１ 引言

近年來，隨著我國工程建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，擬建工程范圍內(nèi)分布著密集的地下管線。非開挖管線成為地下管線探測的重點和難點。有些非開挖管線年代久遠(yuǎn)，施工拉管資料缺失，成為影響工程設(shè)計和施工的重要因素。因此，在工程選址、設(shè)計和施工前，必須查明地下管線的分布、走向和埋深情況。

深埋管線探測方法有孔中磁梯度法、電磁法、陀儀管道測繪技術(shù)、導(dǎo)向探測技術(shù)等。針對非開挖金屬管道，可以選用地面電磁法粗探，孔中磁梯度法精探，通過理論曲線分析及探測數(shù)值判讀，**定位目標(biāo)管線，為設(shè)計和施工提供可靠的依據(jù)。

２ 磁梯度法

２． １ 單管線理論模型

磁梯度法是一種對深埋管線進(jìn)行空間定位的較準(zhǔn)確的方法。圖 １ 為單管線磁梯度法理論模型。在均勻無磁性物質(zhì)的土層中，其磁場強(qiáng)度是均勻場，如果有磁性物質(zhì)存在時，將會在其周圍分布有較強(qiáng)的感應(yīng)磁場，從而產(chǎn)生磁異常，且磁異常強(qiáng)度由近及遠(yuǎn)逐漸衰減。磁梯度法就是將所要探測的磁性管線等效為無限長水平圓柱體，通過觀測其磁異常的變化，特別是垂直分量Ｚａ的梯度值的分布，來判定管線的平面位置及埋深。Ｚａ及其梯度值?Ｚａ?Ｒ的計算公式如下：

Ｚａ＝２Ｍｓ（ｘ２＋Ｒ２）２［（Ｒ２－ｘ２）ｓｉｎｉ－ ２ｘＲｃｏｓｉ］（１）?Ｚａ?Ｒ＝２Ｍｓ（ｘ２＋Ｒ２）２（２Ｒｓｉｎｉ－ ２ｘｃｏｓｉ）－８Ｍｓ（Ｒ２－ｘ２）ｓｉｎｉ－２ＲｘｃｏｓｉＲ（ｘ２＋Ｒ２）３（２）式中，Ｒ為埋深，ｍ；ｘ為水平距離，ｍ；ｉ為金屬管線有效磁傾角，（°）；Ｍｓ＝Ｊｓ?Ｓ：截面磁矩，Ｊｓ為有效磁化強(qiáng)度，Ａ／ｍ，Ｓ為截面面積，ｍ２。

圖 ２為金屬管線在垂直剖面上的Ｚａ梯度值的理論曲線。

通過鉆孔將磁力梯度儀下到鉆孔內(nèi)，自上而下測量垂直方向上的Ｚａ曲線變化。空間場值為零值圖案形成近似對稱的六角射線狀。

２． ２平行管線磁梯度場理論曲線模擬

兩根或多跟非開挖管道順行敷設(shè)情況下，可將每根管線獨立看待，逐一計算磁場分量再加求和形成空間磁場。利用上述公式，模擬兩根平行金屬管道剖面視角下磁梯度等值線圖。天津塘沽地區(qū)地磁偏角－ ７． ５°，地磁傾角 ５８°。管道東西走向時，單根管道中心線兩側(cè)磁梯度曲線呈現(xiàn)非對稱性，極值

指向管道位置，孔位隨著與管道平距增加而迅速衰減。而雙根平行管道會將兩種曲線疊加變得更加復(fù)雜，但衰減速率與單根管線一致。故可以通過平行管道兩側(cè)逐步逼近方法分別從兩側(cè)逼近布設(shè)鉆孔，觀察極值出現(xiàn)的位置和深度區(qū)分兩根管道埋深。

圖 ３ 為兩平行管道不同間距磁梯度正演剖面。

由圖 ３ 可知，當(dāng)兩平行管線平面與地面平行時，磁化率、埋深都相同，管道單側(cè)鄰近孔位極值較大，隨著管道間距變大，出現(xiàn)極值孔平面間距也會增大。通過正演模擬，當(dāng)管道水平間距大于 １． ５ｍ時，可以明顯判斷為兩根管道。隨著管道間距增大，兩管道之間可以增加鉆孔，但增加鉆孔風(fēng)險大、易碰撞管道。因此在探測平行管道時，布設(shè)鉆孔順序也應(yīng)遵從由遠(yuǎn)及近，并逐孔觀察曲線形態(tài)。當(dāng)曲線異常值足夠判斷管道位置時即可停止；然后，跨過目標(biāo)管道組另一側(cè)逐孔逼近。曲線等值線為零值處連線交匯點即管道中心點，當(dāng)兩管道間距增大，左右兩側(cè)曲線零值連線交點也逐漸增大，即可判斷為兩根管道。

