基于复杂条件下地下管线探测模拟方法的探讨

基于复杂条件下地下管线探测模拟方法的探讨

赵睿彬

四川省第三测绘工程院，四川成都610500

摘要：随着城市化建设进程的推进，对城市各方面的基础设施都提出了更高的要求，复杂条件下地下管线的探测难度也越来越大。主要还是因为地下管线探测环境复杂以至加大了探测难度。要想有效开展城市地下管线探测工作，就必须根据城市地下管线的实际分布选择合适的探测技术，开展具有针对性的质量控制。本文对复杂条件下地下管线的探测模拟方法进行了探讨。

关键词：城市；地下管线；探测方法

如今，复杂条件下地下管线的探测十分困难，因此，有必要研究复杂条件下地下管线探测模拟方法。本文结合相关实践经验，主要介绍了复杂条件下地下管线检测的使用方法，以及重点介绍了地下管线探测的模拟方法以及复杂条件下的模拟方法。并确定出恰当的探测法，希望可以为相关研究提供一些参考。

1城市地下管线简单介绍

城市地下管线错综复杂，按管线在城市中的用途，可将管线大体分为给水、排水管线、电力管线、工业管线、热力管线、燃气管线和电信管线。

按城市管线材质，可分为金属管线和非金属管线。

按有无管沟，可分为直埋管线和非直埋管线。通常给水、排水和燃气为直埋管线，热力、电力和电信管线既有直埋也有非直埋（沟道），电力和电信有的还具有管块。

2复杂条件下城市地下管线探测技术应用与基本程序

2.1复杂条件下城市地下管线探测技术应用

早在20世纪90年代以来，城市地下管线已经逐渐在全国各地开始普查推广，为加快地下管线信息化进程，开始采用开井挖洞的调查方式来进行实地的合适调查。根据传统的方式测绘其三维坐标，人工编制地下管线图，主要以设计资料来反应地下管线的分布情况，缺少针对性研究。随着物探工程的发展与应用，地下管线的实地资料获取便有了新的技术手段，而后地面测温法、电测感应法等也不断被运用到探测之中。

因我国的地质情况复杂，物理特性差异大，所以不断提出相应的探测方式来针对性解决地理问题，不断的实验探测，实现了我国地下管线从初期简单应用至物探和定位探深的发展。在地下管线探测技术应用阶段有了突破性的进展，并且探测仪器水平也有了一定的发展，找到了以地下管线探测定位仪为主的简便经济的物探方式。开始关注专业探测队伍的进步，地下管线探测技术得到应用和发展。不断填充城市地下管线信息数据库内容，对城市建设发展起到了重要的作用，也是预防城市灾害减少事故必不可少的功能性措施。

2.2复杂条件下地下管线探测的基本程序

复杂条件下地下管线探测工作的开展，必须遵循相关章程及操作程序，以确保工作的规范及管理的科学、有效。在地下管线探测中，操作程序基本为：搜集管线资料、实地调查、仪器检测、方法试验、编写技术设计书、管线探查、控制测量、管线点测量、数据处理、三级检查、绘图、总结、成果验收。

3复杂条件下地下管线探测模拟方法

3.1电磁法

电磁法作为地下管线探查的重要方法，它主要是通过地下管线和周围介质的导磁性和导电性的不同，并依据电磁感应的原理观测并研究电磁场时间和空间的分布规律，进而实现寻找地下管线的目的。在这种方法中，有限长度直线电流的磁场B的计算公式为：

此外，为得到对地下管线进行有效的探测，应该形成以下的条件：

（1）必须使用先进的探测仪器，并使物理场得信息真实且丰富，确保探测的精确度；

（2）你能够探测并计算地下管线产生电磁场的分布特征和规律；

（3）为了压制或者消除外界的烦扰因素，应使尽量减少场源于目标管线上激发出电流在介质、干扰物和非目标管线上通过。

以某工程为例，工程人员采用电磁法有效的探测到了深度大约为1.5m、直径2.2m的混凝土质给水管道，以及深度2.8m、直径约5m的混凝土质雨水管道。而在子牙河北岸探测的深度约为2.5m、直径为2.5m的给水管道时，虽然管道为钢质，但因其表面包裹了塑料涂层、周围有很多碎石和杂土，视电阻率亦出现高阻反应。在一次地下管线调查时，依据管道的混凝土质，因电阻率高于周围岩层而呈现高阻异常，从而利用电磁技术探测到了地下管道。

