建设和开发，城市地下管网系统在整个城市的正常运作中线扮演者越来越重要的角色。深埋管线承载着雨水、污水等城市地上部分自然和社会生活带来的排泄，又运输着燃气、自来水等供给社会发展和市民生活的必备资源，是城市良好有序、健康发展的根本性基础之一。
近年来，地下管网存在的管线老化、分布杂乱、排布密集、管线管理手段不科学等问题逐渐凸显，现有的管线探测技术和管理理念与城市高速发展之间的矛盾愈演愈烈，对于深埋管线的探测工作已经迫在眉睫，我们急需寻求一种普适性的科学技术手段，来辅助深埋管线探测工作的完成。
1.磁梯度技术原理
在地球表面的不同位置，磁场强度E各不相同。通常情况下，没有铁磁性物质干扰时，E呈均匀性分布。然而，当存在铁磁性物质时，受地球磁场的磁化作用，铁磁性物质周围会发生磁异常现象，且磁异常现象的强度大小与距离直接相关。
磁梯度法的原理为，由单位距离内，所测得E的变化情况，对地下所埋设管线的位置进行推断。E的变化主要体现在磁场垂直分量Za上，因此，通过Za梯度值的数值变化趋势，可以对磁性异常物位置进行推测。磁梯度技术的金属管线正演模型如图1所示。
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图1 金属管线正演模型
在实际工程应用中，磁梯度探测法经常用于施工中的钻孔定位。由于非开挖型管线存在埋藏较深亲且内部信号不强的问题，因此工程师们设想将探测仪器尽量送到距离管线较近的位置，再进行探测，因此需要借助向地下钻孔的手段来实现。在探测时，一般在预估目标附近打二至三个钻孔，观测钻孔内部出现的磁异常，尤其是在垂直分量Za上梯度值的分布，从而可以判定目标物的平面分布及空间位置。
在距离管线中心x位置较近的钻孔中，钻孔内探测得到的Za曲线变化幅度较明显，在距离管线中心x位置较远的钻孔中，钻孔内探测得到的Za曲线变化幅度较缓和。在一般情况下，金属管道中心点的位置位于Za曲线的最大和最小值对应的平面位置之间。在钻孔内安置好磁力探测仪，由下而上，每隔0.20m的间隔，测量和记录每个深度位置的磁梯度值，然后将测得的数据依次绘制成实测曲线，将其与理论曲线进行对比，可以推断地下管线的埋设情况。
2.磁梯度技术优势
在当今的施工建设中，随着非开挖技术的逐步完善和发展，采用非开挖地表的方式铺设管道的方式逐渐兴起，这种方式的管道埋深通常介于3.0~20.0m之间，并且，存在间隔很长的管线距离没有露出点的问题，通常的传统技术不能准确探测。此外，有一些具有专业用途的管线，按照施工规范的要求需要深埋，且道路回填造成路面加高，导致了管线埋深的意外增加，使这段管线的部分埋深超出了传统的管线探测仪器能够探测的距离范围，不易被探测出来。综上，精准定位管线的探测工作难度大大增加。
在目前的深埋管线探测技术中，相较于传统的电磁感应法、地质雷达法、地震波法等方法，磁梯度技术作为磁探测法中的一种，因为其穿透性强、探测灵敏度高、受周围环境影响较小，而广泛地运用于金属深埋管线的探测技术中。
3.磁梯度技术在深埋管线探测中的实际应用
接下来通过一例深埋管线探测的实际操作施工步骤，叙述磁梯度技术的实际应用，及其在整个深埋管线探测中的作用环节。
3.1 对于剖面的测量
在地下管线的实际探测中，为提高探测的准确度和效率，通常先进行测量剖面的工作。具体步骤为：沿着剖面方向布设一条长度自由的测量线，且方向需保持垂直于管线延长线，并应在综合考量地下管线的埋深与方向改变等因素后，确定测量线间距的大小。通常情况下，测量线的间距在几米到几十米之间，在管线较为平直时，可设置为100m及以上。此外应该考虑管线的预埋深，埋深较浅时应合理减小点间距，埋深较大时，应结合实际情况适当增大点间距。可以在一条剖面之上设置不相等的点间距，管线的上方和两侧点距应适当增加，这样能够得到完整的探测曲线，提升探测精度及效率。
3.2 对于钻孔的定位及校准垂直度
进行钻孔工作之前，极坐标需要使用全站仪来进行选择和标定，对拟钻孔点进行定位，然后在定位点进行钻孔。钻孔的垂直程度是地下管线能够被精确探测的关键和前提，应借助两台全站仪来确定90°角，作为钻杆垂直度的校准标尺，并且在钻孔工作进行的过程中，应该对准钻杆的垂直度进行实时的监测和校准。
3.3 钻孔施工
按照规划设计完成的预设孔位进行钻孔施工，为了防止钻孔机器钻到管道的情况发生，应严格遵循施工规范的规定，由外向内进行钻孔，且若任意一个钻孔出现触碰到障碍物的现象，则立刻停止此次探测。在打孔过后，运用高压水反复冲洗的水冲法成孔，使用这种方法的原因是防止因为打孔机械触碰到管道而造成管道及其管外壁包裹的防腐层的损坏。
3.4 下套管及磁梯度的探测
在钻孔施工结束之后，在孔中安置适宜管径PVC管并封闭管底，在下管过程中要注意边下边注清水，避免PVC管出现上浮的现象，注意在此过程中需要使用没有磁性的螺丝来固定管子的接头部位，防止干扰探测结果。把磁梯度仪器的探头放置在PVC管里，由孔底往上，每隔0.10m的距离测量和记录各点的磁梯度数值，到达孔顶之后，再由上往下每隔0.10m检验各点的磁梯度测量值。
3.5 孔位及测量孔口的标高
在测试工作全部完成之后，根据断面全部钻孔的预期孔口标高完成各个设计断面探测的作业。
3.6 异常数据的解释与处理
在通过现场作业，获得磁测的资料以后，需要分析测量得到的磁异常数据并加以解释，从而推测出场源的分布形态。这样做的目的是从测区里磁异常点入手，结合已有的地质及物理条件将干扰消除，从而明确地下管线的空间分布形态。
对于磁异常数据的处理，主要需要进行定性的解释以及定量的计算。在对数据进行定性解释时，需要首先消除掉干扰性因素，并从庞杂数据资料中发现相关的规律，精准识别出因地下管线所导致的磁异常，对地下管线的埋深与走向进行总体把握。在对数据进行定量计算时，需要采用正确计算的方式，精准地计算地下管线的埋深与位置等分布情况。
4.结语
在当今城市的总体建设中，地下管线的稳定运行与整个社会的利益息息相关，且伴随着逐渐完善的城市配套基础设施建设，地下管线系统势必会越来越庞杂，对深埋管线的探测以及信息化工作已经刻不容缓。
磁梯度技术作为探测深埋管线的一项重要技术，能够精确地确定的地下金属管线的埋深，甚至能根据异常幅值区分同一场地内不同管径的金属管道，远远优于其他的常规探测手段。相信随着科学研究的不断深入，磁梯度法在深埋管线探测领域会运用地更为广泛，探测结果会更加精准。
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论文作者:罗建全
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：管线论文; 梯度论文; 钻孔论文; 深埋论文; 地下论文; 技术论文; 测量论文; 《城镇建设》2020年1月第2期论文;