摘　要：針對深埋天然氣管道采用常規(guī)探測方法無法精確探測的問題，提出通過瑞雷波法、地震映像法、磁梯度法、孔中雷達法等多種工程探測方法的綜合運用實現(xiàn)管道精確探測。結(jié)合兩個典型工程案例，驗證管道精確探測技術(shù)的可靠性。?

關(guān)鍵詞：深埋管道；??精確探測；??瑞雷波法；　地震映像法；磁梯度法；??孔中雷達法

Abstract：In view of the problem that deep buried natural gas pipeline can not accurately be detected?by conventional detection methods，the comprehensive?use of rayleigh wave method，seismic imaging method，magnetic gradient method and hole radar method is?proposed to achieve accurate detection of deep buried?natural gas pipeline．Combined with two typical engineering cases，the reliability of accurate detection teehnology of deep buried natural gas pipeline is verified．

Keywords：deep buried pipeline；accurate detection；rayleigh wave method；seismic imaging method；magnetic gradient method；hole radar method

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隨著天然氣行業(yè)的高速發(fā)展，天然氣管道建設(shè)工程也日益增多。得益于非開挖技術(shù)的發(fā)展，天然氣管道在穿越河流、道路時，越來越多地使用水平定向鉆或頂管等非開挖工藝。采用非開挖工藝敷設(shè)的油氣管道通常埋深較深，一般2～15m，過江管道埋深可達30m。同時，管道路由不一定是直線，也可能為平面曲線。常規(guī)的地下管線探測儀器如英國雷迪探測儀采用電磁感應(yīng)法僅局限于淺埋管道探測^[1]，對埋深超過5m的管道探測誤差很大，一般平面探測誤差達埋深的20％～30％，甚至更大或無法探測定位，深度探測誤差比平面位置探測誤差更大^[2]。

近年來，上海、大連、浙江等地陸續(xù)發(fā)生地下管線受損事故，造成巨大的經(jīng)濟損失，產(chǎn)生惡劣的社會影響。發(fā)生的主要原因是非開挖管道竣工資料不準確及探測結(jié)果誤差較大。

為保障天然氣管道安全運行，浙江省早在2007年就已開展針對天然氣管道周邊第三方施工的安全咨詢評估工作，通過評估增強了第三方建設(shè)單位、設(shè)計、施工及當?shù)卣块T對管道安全風(fēng)險的認識，建立了安全施工監(jiān)督機制，對減少事故的發(fā)生發(fā)揮了極為顯著的作用。對做好安全咨詢評估工作，確定地下管道的準確位置至關(guān)重要。

因此，探尋深埋天然氣管道精確探測的方法勢在必行。通過對深埋天然氣管道探測方法準確性、可靠性的研究，在實踐中探索以人工地震波法(包含瑞雷波法、地震映像法)、磁梯度法、孔中雷達法為主的綜合探測方法，實現(xiàn)深埋管道平面位置與埋深的精確定位，切實保障管線運行安全。

人工地震波法一探測的基本原理是利用不同介質(zhì)有不同的波阻抗值，可產(chǎn)生彈性界面，當界面兩側(cè)的彈性波速度和波阻抗差值達到一定程度時，地震波法探測即會取得滿意的探測效果。在地表利用人工震源進行激震時，激震點附近的土層產(chǎn)生彈性震動，形成彈性波(通常稱為地震波)，在地下傳播的地震波遇到不同彈性介質(zhì)的分界面時(如地下金屬或非金屬管線與周圍地層的分界面)，會產(chǎn)生反射、折射和透射，根據(jù)地震波的這些傳播特性，分析研究傳播規(guī)律，可以確定地下目標體(如各種管道)的存在位置。

2．1．1瑞雷波法

瑞雷波法是利用地下管道與其周圍介質(zhì)之間的面波波速差異，測量不同頻率激震所引起的面波波速?？商綔y埋設(shè)較深且直徑較大的金屬或非金屬管道。

①瑞雷波的特性

a．瑞雷波的質(zhì)點在波傳播方向的鉛垂面內(nèi)振動，波面為環(huán)狀橢圓柱面，質(zhì)點的運動軌跡為逆時針運動。

b．能量衰減與1／(r為波的傳播距離)成正比，瑞雷波的衰減要比體波慢得多。

c．瑞雷波的水平和垂直振幅從彈性介質(zhì)的表面向內(nèi)部成指數(shù)衰減，主要能量損失在1倍波長的范圍內(nèi)，而且大部分能量損失在0.5倍波長的范圍內(nèi)，表明瑞雷波某一波長的速度與深度小于0.5倍波長的地層物性有關(guān)。

