基于回线源地-井瞬变电磁法和磁梯度法的非开挖深埋燃气管道精确定位应用研究.pdf
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1、工程地球物理学旅Vol.20,No.3第2 0 卷第3期2023年5月中文引用格式:赵智嵘,海宝权,张迎,等.基于回线源地一井瞬变电磁法和磁梯度法的非开挖深埋燃气管道精确定位应用研究.工程地球物理学报,2 0 2 3,2 0(3):337-343.英文引用格式:Zhao Zhirong,Hai Baoquan,Zhang Ying,et al.Application of precise positioning of non一excavated deep buried gas pipe-line based on comprehensive geophysical exploration te
2、chnologyLJ.Chinese Journal of Engineering Geophysics,2023,20(3);337-343.CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICSMay,2023基于回线源地一井瞬变电磁法和磁梯度法的非开挖深埋燃气管道精确定位应用研究赵智嵘1,海宝权,张长?迎1,张琳梅,李跃义1(1.天津市第二地质勘探大队天津市地质工程勘测设计院有限公司,天津30 0 191;2.大唐国际发电股份有限公司天津大唐国际盘山发电有限责任公司,天津30 190 0)摘要:管道非开挖技术现已被广泛地应用于城市基础设施建设之中,但设计资料缺
3、失、管理不善等原因致使无法对原有管线进行定位,增加了第三方施工对其造成破坏的可能。非开挖管线埋深大、地质条件复杂,使得常规管线定位技术如管线探测仪、探地雷达法、地震面波法及高密度电法等,极难实现对其精细定位。针对该问题,本文提出一种通过综合应用回线源地一井瞬变电磁法及磁梯度法实现深部管线精细探测的方法,并将其应用于天津地区某深埋燃气管线探测工程之中;通过识别数据曲线的“单峰”顶点特征,最终确定目标管线实测水平位置与设计水平位置偏移约2 m,中心埋深高程为标高一14.37 m(测量极差0.1m)。实践表明,该方法的提出对提升非开挖深埋铁磁性管道探测效率、减小探测误差具有指导意义。关键词:磁测井法
4、;孔中瞬变电磁;深埋管线;精确定位中图分类号:P631.2;P631.3doi:10.3969/j.issn.1672-7940.2023.03.006文献标识码:A文章编号:16 7 2 7 940(2 0 2 3)0 30 337 0 7Application of Precise Positioning of Non-excavated DeepBuried Gas Pipeline Based on Comprehensive GeophysicalExploration TechnologyZhao Zhirong,Hai Baoquan,Zhang Ying,Zhang Linme
5、i?,Li Yueyil(l.Tianjin Geological Engineering Survey and Design Institute Co.,Ltd.Tianjin SecondGeological Eaploration Brigade,Tianjin 300191,China;2.Tianjin Datang International Scenic Mountain Power Generation Co.,Ltd.DatangInternational Power Generation Co.,Ltd.,Tianjin 301900,China)Abstract:Tren
6、chless pipeline technology has been widely used in urban infrastructure con-收稿日期:2 0 2 2-10-2 7基金项目:天津市地质矿产勘查开发局2 0 2 0 年改革创新项目(编号:JDF一2 0 2 0 一7 一0 0 3)第一作者:赵智嵘(1996 一),男,硕士,助理工程师,主要从事工程地球物理勘探工作。E-mail:2 16 36 2 8 1 q q.c o m通讯作者:李跃义(196 5一),男,教授级高级工程师,主要从事工程地质勘察工作。E-mail:152 2 2 7 2 2 151 16 3.c o
7、 m338struction.However,due to lack of design data and poor management,it is impossible to lo-cate the original pipeline,which increases the possibility of damage caused by third-partyconstruction.Due to the large buried depth and complex geological conditions of the trench-less pipeline,it is extrem
8、ely difficult to realize the precise positioning of the conventionalpipeline positioning technologies,without the surpport of pipeline detector,ground penetrat-ing radar,seismic surface wave and high-density electrical method.To solve these prob-lems,this paper proposes a method to realize the preci
