李新鹏 董旭 陈良 周小超 高有兵

国家管网集团北方管道郑州输油气分公司

油气管道穿越大中型河流时一般采用定向钻、顶管等施工工艺，因穿越段管道埋深大、环境复杂，传统管线探测仪无法准确探测管道具体位置，为管道管理带来一定困难。通过现场验证，综合物探可以作为复杂环境下管道定位的一种可行方法。

1  背景介绍

西气东输一线（简称西一线）管道直径为1016 mm，设计压力10 MPa，采取定向钻加顶管的施工方式穿越黄河主河道，总长度超过7 km，管道平均埋深26 m。因测试桩仅在穿越段两端设置，采用传统的管线探测仪测量仅能覆盖两端各300 m管道，加之穿越段线缆布置复杂、探测信号弱，不能有效对管道进行定位。本次通过地质雷达、高密度电法、金属探测器等多种方法，精准定位了管道穿越段两端竖井和定向钻出土点，并经开挖验证，探测位置准确。

综合物探主要利用不同岩土体介质在密度、电阻率、磁性和传播速度等方面的差异，通过专用设备探测这些物性差异在时间和空间上的异常反应，并进一步分析，从而推断地下构筑物的形状和位置。

2  测量与验证

探测区域属于黄河河漫滩工程地质区，区内地层以松散—稍密状态的粉砂、细砂为主，夹有薄层粉土。管道顶管工作井材质为钢筋混凝土结构，管道材质为钢，材质与土体具有明显的电磁差异，通过不同的仪器设备、激发方式、工作频率可以达到定位目的，测区的地球物理条件满足探测技术方法要求。

对于黄河南岸顶管工作井（简称南岸工作井）的探测，采用了地质雷达、高密度电法等，通过对比电磁差异及电阻率差异，划定出南岸工作井范围，并使用金属探测器精准定位工作井井壁位置。

地质雷达法探测。地质雷达是通过所发射电磁波在地下介质中传播规律与波形特点的分析，查明地下介质结构、属性及空间分布特征。地质雷达发射和接收是高频电磁波，电磁波在地下介质中传播特性取决于介质的波阻抗。当相邻两层介质存在差异时，入射到两结构层分界面上的电磁波产生反射，形成反射波，被地面仪器接收，从而使该结构层分界面被识别出来。在一定深度范围内相邻两介质相对介电常数差异越大，反射波越强，反射界面越容易识别[1]。

当地下介质中存在混凝土管道时，与周围土体间必然存在着明显的介电性差异，其边界形成较强的反射界面。在地质雷达反射波剖面图像上，平面位置21 m，深度2 m处，波组呈现出具有一定规模的上凸弧形分布即典型的双曲线特征，与管道雷达异常吻合较好，推测此处极有可能为潜在混凝土工作井位置。

高密度电法探测。高密度电法探测是用仪器测量地下介质导电性差异，在二维空间内推断、寻找电阻率异常高或异常低部位。混凝土桩、砌体石块等障碍物一般电阻率较高，而地层中的土体由于土壤中含水，电阻率较低，因此可以根据地下电阻率变化判断出电阻率异常，确定地下构筑物分布情况[2]。

本次高密度电法电极布设方向大致垂直于管道，电极布设间距1 m，共布设30道，测量长度30 m。测量结果显示上部为低阻区，下部为高阻区，边界明显。结合当地的地质情况，上部低阻反应为杂填土，下部高阻区疑似为混凝土结构工作井，推测埋深约2 m，井的边界位于高密度线8 m～23 m附近，井直径约15 m。

金属探测仪探测。金属探测仪的工作原理主要基于电磁感应。金属探测仪内部有一组线圈，当这些线圈通过交变电流时，会产生按一定规律变化的磁场。金属物体被探测区域内的磁场感应，在其内部产生涡电流，由于金属的电导率，这些涡电流会产生自己的磁场，进而影响原来的磁场，探测器检测到磁场变化，并发出警报[3]。

因工作井的材质为钢筋混凝土结构，采用金属探测仪在探测井壁边界部位进行验证，金属探测仪在井壁正上方发出了警报。

结合三种方法，最终推断出南岸工作井具体位置、形状和覆土厚度。在物探工作完成后，现场对南岸工作井进行开挖验证，在深度2 m位置发现混凝土井壁，与探测位置一致。

采用与南岸相同的探测手段对北岸顶管工作井进行探测与开挖验证，证实探测位置准确。

3  结语

为了保障管道安全运行，对辖区管道定期进行全覆盖的探测定位十分必要。通过采取综合物探方法，确定了西一线黄河穿越段两端工作井和管道的位置，降低因管道位置不清带来的安全风险，为类似长距离穿越、复杂环境下管道的探测提供了思路。今后在管道探测定位前应多收集建设、环境资料，为提高探测精度和工作效率提供帮助。

参考文献：

[1]刘洋洋，尹奇峰，倪圣军，等.地质雷达正演模拟及其在地下管道探测中的应用[J].给水排水，2022，58(S2)：532-536.

[2]周瑜琨，张巍，刘立岩，等.高密度电阻率法在城市地下空间探测中的应用研究[J].河北地质大学学报，2022，45(02)：75-80.

[3]刘春明，邓小军，刘庆元.金属探测仪在钢筋混凝土排水沟(管)探测中的应用[J].测绘通报，2016(S1)：110-112+119.

作者简介：李新鹏，1988年生，助理工程师，毕业于河南科技大学，主要从事管道完整性、第三方施工管理等方面的管理工作。联系方式： 13080155922，271002095@qq.com。