d．面波具有不同的振型，各種振型具有不同的截止頻率，其中基階振型波的截止頻率為無窮大，其主要特征表現(xiàn)為能量強，速度低。

e．瑞雷波的傳播速度與橫波傳播速度可具有相關(guān)性，瑞雷波傳播的速度約為同介質(zhì)內(nèi)橫波傳播速度的0.92倍。

②瑞雷波的探測原理

瑞雷波探測的核心是獲取不同頻率面波的相速度，同一頻率的相速度在水平方向上變化反映介質(zhì)橫向不均勻，垂直方向上變化反映介質(zhì)縱向不均勻。

瑞雷波探測方法有時間差法、相位差法、穩(wěn)態(tài)法、瞬態(tài)法。在地下管線探測中常用瞬態(tài)瑞雷波法^[4]。瞬態(tài)瑞雷波法探測工作布置見圖1。測試時在勘探點邊放置兩個12道低頻檢波器(每個檢波器有12道模塊，受圖幅所限，圖1中只呈現(xiàn)出6個)。震源錘與第l個檢波器的第l個模塊的距離稱為偏移距，通常為探測深度的1／2至1／3。兩個低頻檢波器通過傳輸電纜分別與接收主機相連。開始測量時，用震源錘敲擊地面并產(chǎn)生一個瞬態(tài)的垂直脈沖信號，此信號包含有各種不同的頻率成分。檢波器接收到信號后，在接收主機的屏幕上顯示出來，經(jīng)過多次疊加平均后，存入內(nèi)存。檢波器的各模塊等間距排列，間距開始時可為0.5m，這時探測的深度較淺，測出的瑞雷波的速度反映靠近地表附近的物質(zhì)特性。隨后，間距可擴大為1m、2m、4m等。間距的擴大程度視探測深度的大小而定。當間距增大后，檢波器接收的低頻信號成分不斷增加，因而能反映地下更深處的物質(zhì)信息。

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瞬態(tài)瑞雷波法探測以瞬態(tài)沖擊作為震源，激發(fā)瑞雷波，離震源稍遠處，傳感器記錄到的基本是瑞雷波的垂直分量，將瞬時沖擊作單頻諧振的疊加，對記錄信號作頻譜分析處理，計算并繪制速度一頻率或速度一波長曲線，分析地下天然氣非開挖管道的存在狀況。該方法對深埋的非開挖管道平面位置的定位準確，實踐中該法可以成功地探測到多處深埋的天然氣非開挖管道。

2．1．2地震映像法^[5]

地震映像法又稱單道地震法，是基于反射波法中最佳偏移距技術(shù)的一種常用淺層地震方法。地震映像法與瑞雷波法類似，是采用錘擊激發(fā)震源形式。在離震源一定距離設(shè)置單道檢波器接收地下反射波，并由地震儀記錄顯示，逐點進行激發(fā)接收，檢波器與震源同時等距同向平移，獲取地下豐富的波場特征資料。對采集到的地震記錄，經(jīng)計算機在時間域和頻率域上進行處理后，可推斷地下地層、地下管線結(jié)構(gòu)信息。地震映像法具有配置靈活、分辨率高、圖像操作簡單直觀、資料成果簡單明了易于辨認、高效經(jīng)濟的優(yōu)勢。深埋天然氣管道地震映像法圖像見圖2(圖中紅線簇為管道位置)。

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井中磁梯度探測可作為保證探測管道深度可靠性的方法的驗證手段，通過比較磁梯度和其他相關(guān)探測方法的探測結(jié)果，評價其他相關(guān)探測方法的有效性。

一般非開挖工藝敷設(shè)的地下管線屬于強鐵磁性物質(zhì)，在其周圍區(qū)域分布有較強的磁場。野外作業(yè)時，在根據(jù)其他探測方法定位出的地下管線一側(cè)鉆孔(鉆孔深度不需要達到管道埋深，1～2m即可滿足要求)，成孔后將塑料管下至孔中，隨即將磁梯度儀的探頭放到塑料管內(nèi)(見圖3a)，從孔底部開始以0.2m的間隔依次往上測量各點的磁梯度值。根據(jù)磁梯度值的變化可以準確地確定地下管線的埋深。磁梯度儀生成探測成果圖像見圖3b。

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孔中雷達技術(shù)是一種井中地球物理方法，它采用超高頻雷達技術(shù)(頻率逾500MHz)，分辨率高，向地層發(fā)射高頻電磁波，利用電磁波在地層中的傳播特性來獲取地層信息，從而解釋地下構(gòu)造，具有較高的分辨率和較大的探測范圍。鉆孔地質(zhì)雷達主要有兩種工作模式，一種是單孔反射模式，另一種是跨孔層析成像模式。鉆孔雷達最初應(yīng)用于核廢料處理，現(xiàn)在廣泛用于工程領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景?？字欣走_可實現(xiàn)井(孔)下20m內(nèi)的360°全方位掃描，掃描深度可達3m，分辨率小于10cm。主要用于地下洞穴的地質(zhì)勘測、建筑物地基檢測、地下(管線)設(shè)施檢測等。