管線探測(cè)儀的磁場(chǎng)激發(fā)方式探討

高建勇 程文華

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管線探測(cè)儀的磁場(chǎng)激發(fā)方式探討

高建勇1程文華2

1.山東省泰安市自來(lái)水公司；2.山東省泰安市大河水庫(kù)管理處

管線探測(cè)儀在地下管線管理中發(fā)揮著非常重要的作用，由于地下管線受埋設(shè)條件、旁側(cè)管線干擾等情況的影響，有時(shí)使得管線探測(cè)工作的難度加大，要提高管線探測(cè)的準(zhǔn)確性，管線探測(cè)儀的磁場(chǎng)激發(fā)方式是管線探測(cè)工作的基礎(chǔ)，也很重要。該文通過(guò)研究管線探測(cè)儀的工作原理，針對(duì)管線探測(cè)儀的磁場(chǎng)激發(fā)方式進(jìn)行探討，提出了幾種特殊的磁場(chǎng)激發(fā)方式和磁場(chǎng)激發(fā)方式的選擇原則，以提高管線探測(cè)的準(zhǔn)確度及工作效率。

電磁法 主動(dòng)源方式 靈活運(yùn)用

當(dāng)前地下管線探測(cè)中最便捷、高效、常用的方法是電磁法，原理是電磁感應(yīng)定律，通過(guò)接收機(jī)在地面上測(cè)定地下管線在發(fā)射機(jī)一次場(chǎng)作用下被激發(fā)而產(chǎn)生的二次場(chǎng)的變化來(lái)判斷地下管線的空間位置。電磁法的磁場(chǎng)激發(fā)方式分為被動(dòng)源方式和主動(dòng)源方式。被動(dòng)源方式不能作為管線的精確定位方法。日常工作中應(yīng)用最多的是主動(dòng)源方式，主動(dòng)源方式又分為感應(yīng)法、直接法、夾鉗法及示蹤法等。

1 方法改進(jìn)

根據(jù)管線探測(cè)儀的工作原理對(duì)主動(dòng)源方式的激發(fā)方法做以下延伸：

1.1 感應(yīng)法

1.1.1 磁偶極感應(yīng)法

該方法指利用發(fā)射線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)金屬管線感應(yīng)所產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。這也是對(duì)管線進(jìn)行快速追蹤的方法。

（1）水平磁偶極感應(yīng)法：當(dāng)發(fā)射機(jī)直立放置地面時(shí)，發(fā)射線圈面直立且平行于管線走向，產(chǎn)生的磁偶極場(chǎng)呈現(xiàn)水平磁偶極場(chǎng)特征。

（2）垂直磁偶極感應(yīng)法：當(dāng)發(fā)射機(jī)平臥在地面上，發(fā)射線圈面與地面平行，產(chǎn)生的磁偶極場(chǎng)呈現(xiàn)垂直磁偶極場(chǎng)特征。主要在水平壓線法中使用，能有效識(shí)別目標(biāo)管線，壓制平行的非目標(biāo)管線。

（3）傾斜磁偶極感應(yīng)法：使發(fā)射機(jī)傾斜，主要在傾斜壓線法中使用。

1.1.2 電偶極感應(yīng)法

利用發(fā)射機(jī)兩端接地產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)金屬管線感應(yīng)所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。該方法信號(hào)強(qiáng)、不需管線出露點(diǎn)，但必須有良好的接地條件（如果接地條件不好，可以在埋設(shè)介質(zhì)中澆水，以提高埋設(shè)介質(zhì)的導(dǎo)電性）。這種方法特別適用于金屬管線接口導(dǎo)電性不是很好的情況，可在管線中強(qiáng)加交變的磁場(chǎng)，在管線沒有出露點(diǎn)時(shí)可以收到良好的效果。如筆者在探測(cè)靈山大街DN100的管線時(shí)，用電偶極感應(yīng)法就探測(cè)到了管線的準(zhǔn)確位置，如圖1所示。

圖1

1.2 直接法

這是幾種探測(cè)方式中，探測(cè)效果最為準(zhǔn)確的方法，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用。

（1）單端連接：將發(fā)射機(jī)輸出線一端接在目標(biāo)管線的出露點(diǎn)上，另一端就近接地。

（2）遠(yuǎn)距離單端連接：將發(fā)射機(jī)輸出線一端接在目標(biāo)管線的出露點(diǎn)上，另一端用導(dǎo)線引出接在較遠(yuǎn)處的接地電極上。接地線盡量與管線走向垂直，盡量少跨越其他管線（如圖2）。運(yùn)用這種方法時(shí)，管線的出露點(diǎn)要除污、除銹，連接好后發(fā)射機(jī)會(huì)有相應(yīng)指示，還可以查看回路電流，當(dāng)回路電流足夠大時(shí)表明連接性良好，可以繼續(xù)進(jìn)行探測(cè)。這種方法能有效壓制干擾管線，準(zhǔn)確找到目標(biāo)管線的位置。

