李新鵬 董旭 陳良 周小超 高有兵

國家管網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、環境復雜，傳統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。通過現場驗證，綜合物探可以作為復雜環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置，采用傳統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在密度、電阻率、磁性和傳播速度等方面的差異，通過專用設備探測這些物性差異在時間和空間上的異常反應，并進一步分析，從而推斷地下構筑物的形狀和位置。

2  測量與驗證

探測區域屬于黃河河漫灘工程地質區，區內地層以松散—稍密狀態的粉砂、細砂為主，夾有薄層粉土。管道頂管工作井材質為鋼筋混凝土結構，管道材質為鋼，材質與土體具有明顯的電磁差異，通過不同的儀器設備、激發方式、工作頻率可以達到定位目的，測區的地球物理條件滿足探測技術方法要求。

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。

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

當地下介質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，波組呈現出具有一定規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導電性差異，在二維空間內推斷、尋找電阻率異常高或異常低部位�；炷�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，因此可以根據地下電阻率變化判斷出電阻率異常，確定地下構筑物分布情況[2]。

本次高密度電法電極布設方向大致垂直于管道，電極布設間距1 m，共布設30道，測量長度30 m。測量結果顯示上部為低阻區，下部為高阻區，邊界明顯。結合當地的地質情況，上部低阻反應為雜填土，下部高阻區疑似為混凝土結構工作井，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。金屬探測儀內部有一組線圈，當這些線圈通過交變電流時，會產生按一定規律變化的磁場。金屬物體被探測區域內的磁場感應，在其內部產生渦電流，由于金屬的電導率，這些渦電流會產生自己的磁場，進而影響原來的磁場，探測器檢測到磁場變化，并發出警報[3]。

因工作井的材質為鋼筋混凝土結構，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出了警報。

結合三種方法，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，現場對南岸工作井進行開挖驗證，在深度2 m位置發現混凝土井壁，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  結語

為了保障管道安全運行，對轄區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、復雜環境下管道的探測提供了思路。今后在管道探測定位前應多收集建設、環境資料，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.地質雷達正演模擬及其在地下管道探測中的應用[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用研究[J].河北地質大學學報，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。聯系方式： 13080155922，271002095@qq.com。