9、se detection of deep gas pipelinethrough the integrated application of loop source well transient electromagnetic method andmagnetic gradient method,and applies it to a deep gas pipeline detection project in Tianjin.By identifying the“single peak”vertex feature of the data curve,it is finally determ
10、ined thatthe measured horizontal position of the target pipeline deviates from the design horizontal po-sition by about 2 meters,and the central buried depth elevation is elevation-14.37 m(measuring range:0.1 m).The practice shows that the proposed method can improve the de-tection efficiency of non
11、-excavated deep buried ferromagnetic pipeline and reduce the detec-tion error.Key words:magnetic logging method;transient electromagnetic in borehole;deep buried1 引 言管线非开挖铺设技术于2 0 世纪90 年代引进,因其具备在不影响交通、不破坏原有道路路面的基础上,仍能保证较高的施工效率和相对合理的施工成本的优势,而被逐步普及应用1-3。该技术的管道埋深一般为32 0 m,管道线路通常为平面曲线,且因施工年代较久,管理混乱,管线的竣
12、工资料常存在缺失与误差,导致对现有运行管道的管理出现失控状态4。这也导致在后续管线施工过程中存在与既有天然气、燃油等非开挖管道交叉时,可能对既有管道造成影响,轻则引起管道周边土体滑移,导致管道应力集中或损伤管道外防腐层5,重则损坏管道引起泄漏,进而引发火灾爆炸事故,造成人员伤亡和财产损失。因此,寻找一种可实现对地下深埋管线的精确定位探测方法至关重要。目前常规管线探测方法主要分为地表探测法、孔中探测法及钻探触探法等6 。地表探测法如管线探测仪7、探地雷达法8 、地震面波法、弱磁检测技术9及高密度电法10 1等探测效率高,但有效探测距离较小,无法满足对深埋管线的探测需求;孔中探测法如磁梯度法11-
13、13 及钻孔雷达法14等,利用钻孔的优势,距离探测目标更近,探工程地球物理学报(Chinese Journal of Engineering Geophysics)pipeline;accurate positioning该综合物探方法的可行性。2方法原理本次探测任务中的天然气管道属铁磁性物质,磁化率很大且磁性很强,而地下的各类土层则属于无磁性或弱磁性物质,磁化率很小且磁性很弱,金属管线和各类土层之间存在明显的磁性差异(达几个数量级),金属管线被磁化,在其周围会形成很强的局部磁异常。通过测量地下不同深度范围内磁场的变化,即可确定管线的位置信息。以此为依据,针对本次探测燃气管线材质,本研究选取磁
14、梯度法与回线源地一井瞬变电磁法进行探测。第2 0 卷测精度高,有效探深大,受地表各类电磁干扰较小,但该方法需要钻机成孔,风险较高;钻探及触探法借助钻机进尺数据确定管线的空间位置15,该方法效率低,且可能碰到石块等硬物而误导探测结果。针对深埋管线定位探测中存在的上述问题,本研究以前期调研资料及初勘成果为基础,提出一种基于回线源地一井瞬变电磁法及孔中磁梯度法的管线综合定位探测方法,在充分利用已有钻孔资源的基础上降低探测成果的多解性。该方法在本次深埋管线探测项目中的成功应用,证明了第3期赵智嵘,等:基于回线源地一井瞬变电磁法和磁梯度法的非开挖深埋燃气管道精确定位应用研究2.1磁梯度法磁梯度法勘探16
15、-18 以磁性体磁场的数学理论为基础,通过研究磁性体周围磁场变化的空间分布特征和分布规律,对磁性物体空间分布作出解释。孔中磁法测量过程中,沿探孔测量不同深度位置处的磁场强度,从而发现并确定钢管的位置深度。其探测原理如图1所示。中地面磁探头非开挖深埋管道图1磁梯度法探测原理Fig.1Principle of magnetic gradient detection本次探测过程中,根据前期踏勘资料确定管线大致位置,以该位置为中心,垂直于管线两侧布设钻孔测线,将磁测探测仪放置于钻孔底部,从孔底开始每隔0.1m间隔测量该处的磁场数值,并计算出其磁梯度数值。通过磁场值及磁梯度数值判定管线的具体埋深。2.2
16、回线源地一井瞬变电磁法回线源地一井瞬变电磁法19 基本原理同地面瞬变电磁法2 0 ,它利用位于地表的不接地回线源向地下发送一次脉冲场,在一次脉冲场间歇期间利用井下电偶极接收感应二次场,该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场瞬变,属于时间域电磁感应法。其探测原理如图2 所示。本次探测过程中,选用磁测井数据较为明显的钻孔用于放置接收探头,探测参数为:10 mX发射线圈非开挖深埋管道图2 回线源地一井瞬变电磁法探测原理Fig.2Principle of loop source-well transientelectromagnetic method33910m边框回线源、2 5
17、Hz发射、5A电流、30 门接收。探测时,回线源线圈采用非中心布框,放置于两磁测井测线之间,接收探头放置于钻孔顶部,从孔顶开始每隔1m间隔分30 门测量磁感应强度变化,最终通过多测道响应曲线进行定性分析,判定地下地质结构分布。3精确探测技术应用案例磁梯度仪3.1项目概况天津市某项高压燃气管道工程,管线横穿高速公路,其穿越路段采用非开挖定向钻铺设,管线尺寸规格为D406.4X11.9mm,管材等级L360,材质钢管。与高速公路平行方向现存在另一非开挖管线。从安全角度考虑,对此次高压燃气管线进行探测,以查明其埋深及大致走向。因目标高压燃气管线横穿高速公路处为一河流,且附近存在地下电缆、高压线等电磁
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