圖2

（3）雙端連接：將發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)用長(zhǎng)導(dǎo)線引出，分別接在目標(biāo)管線的兩個(gè)出露點(diǎn)上，使目標(biāo)管線與長(zhǎng)導(dǎo)線之間形成一良好回路。注意，長(zhǎng)導(dǎo)線與目標(biāo)管線之間要保證一定距離，以減少長(zhǎng)導(dǎo)線對(duì)探測(cè)效果的影響。然后從管線的出露點(diǎn)開始用接收機(jī)探測(cè)目標(biāo)管線的位置。該方法信號(hào)強(qiáng)、定位、定深精度高、不易受臨近管線的干擾（如圖3），但發(fā)射機(jī)的耗電量可能會(huì)很大。地下管線復(fù)雜時(shí)用這種方法能收到良好的效果，而且目標(biāo)管線的信號(hào)也很強(qiáng)。

圖3

應(yīng)用直接法時(shí)應(yīng)注意，如果接地條件不好，可以在埋設(shè)介質(zhì)中澆水，以提高埋設(shè)介質(zhì)的導(dǎo)電性；目標(biāo)管線的出露點(diǎn)要事先徹底除污、除銹，以保證導(dǎo)電性良好。

1.3 夾鉗法

利用管線儀配備的專用夾鉗夾套在金屬管線上的感應(yīng)線圈，把信號(hào)直接加到金屬管線上進(jìn)行探測(cè)。該方法信號(hào)強(qiáng)、定位、定深精度高、不易受臨近管線的干擾、操作簡(jiǎn)便。

1.4 示蹤法

將能發(fā)射電磁信號(hào)的示蹤探頭或電纜送入非金屬管道內(nèi)，在地面用儀器追蹤信號(hào)。它包括示蹤線法和示蹤源法，主要用于探測(cè)有出入口的非金屬管道。

2 發(fā)射機(jī)激發(fā)被測(cè)管線時(shí)，施加的信號(hào)特性

2.1 信號(hào)頻率

頻率越高，越易激發(fā)管線，信號(hào)就越強(qiáng)，但傳播近，且易耦合鄰近管線，產(chǎn)生干擾。當(dāng)被探測(cè)管線接口導(dǎo)電性不好時(shí)，可適當(dāng)提高信號(hào)頻率，但要注意對(duì)鄰近管線的干擾；當(dāng)管線導(dǎo)電性很好時(shí)，最好用低頻；當(dāng)對(duì)未知區(qū)域普查時(shí)，首先用高頻感應(yīng)法進(jìn)行探察，再用低頻直連法進(jìn)行詳查精查。

2.2 信號(hào)功率

功率越大，信號(hào)越強(qiáng)，同時(shí)鄰近干擾也隨之增強(qiáng)。當(dāng)探測(cè)距離較長(zhǎng)，被探測(cè)管線埋深較大時(shí)，可以適當(dāng)加大信號(hào)功率。

3 非金屬管材磁場(chǎng)激發(fā)方式問題的解決

現(xiàn)在各自來(lái)水公司在管道安裝中大量采用新型非金屬管材，如各種塑料管材，電磁法的感應(yīng)方式將不能被應(yīng)用，金屬管線探測(cè)儀就不能被應(yīng)用。建議自來(lái)水公司在管道鋪設(shè)過(guò)程中同時(shí)埋入金屬示蹤線。利用管線探測(cè)儀能尋找示蹤線的位置，也就探測(cè)到了非金屬管材的準(zhǔn)確位置，這樣能使金屬管線探測(cè)儀繼續(xù)發(fā)揮它的作用，能夠探測(cè)非金屬管線。

4 磁場(chǎng)激發(fā)方式的靈活應(yīng)用實(shí)例和實(shí)效

泰安市滿莊鋼材市場(chǎng)處的DN1000水泥管需要探測(cè)管線走向，以便于開挖施工。用金屬管線探測(cè)儀探測(cè)非金屬管線，按常理是行不通的，但仔細(xì)分析當(dāng)時(shí)的工作條件，巧用磁場(chǎng)激發(fā)方式。待測(cè)水泥管的已知端已經(jīng)開挖（有出入口，可以進(jìn)人），可以從此處穿進(jìn)一根導(dǎo)線，并把此導(dǎo)線的一頭與未知端的鋼制彎頭連接（或者直接接地），導(dǎo)線另一頭與發(fā)射機(jī)的紅色導(dǎo)線相連，發(fā)射機(jī)的黑色導(dǎo)線接地，然后用主動(dòng)源法發(fā)射信號(hào)，再在地面用接收機(jī)尋找已穿入導(dǎo)線的信號(hào)，利用這種激發(fā)方法，準(zhǔn)確找到了管線的位置（如圖4）。

圖4

5 磁場(chǎng)激發(fā)方式的選擇原則

磁場(chǎng)激發(fā)方式的選擇原則是盡可能使施加在待探測(cè)管線上的一次電流或一次感應(yīng)電流增大，同時(shí)壓制非目標(biāo)管線對(duì)它的干擾，以達(dá)到在地面上能準(zhǔn)確定位和定深的目的。以上磁場(chǎng)激發(fā)方式在工作中要做到靈活運(yùn)用，優(yōu)先選擇直接法，根據(jù)不同的工作條件使用不同的激發(fā)方式，就能得到較好的探測(cè)效果，靈活運(yùn)用管線探測(cè)儀的磁場(chǎng)激發(fā)方式是保證探測(cè)準(zhǔn)確性的前提。

[1] 雷林源. 城市地下管線探測(cè)與測(cè)漏[M].北京: 冶金工業(yè)出版社, 2003.