圖４ 為兩平行管道，不同埋深磁梯度正演剖面圖。

由圖 ４ 可知，當(dāng)兩平行管道平面與地面垂直時，磁化率不同時，弱磁化率管道曲線峰值會淹沒在強(qiáng)磁化率峰值下；隨著管道埋深間距變大，出現(xiàn)極值突變。通過正演模擬，當(dāng)管道埋深間距大于１． ５ｍ時，可以明顯看到鄰近管道孔曲線出現(xiàn)雙“Ｓ”型，能明顯區(qū)分兩根管道。

當(dāng)管線分布稀疏，管道之間的平面投影或豎向間距大于 １． ５ｍ時，曲線形態(tài)可以區(qū)分兩管線。建議布設(shè)鉆孔間距 １ｍ，逐孔遞近，探測信號強(qiáng)度足以判斷管道埋深即可停止；然后，跨過目標(biāo)管道組另一側(cè)逐孔逼近，驗證極值點對應(yīng)測線距離和縱向標(biāo)高是否一致，從而判斷是否為兩根管道。

３ 工程應(yīng)用

在天津濱海新區(qū)北穿港路深埋燃?xì)夤艿捞綔y工程中，建設(shè)單位擬使用非開挖施工工藝，使水源管頂管穿越北穿港路。據(jù)前期調(diào)查管線資料得知，現(xiàn)場存在 ３ 根與頂管路徑相交叉的非開挖深埋燃?xì)夤芫€。為確保設(shè)計方案的可行，需查明該區(qū)域管線的走向及埋深。結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境和探測精度，采用地面電磁波法初步定位，孔中磁梯度法**定深的綜合探測方案。

３． １ 管線儀探測成果

在擬施工路徑處選擇地面平坦區(qū)域，依次將天然氣管道遠(yuǎn)端直連激發(fā)，由南向北做地面測線 ２０ｍ，測線跨過三根管線曲線，如圖 ５所示。曲線極大值

所在位置可視為管道正上方，依次直連激發(fā)每根天然氣管道測線，讀取Ｈｘ值做歸一化曲線，如圖 ５所示。曲線極大值依次為 ７． ６、９． ８、１３． ４ｍ。因曲線平緩無法利用特征點判別管道埋深。

３． ２磁梯度法探測成果

采用兩側(cè)逐孔逼近方式施工，為保證管道安全使用特質(zhì)塑料鉆頭鉆探。通過對 ７個鉆孔的數(shù)據(jù)分析，繪制了鉆孔磁梯度曲線圖，并結(jié)合理論模型研究和以往工作經(jīng)驗，確定了管線的位置及標(biāo)高。圖６ 為磁梯度探測曲線圖。如圖 ６ 所示，對比臨近鉆孔“Ｓ”型磁異常曲線穿過零值點位置，利用虛線連接形成六角放射線交叉點，即為推斷管道位置，管道中心點高程分別為－５． ８９、－ ８． ０３、－ １３． ８７ｍ。從剖面曲線可以看到與地面管線儀探測平面位置大致相同。

３． ３ 精度驗證

為保證該項目探測精度，利用塑料鉆頭小型注漿機(jī)驗證管道位置。鉆至管道正上方后，利用孔中磁梯度探測曲線（如圖 ７），推斷為管道頂部正上方。如表 １ 所示三根管道復(fù)測差值均小于 ３０ｃｍ，誤差滿足規(guī)范對地下管道埋深探測精度要求。

４ 結(jié)論

通過該案例可以得出如下結(jié)論：

１）通過正演鋼制管道鉆孔磁梯度曲線，當(dāng)兩平行管道間距大于 １． ５ｍ時可以明顯區(qū)分。

２）布設(shè)鉆孔應(yīng)考慮管道兩側(cè)曲線對稱性，如不對稱則可能存在干擾物。

３）采用鉆孔磁梯度法進(jìn)行平行深埋鋼制管道的探測，可以準(zhǔn)確探測管線的平面位置和埋深，為工程建設(shè)和設(shè)計方案提供可靠依據(jù)。