在上海轨道交通14、15及18号线工程筹备、设计、施工各个阶段均采用工程物探方法进行过勘察, 取得了一些较为成功的经验。根据轨道交通探测工作的任务和目的, 结合各地实地工作条件, 并针对工作中的重难点内容, 综合各类项目经验, 通过讨论研究, 具体方法如下:
轨道交通项目中地下管线探测方法如下表1;
对目标管线施加一定频率和适当强度的交变电磁场, 该目标管线与大地之间便有相应的交变电流通过, 该交变电流在其周围空间产生相同频率的交变电磁场, 即在目标管线周围形成二次交变电磁场异常, 用接收装置检测该异常, 便能确定目标管线的位置, 达到探测地下管线之目的。
探测方法分为主动源和被动源方法, 其中主动源法包括直接法、夹钳法、感应法。根据各类管线特征采用相应的方法。例如对电力电缆可采用被动源法;而追踪地下管线走向或区分地下管线时, 可采用主动源法 (直接法、夹钳法) , 该方法相对于被动源法探测精度更精确。
对非金属管线的探测方法, 则根据管线的性质及材质, 分别采用实地调查、地质雷达、开挖、管内穿金属线示踪探测等方法。
实地调查方法是将窨井盖打开, 在原有管线资料的基础上, 对明显管线点及其附属设施 (包括接线箱、电信人孔、电信手孔、仪表井、检修井、阀门、消火栓等) 做详细的调查、量测和记录;查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、走向及管线的连接关系。对于雨、污水管线, 当检修井内有淤泥或杂物时, 一般采用L型量杆来量测深度和判断有几个方向, 量测深度时采用多次量测取平均值来确定, 对于无法探底的管内底埋深, 采用了“顶深+管直径“来确定管内底埋深。
对于没有窨井的雨、污水管线不能采用现场调查方法探查, 则可采取地质雷达法进行。
对于非开挖工艺施工的信息、电力管线, 应采用信标示踪法进行探查。仪器信标 (也称传感器) 发出特定频率的电磁波信号, 通过软杆逐步推进信标示踪器, 同时在地面上利用管线探查仪逐点探查信标所经过的位置, 实现对信息、电力管线的连续追踪。从而获得非开挖信息、电力管线的实际穿越轨迹与平面位置和埋深。工作原理见图1。
采用非开挖工艺施工的燃气、给水等金属管线, 大多为埋深很大 (一般埋深大于5米, 有的埋深可达十几米) , 但直径相对又较小, 一般无法采用管线仪探测。若采用探地雷达探测则往往受其分辨率的影响而收效甚微并较难识别与判定。因此, 宜采用井中磁梯度法和DM电磁法进行精确探测。
一般在均匀无铁磁性物质的土层中, 电磁场的磁场强度在理论上为均匀场, 而如果土层中有金属管线这类铁磁性物质存在时, 将会在其周围分布有较强的感应磁场, 从而产生磁异常。而在金属管线的上、下部, 磁场强度又归复到均匀场。由此, 对于金属管线所产生的磁梯度将会有明显变化。通过探测管线侧面磁梯度的变化, 可以确定管线所处位置, 进而求得管线的实际埋设深度。
DM探测管线使用甚低频电流信号, 该频率的信号具有传输距离远和信号稳定的特点。常规条件下发射机接收机间距1km之内, 效果稳定准确。
在测试桩上, DM发射机的红色信号线连接到管道连线, 黑色信号线连接到自设的接地电极或者阳极连线。也可在阀门、凝水缸、出露管道等处施加发射机信号。在阴保整流器的接线柱上, 必须首先断开管道连线和阳极连线, 若阴保整流器对多根管道实施阴极保护, 则需要断开所有管道连线和阳极连线。用DM发射机代替阴保整流器, 将管道连线和阳极连线分别连接到DM发射机的信号线, 红色信号线与目标管道连线相连, 黑色信号线与阳极连线相连。
管道防腐层检测系统, 采用多频管中电流衰减法和交流电位梯度法 (ACVG) 检测技术, 采用甚低频管线定位频率 (98Hz或128Hz) 和低频管线定位频率 (512Hz或640Hz) 对目标管线进行定深定位。测量值稳定, 抗干扰能力强, 传播距离较长, 可满足长距离检测要求。
惯性陀螺定位仪三维定位技术是近年来出现的一项管线测量新技术。它结合了陀螺仪定向、惯性导航、计算机三维计算等技术, 拖拽惯性陀螺定位仪穿行于待测管线 (电力管内) , 自动追踪记录其在管线 (电力管) 内运动轨迹, 生成管道中心轴线的三维坐标与位置图。测量时受管道材质、管道埋深、周围环境和地质影响较小, 也不受电磁干扰, 即可实现高精度的管线测量。
城市管道铺设过程中部分管线材质为PE, 常规管线仪无法探测。城市内埋设的市政和公用管线, 如有损坏, 将给国民经济和人民的生命财产造成重大损失, 施工前必须请相关权属单位现场交底, 尤其是需要开挖的工程范围内, 必须开糟验证。
现有物探方法还不能有效探测出PE、PVC、砼等非金属管线, 和埋深超过5米的金属管线;且包裹厚层防火、防腐蚀材料的金属管线探测信号较弱, 故有待于进一步研究。
当地下管线是上下两根重叠或左右两根距离很近时, 只能探明其较浅管线, 深部管线可能没有探测信号, 为确保施工安全, 建议施工先期开挖样洞验证管线实际情况再进行施工。
摘要：工程物探是一双可透视地下的眼睛, 是解决工程地质问题的一种有效的技术方法, 通过介绍不同物探方法在上海轨道交通建设前期线路设计阶段的应用所取得的经验, 分析物探方法技术在城市轨道交通建设中应用的优点及其不足。轨道交通线路设计具有以下特点:地下障碍物及管线种类繁多, 需多工种、多种技术手段协调验证;部分区段存在深大管线, 技术要求较高;线路途经市区干道, 需科学安排作业;线路长, 探测内容多, 工作量大, 需多方法协同作业。
关键词：轨道交通,物探,地下管线,测量
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