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试分析大埋深非开挖管线精探技术的应用

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第6期作者：谢文科

[导读] 摘要：在城市的建设中，各种城市官网错综复杂深埋在城市地下。

        浙江有色地球物理技术应用研究院有限公司浙江绍兴 312000
        摘要：在城市的建设中，各种城市官网错综复杂深埋在城市地下。进行管网施工，传统的开挖技术会产生很大的弊端，不但影响了城市交通，也增大了施工成本。因此，非开挖技术成为当前施工的常见技术。本文将对大埋深非开挖管道施工技术进行分析，以供参考。
        关键词：大埋深非开挖；发展；价值；技术；应用
        1.前言
        管道非开挖技术由于其分布的位置不定且埋深大，给施工带来了很大的难度，由于常规技术受到限制，进而不能用常规的探测方法进行探测。因此，要采取精探技术。
        2.非开挖技术发展
        非开挖技术是市政管道建设中的重要技术。自1970年代以来，在中国与非开挖施工有关的技术已被应用，并已直接应用于维修和铺设地下管线。与传统的管道钻井施工技术相比，该技术在实际应用中将施工活动对城市道路环境的影响降至最低，即使在复杂的地层条件下也有效地提高了管道铺设能力维修和管道工作可以顺利进行。同时，该技术还可以在具有实际应用价值的现场应用中修复管道。近年来，中国基建工程的不断发展和相关技术的不断发展和应用过程中，非开挖技术也被用于地下管道的维修和建设，极大地改善了基建技术。从单管施工到目前的高施工水平，多管施工成为可能，无槽长施工距离可以满足各种条件下管道维修和铺设的需要。目前，随着这项技术的发展，施工方法大体可分为水平开挖，顶管施工和牵管施工三种类型，但是在实际施工中，这三种施工方法具有不同的施工要求和特点，可以根据实际情况采取不同的施工技术。
        3.非开挖技术应用价值
        在当今的市政管道工程建设中，非开挖施工是一种广泛使用的施工技术，具有施工效率高，施工周期短，施工成本低，施工过程中对周围环境的影响等优点。无论是铺设市政排水管道，天然气管道，电信光缆，电力光缆，光纤管道还是维修工程，该技术被广泛用于确保人们的正常工作和生活。例如，在无法挖掘的构筑物或道路施工区域中，可以使用无挖沟技术进行施工并且可以减少对周围构筑物的影响，完成施工。在道路建设中，可以保证道路的正常通行，避免因建设价值高而造成的交通拥堵问题。
        4.大埋深非开挖管线精探技术
        4.1大埋深非开挖金属管线精探技术
        井内磁场梯度法是目前检测水和天然气中的大型深埋无沟槽金属管道的最有效方法。地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性前提，根据电磁感应原理来观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而达到寻找地下管线的目的。当地下管线与周围介质间电性差异明显且管线长度远大于管线埋深时，探测效果明显。通常，在不包含铁磁性物质的均质的土层中，理论上磁场强度是均匀的，并且当内部存在铁磁性物质时，在其周围分布有强磁场并发生磁异常。在现场检测过程中，通过钻探将磁梯度探头降低到井眼中，从上至下测量水平金属管道的垂直梯度Za梯度值，并以垂直分量Za梯度曲线的形式通过分析变化，确定金属管道的位置。
        跨孔超声波法探测的方法技术是在被测目标物两侧利用钻孔成孔两根竖向相互平行的声测管作为探测通道，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂，由发射换能器发射超声脉冲信号，穿过声测管之间的介质，并经接收换能器接收信号，判读出超声波穿过介质的声时、首波的波幅等参数。超声脉冲信号在地下介质传播过程中，当介质（如埋有管道）中存在波阻抗差异时，将发生反射、绕射、折射、透射和声波能量的吸收、衰减，使接收信号在介质中传播的时间、振动的幅度、初至波频率及波幅等发生变化，这样接收信号就携带了有关传播介质的变化情况等信息。由仪器的数据处理与判断分析软件对接收信号的各种声学参数特征进行综合分析。结合地质条件、介质（如埋设的管道）性质等，即可判定被测目标物（地下管道）的深度。
        4.2电力、通信类非开挖管线精探技术
        信号跟踪方法是当前检测非开挖电源和通信管道的最有效，最便捷的方法。信号跟踪方法是将配备有信号跟踪设备（传感器）的柔性杆插入无槽电源或通信管中的孔中，地面接收器接收信号跟踪设备发出的特定频率的电磁信号的方法。接收信号的强度和分布确定信标的平面位置和深度。如果将上述非开挖电力和通信管道埋深很大（长达几十米），或在检测点的电磁干扰较大，则信号检测方法较弱，目标管道的定位和埋深精确度较差。
        目前，陀螺仪的3D精确定位技术可用于定位地下管线。陀螺仪3D精确定位技术是管道3D精确定位的国际领先新技术。将陀螺仪原理与计算机的3D计算技术相集成，并巧妙地使用陀螺仪导航技术，重力场，计算机矢量计算相结合，自动生成基于X，Y，Z的跨学科原理的3D坐标地下管线的空间位置曲线。不论管道材质，埋藏深度或周围环境及地质条件如何，测量精度与管线长度相关，标称精度平面优于0.25%L，高程优于0.10%L（L为管线的三维长度）。其工作前提是预留空管。陀螺仪方法受设备本身尺寸的限制，因此无法检测小口径通信的非开挖管线。
        在井中应用磁场梯度法和超声波法在很大程度上解决目标管道是金属材质和非金属材质的管道。而解决直径小，埋深大，非金属材质的管道，将上述多种检测方法有机地结合起来，形成了一种主动磁源方法，可以精确地定位这种管道。
        5.某天然气非开挖管线精探案例
        根据已知资料，温州某地在建高铁项目与非开挖天然气管道相交。天然气管道DN813高压管。管道埋藏深度大于20m（具体不清）。为了确定高铁基桩承台可以安全立桩，需要检查非开挖天然气管道的确切平面位置和埋深深度。考虑检测管道材质为金属，因此决定在井中使用跨孔超声波法和磁场梯度法进行检测。

        图1超声透射波列图（截屏）  图2 磁梯度法曲线
        在安全范围外，人工钻孔断面垂直天然气管道，结合孔中磁梯度法及超声波法依次缩小间距，综合分析确定了天然气管道的平面位置和埋藏深度。由于管道的绝对安全性，建设方和天然气公司要求进一步提高检测准确性，减少检测错误并对已验证的天然气管道进行“检查”验证。采用水冲击法对管道进行触探，触探到管道后，冲孔注清水，将孔中高清成像系统作为目标管道进行成像显示。
        6.结束语
        本文针对深层非开挖管道的准确检测问题，针对不同类型管道的特点，系统地研究了不同类型的非开挖管道的精确检测技术的优缺点。分析并提出新的组合检测方法。多种工程应用显示：
        1）陀螺仪法、有源磁源法、声波透射法，磁梯度法的综合应用，可以有效解决埋深大，开孔小的非金属管道的准确检测问题。
        2）综合利用井内磁场梯度法、超声波法、渗透率测试法和高清摄像机法对一定直径的深埋非开挖管道的探测结果进行“看管”验证。检测精度将大大提高，实现了埋入式非开挖管道的“零误差”检测。
        参考文献
        [1]胡绕，王水强．城市地下管线综合探测技术及应用实践［J］．城市勘测，2019，增1：99～103.