3.2雷达探测法

这种方法是利用在地面上方移动的发射天线对地下发射出的高频电磁波，而在地面下的电磁波在碰到不同性质的电性界面时，便会产生透射、折射和反射。而且，当电介质之间电性的差异越大，那么反射回的波能量也会越大。当接收天线接收了反射到地面的电磁波时，雷达主机将会非常紧缺的记录反射回波到达地面时的波长、振幅、相位以及时间等特征，之后会利用图像合成、滤波降噪、信号叠加放大等技术，对数据进行加工处理，从而合成地下剖面的扫描图像，再对形成的雷达图像进行判别，即可得知低下管线的状态和分布情况。

以胶州市某地的地下管线探测为例。位于某道下的给水混凝土质给水管道，管线探测仪探测时没有信号。利用瑞典的RAMAC/GPR型雷达（中心工作频率为250MHz）进行探测时，取道的间距为0.03m，采样时窗为79ns，剖面图如图1。结果显示：雷达剖面上的给水管道非常明显，目标管线呈现拱形，也非常清晰；由上述的雷达剖面图像结果，可以得出该地给水管道的管顶埋深为1.30m，经过钎探验证，实际的给水管道埋深为1.35m，可见这种方法的精确度很高。

3.3运用探地雷达模拟软件GprMax，结合Matlab语言建立复杂层状条件下的管线模型进行模拟研究

GprMax模拟软件是根据FDTD设计的探地雷达设计的。这种软件具有以下几个特点：①能够生成文件，并通过MATLAB显示图像；②可以模拟复杂形状物体和复杂介质；③可以利用强有力的吸收边界条件；④使用的命令代码非常简单，可以利用内部命令。

3.4层状模拟

通常情况下，实地现场岩体的分布是不均匀的，会出现分层的性状。结合实际地层的情况，依据岩层的相关参数构件干砂、粉土、混凝土和粘土的层状模型。在此层状模型的基础上，再对非金属管线、近间距水平并行管线和其干扰因素进行探地雷达探测模拟。

3.5各类非金属管线的探测

城市的地下管线种类非多，有热力、热力、热力、排水、排水、给水等等。这些管线的材质当然也各不相同，例如塑料、钢、混凝土、铸铁、光纤、铜等等。其中金属类地下管线的可以利用管线仪进行精准的定位。但是，对于非金属管线而言，可以使用的方法虽然很多，但是最终的效果都不是很好，主要原因是地下管线探测和物探找矿情况不同，前者是为了找出浅地表管线的准确的空间位置，要求非常高的精确度，要达到cm级别。在非金属管线的探测中，管线探测仪基本起不到明显的效果，虽然管线能够配备探测非金属管道的探头，但是对于高压污、给水、燃气等非金属管道而言，根本就不能使用探头，因此，在对地下管线进行探测的过程中，若遇到这些复杂的问题，通常使用探地雷达。

4结论

随着经济的不断发展城市化水平的提高，城市地下管网建设规模不断扩大，当前针对城市地下管线探测的研究很多，并取得了丰富的研究成果。但随着城市步伐不断前进，传统地下管线模式已经跟不上时代需要，所以，需要地下管道模式更加多样化。使城市得到迅速发展，就需要对地下管线进行有科学性的规划，建立完整的复杂条件下地下管线的探测模拟方法。希望本文的探讨可以给相关研究提供参考。

参考文献：

[1]曹冬冬,徐秋艳.复杂条件下城市地下管线探测技术的应用[J].资源信息与工程,2018,33(06):140-141.

[2]闫治刚.复杂条件下城市地下管线探测与关键技术分析[J].城市建设理论研究(电子版),2018(01):78.

[3]廖名葵.复杂条件下城市地下管线探测分析[J].低碳世界,2017(15):185.