李新鵬 董旭 陳良 周小超 高有兵

國家管網(wǎng)集團北方管道鄭州輸油氣分公司

油氣管道穿越大中型河流時一般采用定向鉆、頂管等施工工藝，因穿越段管道埋深大、環(huán)境復雜，傳統(tǒng)管線探測儀無法準確探測管道具體位置，為管道管理帶來一定困難。通過現(xiàn)場驗證，綜合物探可以作為復雜環(huán)境下管道定位的一種可行方法。

1  背景介紹

西氣東輸一線（簡稱西一線）管道直徑為1016 mm，設(shè)計壓力10 MPa，采取定向鉆加頂管的施工方式穿越黃河主河道，總長度超過7 km，管道平均埋深26 m。因測試樁僅在穿越段兩端設(shè)置，采用傳統(tǒng)的管線探測儀測量僅能覆蓋兩端各300 m管道，加之穿越段線纜布置復雜、探測信號弱，不能有效對管道進行定位。本次通過地質(zhì)雷達、高密度電法、金屬探測器等多種方法，精準定位了管道穿越段兩端豎井和定向鉆出土點，并經(jīng)開挖驗證，探測位置準確。

綜合物探主要利用不同巖土體介質(zhì)在密度、電阻率、磁性和傳播速度等方面的差異，通過專用設(shè)備探測這些物性差異在時間和空間上的異常反應(yīng)，并進一步分析，從而推斷地下構(gòu)筑物的形狀和位置。

2  測量與驗證

探測區(qū)域?qū)儆邳S河河漫灘工程地質(zhì)區(qū)，區(qū)內(nèi)地層以松散—稍密狀態(tài)的粉砂、細砂為主，夾有薄層粉土。管道頂管工作井材質(zhì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管道材質(zhì)為鋼，材質(zhì)與土體具有明顯的電磁差異，通過不同的儀器設(shè)備、激發(fā)方式、工作頻率可以達到定位目的，測區(qū)的地球物理條件滿足探測技術(shù)方法要求。

對于黃河南岸頂管工作井（簡稱南岸工作井）的探測，采用了地質(zhì)雷達、高密度電法等，通過對比電磁差異及電阻率差異，劃定出南岸工作井范圍，并使用金屬探測器精準定位工作井井壁位置。

地質(zhì)雷達法探測。地質(zhì)雷達是通過所發(fā)射電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律與波形特點的分析，查明地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性及空間分布特征。地質(zhì)雷達發(fā)射和接收是高頻電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播特性取決于介質(zhì)的波阻抗。當相鄰兩層介質(zhì)存在差異時，入射到兩結(jié)構(gòu)層分界面上的電磁波產(chǎn)生反射，形成反射波，被地面儀器接收，從而使該結(jié)構(gòu)層分界面被識別出來。在一定深度范圍內(nèi)相鄰兩介質(zhì)相對介電常數(shù)差異越大，反射波越強，反射界面越容易識別[1]。

當?shù)叵陆橘|(zhì)中存在混凝土管道時，與周圍土體間必然存在著明顯的介電性差異，其邊界形成較強的反射界面。在地質(zhì)雷達反射波剖面圖像上，平面位置21 m，深度2 m處，波組呈現(xiàn)出具有一定規(guī)模的上凸弧形分布即典型的雙曲線特征，與管道雷達異常吻合較好，推測此處極有可能為潛在混凝土工作井位置。

高密度電法探測。高密度電法探測是用儀器測量地下介質(zhì)導電性差異，在二維空間內(nèi)推斷、尋找電阻率異常高或異常低部位。混凝土樁、砌體石塊等障礙物一般電阻率較高，而地層中的土體由于土壤中含水，電阻率較低，因此可以根據(jù)地下電阻率變化判斷出電阻率異常，確定地下構(gòu)筑物分布情況[2]。

本次高密度電法電極布設(shè)方向大致垂直于管道，電極布設(shè)間距1 m，共布設(shè)30道，測量長度30 m。測量結(jié)果顯示上部為低阻區(qū)，下部為高阻區(qū)，邊界明顯。結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)情況，上部低阻反應(yīng)為雜填土，下部高阻區(qū)疑似為混凝土結(jié)構(gòu)工作井，推測埋深約2 m，井的邊界位于高密度線8 m～23 m附近，井直徑約15 m。

金屬探測儀探測。金屬探測儀的工作原理主要基于電磁感應(yīng)。金屬探測儀內(nèi)部有一組線圈，當這些線圈通過交變電流時，會產(chǎn)生按一定規(guī)律變化的磁場。金屬物體被探測區(qū)域內(nèi)的磁場感應(yīng)，在其內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，由于金屬的電導率，這些渦電流會產(chǎn)生自己的磁場，進而影響原來的磁場，探測器檢測到磁場變化，并發(fā)出警報[3]。

因工作井的材質(zhì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用金屬探測儀在探測井壁邊界部位進行驗證，金屬探測儀在井壁正上方發(fā)出了警報。

結(jié)合三種方法，最終推斷出南岸工作井具體位置、形狀和覆土厚度。在物探工作完成后，現(xiàn)場對南岸工作井進行開挖驗證，在深度2 m位置發(fā)現(xiàn)混凝土井壁，與探測位置一致。

采用與南岸相同的探測手段對北岸頂管工作井進行探測與開挖驗證，證實探測位置準確。

3  結(jié)語

為了保障管道安全運行，對轄區(qū)管道定期進行全覆蓋的探測定位十分必要。通過采取綜合物探方法，確定了西一線黃河穿越段兩端工作井和管道的位置，降低因管道位置不清帶來的安全風險，為類似長距離穿越、復雜環(huán)境下管道的探測提供了思路。今后在管道探測定位前應(yīng)多收集建設(shè)、環(huán)境資料，為提高探測精度和工作效率提供幫助。

參考文獻：

[1]劉洋洋，尹奇峰，倪圣軍，等.地質(zhì)雷達正演模擬及其在地下管道探測中的應(yīng)用[J].給水排水，2022，58(S2)：532-536.

[2]周瑜琨，張巍，劉立巖，等.高密度電阻率法在城市地下空間探測中的應(yīng)用研究[J].河北地質(zhì)大學學報，2022，45(02)：75-80.

[3]劉春明，鄧小軍，劉慶元.金屬探測儀在鋼筋混凝土排水溝(管)探測中的應(yīng)用[J].測繪通報，2016(S1)：110-112+119.

作者簡介：李新鵬，1988年生，助理工程師，畢業(yè)于河南科技大學，主要從事管道完整性、第三方施工管理等方面的管理工作。聯(lián)系方式： 13080155922，271002095@qq.com。